DE1479802C3 - Verfahren zur Herstellung von durch Vakuumtiefziehen erzeugten Formkörpern, hoher Schlagzähigkeit - Google Patents

Description

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rials während des Vorganges verändert. Auch hier weise, und auch eine pneumatische oder mechanische

aber ist es leicht, die Auf heizbedingungen so zu steuern, Vorstreckung der auf 90 bis 160⁰C erwärmten PoIy-

daß bis zur Erreichung der erfindungsgemäß vorge- äthylenplatten oder -folien zur Verkürzung des Weges,

sehenen Temperatur sich ein Kristallisationsgrad den das Formmaterial unter Vakuumsog zurücklegen

zwischen 8 und 20 % einstellt. Polyäthylenterephthalat S muß, ist möglich.

einer Lösungsviskosität oberhalb 1,7 bietet in diesem Anschließend an den Vakuumtiefziehvorgang wer-

Zusammenhang den Vorteil, daß eine Kristallisation den die Formkörper in der Form einer Wärmebehand-

beim Erwärmen der Platten oder Folien verlangsamt lung bei Temperaturen von 140 bis 220° C unterworfen,

abläuft; der Erwärmungsvorgang also besonders Formkörper mit besonders feinen Konturen werden

leicht zu handhaben ist. Folien lassen sich in wenigen io erhalten, wenn während dieser Wärmebehandlung in

Sekunden aufheizen, zum Erwärmen von Platten be- der Form an die verformte Polyäthylenterephthalat-

nötigt man entsprechend mehr. platte oder -folie einseitig Vakuum angelegt wird.

Zur Ermittlung des jeweiligen Kristallisationsgrades Man kann dazu beispielsweise das beim Vakuumtief-

des Polyäthylenterephthalatmaterials bedient man sich ziehen vorhandene Vakuum aufrechterhalten. Vorzugs-

der einfach durchzuführenden Methode einer Be- 15 weise soll die Temperatur der Wärmebehandlung in

Stimmung des spezifischen Gewichts des Polyäthylen- der Form höher gewählt werden als die Temperatur

terephthalates und Umrechnung auf den direkt pro- der Polyäthylenterephthalatplatte oder -folie zu Be-

portionalen Kristallisationsgradwert. Die Tabelle ent- ginn der Verformung. Durch eine derartige Maßnahme

hält derartige Umrechnungszahlen. wird die Fonnfestigkeit der erhaltenen Formkörper

20 besonders intensiv gefördert,

labeile ^_n ^j₁ j_{st es n}j_cjj_t notwendig die Wärmebehand-

Beziehung zwischen Dichte und Kristallisationsgrad lung zeitlich zu begrenzen, da bei Polyäthylentere-

des Polyäthylenterephthalates. phthalat der erreichbare Kristallisationsgrad nur von

Dichte bei 25° C Kristallisationsgrad ^der jeweils gewählten Temperatur abhängt. Durch

1236 5°/ ²⁵ Wahl einer Temperatur zwischen. 140 und 220⁰C

j'342 10°/° kann man den Kristallisationsgrad des Formlings-

-f'340 15 °/° materials auf über 50 % erhöhen oder Zwischenwerte

.,'354 20°/° einstellen. In geringerem Maße ist, wie gefunden

i\(.q 25°/ - ■·-■ wurde, der erreichbare Kristallisationsgrad auch von

1 '3gg 30 °/° ³° ^der Lösungsviskosität des Polyäthylenterephthalates

-^372 35°/° abhängig. Durch Variation der Lösungsviskosität

■, '37g 40 °/° innerhalb der erfindungsgemäßen Grenzen kann der

j^?3g4 45 °/° ^ei ^^ner gewählten Temperatur erreichbare Kristalli-

1 390 50 %

-, 'oat 55 °/ ³⁵ hingszeiten ^von 100 Minuten sind möglich.

sationsgrad um 5 bis 6% verändert werden. Behandzeiten von 100 Minuten sind möglich.

