DE1704630A1

DE1704630A1 - Verfahren zum Nachpressen von Platten oder Folien aus thermoplastischem Kunststoff

Info

Publication number: DE1704630A1
Application number: DE19671704630
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr Blank; Guenter Dr Peilstoecker
Original assignee: Bayer AG; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Bayer AG; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1967-02-23
Filing date: 1967-02-23
Publication date: 1971-05-19
Also published as: GB1198911A; BE711184A; AT291538B; CH458709A; SE339101B; FR1553623A; NL6802621A; LU55483A1; DK116900B

Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG - COMPAGNIE DE SAINT-GOBAIN

Verfahren zum Nachpressen von Platten oder Folien aus thermoplastischem Kunststoff

Die Erfindung betrifft die Technik des Nachpressens vorgeformter Platten oder Folien aus thermoplastischem Kunststoff und hat zum Ziel, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich Platten oder Folien mit besonders hoher Oberflächenqualität herstellen lassen.

Zur Herstellung von Platten oder Folien aus thermoplastischem Kunststoff mit einer einwandfreien Oberfläche ist es bisher üblich, die Platten oder Folien zunächst beispielsweise durch Extrudieren aus Breitschlitzdüsen voraufonnen und dann in einem späteren Arbeltsgang die so vorgeformten Platten oder Folien bei Temperaturen zwischen der Erstarrungs- und der Klebetemperatur des Kunststoffes nachaupresisen.

diätem NaehpreiJyorgang igt 'snfcwetJf r iäs 5ietaili$che Preßwerkzeug selbst mit einer hochglanzpolierten Oberfläche versehen, oder es werden metallisch^ Preßplatten mit einer hochglanzpolierten Oberfläche zwischen das Preßwerkzeug und die

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vorgeformten Platten zwischengeschaltet. Auf diese Weise wird die Oberflächenbeschaffenheit der polierten metallischen Preßplatte auf die Oberfläche der nachzupressenden Platten aus thermoplastischem Kunststoff übertragen, so daß der Kunststoff nach dem Nachpressen mit hoher Genauigkeit die Oberflächenebenheit und -struktur der Druckplatte aufweist.

Beim Nachpressen wird bisher so vorgegangen, daß der notwendige Preßdruck während des Aufheizens auf die Preßtemperatur oder aber nach Erreichen der Preßtemperatur aufgebracht und dieser Preßdruck aufrechterhalten wird, bis die Kunststoffplatte oder -folie wieder weitgehend abgekühlt ist.

Es hat sich gezeigt, daß sich mit dieser bekannten Technik eine Oberflächenqualität, die die naehgepreßten Platten oder Folien beispielsweise auch für optische Zwecke, d. h. etwa als spiegelnde Flächen, oder, beim Nachpressen von Plattenader Folien aus durchsichtigem Kunststoff, als Sichtscheiben mit einer völlig ungestörten Durehsteht₍ geeignet «i^ht, nicht erzielen läßt, Sine ähnlich hohe Oberflächenqualität kann natürlich auch

Ein besonderer Fehler, der beim Art&eiten nach der bekannten Technik auftritt, besteht darin, daß auf den Oberflächen der nachgepreßten Kunststoffplatten oder -folien feine Kratzer vorhanden sind, die radial auf die Mitte hin gerichtet sind und die eine Verwendung der Platten oder Folien bei hohen

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Anforderungen an die Oberflächenqualität unmöglich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Naehpreßverfahren zu schaffen, bei dem dieser Fehler nicht mehr auftritt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man beim Nachpressen der vorgeformten Platten oder Folien bei Temperaturen zwischen der Erstarrungs- und der Klebetemperatur des thermoplastischen Kunststoffes die Platten oder Folien im Zuge der Abkühlung bereits kurz nach Unterschreiten der Erstarrungstemperatur entlastet.

Unter Erstarrungstemperatur ist, wie bei thermoplastischen Kunststoffen üblich, nicht etwa die Temperatur zu verstehen, bei der der Übergang vom flüssigen in den plastischen Zustand erfolgt,, sondern die Übergangstemperatur vom plastischen in den elastischen Zustand.