gQo/ es wurde zudem beobachtet, daß Polyäthylenterephthalat nach dem Vakuumtiefziehen merklich schnel-

Wie ersichtlich, handelt es sich um eine lineare Be- ler kristallisiert als vor dem Tiefziehvorgang. Ursache

ziehung, nach der einer Dichteänderung von 0,006 könnte eine beim Ziehvorgang auftretende Orientie-

eine Änderung des Kristallisationsgrades um 5 % 4° rung des Polyestermaterials sein. Die Wärmebehand-

entspricht. lung in der Form soll normalerweise auf 30 bis

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden 600 Sekunden begrenzt sein.

Platten und Folien aus Polyäthylenterephthalat eines Es zeigte sich, daß die durch das Tiefziehen im Kristallisationsgrades von 8 bis 20% verformt. Liegt Formling hervorgerufenen Spannungen sich vollim zu verformenden Polyester ein Kristallisationsgrad 45 kommen ausgleichen und ein Kristallisationsgrad eroberhalb 25 % vor, ist eine Vakuumtiefziehverfor- reicht werden kann, der nahe oder gleich dem bei der mung praktisch nicht mehr ausführbar. Oft tritt dann betreffenden Temperatur erreichbaren Kristallisationssogar ein völliges Zerreißen der zur verformenden grad des Polyäthylenterephthalats liegt. In entspre-Platte oder Folie beim Ziehvorgang ein. Eine der Vor- chend kristallisiertem Zustand sind die vakuumgeaussetzungen, daß nach dem Vakuumtiefziehverfahren 50 zogenen Formlinge aber bis zu Temperaturen bis kurz Polyäthylenterephthalatplatten oder -folien mit bis unterhalb des Schmelzpunktes des Polyäthylenterezu 20% kristallinen Anteilen zu Formkörpern be- phthalates noch formstabil und halten auch Dauersonders guter mechanischer Eigenschaften verformt temperaturen bis zu 180⁰C stand. Sie sollten dann werden können, ist ein Durchschnittspolymerisations- aber mit Antioxydantien ausgerüstet sein,
grad des Polyäthylenterephthalates, der einer Lösungs- 55 Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Viskosität von mindestens 1,7 entspricht. Formkörper erhalten, in denen das Polyäthylentere-

Sämtliche im Rahmen der Erfindung erwähnten phthalat einen Kristallisationsgrad bis zu 50% und

Werte für die oftmals auch als relative Viskosität be- mehr aufweisen kann. Die für viele Anwendungs-

zeichnete Lösungsviskosität des Polyäthylenterephtha- möglichkeiten so wesentliche Schlagzähigkeit von

lates wurden an 1 %igen Lösungen des Polymeren in 60 Formkörpern aus Polyäthylenterephthalat sinkt aber

7?2-Kresol bei 25 ⁰C gemessen. mit zunehmendem Kristallisationsgrad stark ab.

Die Verformung nach dem Vakuumtiefziehverfahren Während Gegenstände aus amorphem Polyester eine kann nach den bekannten Methoden der Vakuum- sehr hohe Schlagzähigkeit aufweisen, ist die Schlagtiefziehtechnik erfolgen, wie sie z. B. von A. Thiel Zähigkeit von üblichem stark kristallinem Polyäthylenin »Grundzüge der Vakuumverformung«, Speyer, 65 terephthalat verhältnismäßig gering. Der Polyester 1963, ausführlich dargestellt sind, ohne daß es be- ist brüchig und zerspringt bei stärkeren Belastungen, sonderer Maßnahmen bedarf. Die Negativverfahrens- Die erfindungsgemäß aus Polyäthylenterephthalat weise eignet sich genauso wie die Positivverfahrens- einer Lör.ungsviskosität von 1,7 bis 2,0 hergestellten

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Formkörper besitzen jedoch eine überraschend hohe wozu 124 Sekunden Aufheizzeit erforderlich waren.

Schlagzähigkeit, die der von amorphen Gegenständen Eine Bestimmung des Kristallisationsgrades ergab einen

nahe kommt. Gegenüber Formkörpern aus amor- Wert von 18 %. Sodann wurde das Heizsystem abge-

phem Polyalkylenterephthalat besitzen sie aber zu- schaltet und die erwärmte Platte durch Anlegen eines

sätzlich eine beinahe doppelt so hohe Zugfestigkeit, 5 Vakuums von 25 Torr über eine Form tiefgezogen,

sowie eine erheblich gesteigerte Zugdehnung und be- die eine viereckige Schale der Abmessungen 250 ·

sonders gute Härfeeigenschaffen. Zudem weisen die 150 mm Länge und Breite und einer Tiefe von 85 mm

nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten ergab. Das Tiefziehverhältnis betrug also 0,34. Unter

Formkörper die bekannt guten elektrischen Eigen- Aufrechterhalten des Vakuums wurde eine Wärmebe-

schaften, die hervorragende Chemikalienbeständigkeit io handlung bei etwa 150⁰C begonnen, indem das Heiz-

und eine hohe Witterungsbeständigkeit ungemindert system der Maschine intermittierend wieder einge-

auf. schaltet wurde. Nach einer "Behandlungszeit von

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- 550 Sekunden wurden die Strahler abgeschaltet und fahrens eignen sich Polyäthylenterephthalatplatten der Formkörper abgenommen. Ermittelt wurde ein oder -folien einer Stärke von etwa 0,1 bis 6 mm. Be- 15 Kristallisationsgrad von 30%. Die Schlagzähigkeit sonders vorteilhaft läßt sich das Verfahren auf Platten nach DIN-Vorschrift 53 453 ergab keinen Bruch nach einer Stärke von 1 bis 3 mm anwenden. Selbstverständ- einer Belastung von über 200 kg · cm/cm². Die Zuglich kann das Polyäthylenterephthalatmaterial Mattie- festigkeit betrug 800 kg/cm² bei 15% Zugdehnung rungsmittel, Farbstoffe oder Pigmente enthalten oder und die Kugeldruckhärte nach DIN-Vorschrift er-, können andere Stoffe zugegen sein wie Licht- oder 20 gab 14,2 kg/cm². Die Schale wurde zur Prüfung der Wärmestabilisatoren. Formfestigkeit 60 Minuten auf 160⁰C gebracht und

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Er- zeigte sich völlig formstabil.

läuterung des Verfahrens: _, . , , _n

Beispiel 2

Beispiel! ₂₅ Wiederum an einer Vakuumfiefziehmaschine vom

Eine 3 mm starke Platte aus Polyäthylenterephthalat Typ Ilh'g U 60 wurde nach Ermittlung des Arbeitseiner Lösungsviskosität von 1,85 und der Abmessun- parameters eine Polyäthylenterephthalatplatte einer gen 370 χ 280 mm wurde in eine Vakuumtiefzieh- Lösungsviskosität von 1,74 der gleichen Abmessungen maschine des Fabrikates Illig Typ U 60 gebracht. mit in Beispiel 1 bei einer Stärke von 2 mm und eines Das Heizsystem der Maschine wurde in 200 mm Ab- 3° Kristallisationsgrades von 8% auf 95°C erwärmt und stand zur Polyäthylenterephthalatplatte gebracht, die nach der pneumatischen Positiv-Streckformung verLeistung des Heizsystems auf 4300 Watt eingestellt. fahren. Hierzu wurde ein Formkern in der Gestalt An drei verschiedenen Stellen der Platte wurden eines Rundrichters der Abmessungen: größter DurchThermoelemente eingebracht und die Erwärmung der messer 150 mm, kleinster Durchmesser 20 mm und Platte durch die Einwirkung der Wärmestrahler zeit- 35 Trichterlänge 150 mm gegen die Polyäthylenterelich verfolgt. Es ergibt sich eine Eichkurve, die die phthalatplatte aufgefahren und die Platte durch diesen mittlere Plattentemperatur nach einer bestimmten Vorgang pneumatisch vorgestreckt.
Aufheizzeit enthält. In gleicher Weise lassen sich die Durch Anlegen eines Vakuums von 50 Torr wurde

Arbeitsparameter bei anderer Heizintensität bzw. ausgeformt und 400 Sekunden bei 180⁰C wärmebeanderer Plattenstärke ermitteln. 40 handelt. Das Tiefziehverhältnis war in diesem Beispiel

Eine der oben beschriebenen analogen Polyäthylen- 1,0, trotzdem war der anfallende Formkörper frei von terephthalatplatte wurde in gleicher Weise wie be- inneren Spannungen und auch in der Wärme sehr schrieben auf eine Temperatur von 13O⁰C gebracht, formstabil.

Claims (3)

1 2 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Patentansprüche: Vakuumtiefziehen Formkörper aus Polyäthylentere- phthalat mit hoher Schlagzähigkeit und weiteren wert-

1. Verfahren zur Herstellung von durch Vakuum- vollen mechanischen Eigenschaften, vor allem auch tiefziehen erzeugten Formkörpern hoher Schlag- S eine sehr gute Formbeständigkeit in der Wärme, herzähigkeit, dadurch gekennzeichnet, zustellen; bei denen also die vorher geschilderten daß dazu auf eine Verformungstemperatur zwi- Nachteile nicht vorhanden sind.

sehen 90 und 160⁰C erwärmte Polyäthylentere- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

phthalatplatten oder -folien einer Lösungsviskosi- löst, daß auf eine Verformungstemperatur zwischen tat von 1,7 bis 2,0 und eines Kristallisationsgrades io 90 und 160⁰C erwärmte Polyäthylenterephthalatplatvon 8 bis 20% eingesetzt werden und nach dem ten oder-folien einer Lösungsviskosität von 1,7 bis 2,0 Tiefziehen das Material in der Form durch eine und eines Kristallisationsgrades von 8 bis 20 % einge-Wärmebehandlung bei Temperaturen zwischen setzt werden und nach dem Vakuumtiefziehen das 140 und 220⁰C einer Weiterkristallisaf ion unter- Material in der Form durch eine Wärmebehandlung worfen wird. 15 bei Temperaturen zwischen 140 und 220⁰C einer

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Weiterkristallisation unterworfen wird.

zeichnet, daß die Temperatur der Wärmebehand- Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Ver-

lung des Materials in der Form über der Verfor- fahrens ergab sich, daß keine die mechanischen Eigen-

mungstemperatur liegt. schäften der Formkörper beeinträchtigenden Abbau-

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch 20 reaktionen des Polyäthylenterephthalates eintreten, gekennzeichnet, daß die verformte Platte oder Das Polyestermaterial des fertigen Formkörpers beFolie während der Wärmebehandlung in der Form sitzt somit den gleichen Polymerisationsgrad wie das einseitig einem Vakuum ausgesetzt wird. Ausgangsmaterial. Das Verfahren hat den besonderen

Vorteil, daß im Gegensatz beispielsweise zum Spritz-25 gußverfahren nicht Formkörper anfallen die amorph

sind, sondern Formkörper, die gegenüber dem bereits

kristalline Anteile enthaltenden Ausgangsmaterial einen sogar noch erhöhten Kristallisationsgrad auf-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung weisen kann. Es war überraschend, daß sich bis zu von durch Vakuumtiefziehen erzeugten Formkörpern 30 20% kristalline Anteile enthaltendes Polyäthylenhoher Schlagzähigkeit aus Polyäthylenferephthalat, terephthalat nach dem Vakuumtiefziehverfahren kondie sich außerdem noch durch weitere wertvolle turenscharf zu Formkörpern sehr guter mechanischer mechanische Eigenschaften und eine sehr gute Form- Eigenschaften verformen ließ,
beständigkeit auch in der Wärme auszeichnen. Durch die Verwendung von Polyäthylenterephthalat

Es ist bekannt, Formkörper aus Polyäthylentere- 35 eines Kristallisationsgrades zwischen 8 und 20% phthalat dadurch herzustellen, daß man den Polyester und Ausnutzung der Tatsache, daß beim Vakuumtiefbis zum Schmelzfluß erhitzt, die Schmelze verformt ziehen keine Rückbildung des Kristallisationsgrades und sich in der gewünschten Gestalt wieder verfestigen eintritt, wird erreicht, daß bei der auf das Vakuumläßt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Polyäthylentere- tiefziehverfahren folgenden Wärmebehandlung eine phthalat im Verlauf derartiger Verformungsprozesse, 40 Weiterkristallisation des Formkörpermaterials sofort wie z. B. beim Spritzgußverfahren, Abbaureaktionen einsetzt. Würde das Formkörpermaterial in amorpher unterliegt, die eine Minderung des Polymerisations- Form vorliegen, wie das z. B. bei nach dem Spritzgußgrades und eine Beeinträchtigung der Qualität der verfahren hergestellten Formungen der Fall ist, so Formkörper besonders bei ihren mechanischen Eigen- müßte erst eine Induktionszeit durchlaufen werden, schäften zur Folge haben. Diese bislang unvermeid- 45 in der sich die primären Kristallisationskeime erst ausbaren Abbaureaktionen äußern sich beispielsweise in bilden müssen. Somit ergibt sich als weiterer besondeeinem Absinken der Lösungsviskosität des Formkör- rer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens eine permaterials gegenüber der des eingesetzten Poly- rasch einsetzende Weiterkristallisation des Formköräthylenterephthalates und treten um so stärker in Er- permaterials in der Form. Sind weniger als 5 % des scheinung, je höher der Polymerisationsgrad des Aus- 50 Polyesters kristallin, tritt dieser Vorteil nicht mehr gangsmaterials gewählt wird. Für viele Eigenschaften stark in Erscheinung.

der Formkörper ist aber gerade ein hoher Polymerisa- Das Erwärmen der Polyäthylenterephthalatplatten

tionsgrad des Materials sehr erwünscht. oder -folien auf die erfindungsgemäß vorgesehenen

Die Herstellung von Formkörpern aus Polyäthylen- Temperaturen von 90 bis 160⁰C kann mittels aller

terephthalat durch Verformen aus dem Schmelzzufluß 55 dem Fachmann bekannter Methoden erfolgen. Zur

hat außerdem den Nachteil, daß der Polyester beim Aufheizung eignen sich besonders Infrarotstrahler,

Aufschmelzen vollständig in den amorphen Zustand da bei ihrer Anwendung die Aufheizung über den

übergeht. Somit besteht auch der nach dem Erstarren Materialquerschnitt besonders schnell erfolgt. Die

in der Form entstandene Formkörper praktisch nur Aufheizung der Platten und Folien kann rasch bei

aus amorphem Material, was sich wiederum auf einige 60 hoher Wärmezuführung oder langsam bei verminderter

mechanische Eigenschaften des Formlings sehr un- Wärmedosierung erfolgen. Optimale Bedingungen

günstig auswirken kann, insbesondere aber eine sehr lassen sich jeweils leicht ermitteln, indem man in

schleehte Formbeständigkeit in der Wärme zur Folge Versuchen Arbeitsparameter aufstellt. Wesentlich je-

hat. doch ist es, daß die auf Temperaturen zwischen 90

Es ist ferner bekannt, mittels Vakuumtiefziehens 65 und 160⁰C erwärmten Platten oder Folien einen Kri-

aus thermoplastischem Material Formkörper herzu- stallisationsgrad zwischen 8 und 20% aufweisen. Ins-

stellen. Dabei wird der Formkörper in der Form auch besondere bei langsamer Aufheizung kann es vor-

einer Wärmebehandlung unterworfen. kommen, daß sich der Kristallisationsgrad des Mate-