Es hat sich gezeigt, daß bei Einhaltung dieser Bedingung die oben erwähnten feinen Kratzer auf den nachgepreßten Platten oder

Folien nicht mehr auftreten» Diese kleinen Kratzer scheinen a

danach bei der durch den stark unterschiedlichen Schrumpf des Kunststoffes und der leßplatten beim Abkühlen im elastischen Zustand verursachten Relativbewegung der Kunststoffplatte oder -folie gegen die Preßplatte zu entstehen.

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Es kann bereits ausreichen, wenn lediglich die Presse entlastet wird. Mitunter kann es jedoch zweckmäßig sein, namentlich bei weiter erniedrigter Temperatur, die Kunststoffplatten oder -folien vollständig zu entlasten, indem man beispielsweise auch die obere Preßplatte und gegebenenfalls auf dieser weiter aufliegende Platten oder dgl. entfernt und so die Kunststoffplatten oder -folien wenigstens auf einer Seite vollständig entformt.

Geht man also davon aus, daß die beobachteten feinen Kratzer durch die Relativbewegung zwischen den Preßplatten und der Kunststoffplatte oder -folie unter dem Preßdruck entstehen, verursacht durch den unterschiedlichen Schrumpf der beiden Materialien, so ergeben sich z. B. bei der Annahme, daß bei einer Länge von 1 m eine Relativbewegung von o,l mm noch zulässig ist, für verschiedene Kunststoffe und für verschiedene Materialien der Preßplatten folgende Temperaturintervalle Δ t /" ⁰C JJ unterhalb der Erstarrungstemperatur:

C °

Material der Preßplatten	nachzupressendes Material	Polyät] Hoch druck	iiylen Mittel druck	Nieder druck	PoIy- carbonat
Eisen Aluminium Glas	" Weich-PVC	o,35 o,36 o,35	0,83 o,91 0,83	1,1 1,3 1,1	2,2 2,9 2,o
o,53 0,56 o,53

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Diese Berechnung würde indessen nur dann gelten, wenn jeder auch noch so geringe Unterschied der Wärmekontraktlon tatsächlich auch zu einer Gleitbewegung Zwischen der Preßplatte und der Kunststoffplatte oder-folie führen würde. Das trifft in Wirklichkeit jedoch nicht zu, vielmehr tritt eine Relativbewegung erst dann ein, wenn die zwischen den aufeinanderliegenden Oberflächen herrschende Haftreibung überwunden wird. Es kommt also unter der Wirkung der Schrumpfspannung zunächst zu einer elastischen Deformation der Kunststoffplatte oder -folie, und erst bei weiterer Abkühlung, wenn die elastischen Kräfte in der Kunststoffplatte oder-folie höher werden als die durch ^ die Haftreibung übertragenen Kräfte, setzt die Relativbewegung zwischen der Preßplatte und der Kunststoffplatte ein.

Die von der Kunststoffplatte oder -folie durch die elastische Dehnung, aufgenommenen Kräfte sind proportional dem Ε-Modul des Kunststoffes im Temperaturbereich kurz unterhalb der Erstarrungstemperatur und der Dicke der Platte oder Folie. Andererseits ist die Größe der Haftreibungskräfte zwischen Preßplatte und Kunststoffplatte oder -folie abhängig von dem Reibungskoeffizienten und der Höhe des angewandten Preßdruckes. ™

Danach ist die untere Grenze des Temperaturbereiches, innerhalb dessen erfindungsgemäß die Entlastung der Kunststoffplatten oder -folien erfolgt, durch folgende Faktoren bedingt:

a) ,die Größe der Kunststoffplatte oder -folie

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b) den thermischen Ausdehnungskoeffizient des Materials der Preßplatten

c) den thermischen Ausdehnungskoeffizient des nachzupressenden Kunststoffes

d) den Ε-Modul des nachzupressenden Kunststoffes

im Temperaturbereich kurz unterhalb der Erstarrungstemperatur

e) die Dicke der nachzupressenden Platte oder Folie

f) den Reibungskoeffizient zwischen Preßplatte und Kunststoffplatte oder -folie

™ g) die Höhe des angewandten Preßdruckes und

h) die Länge der zulässigen feinen Kratzer.

In der Tat hat es sich gezeigt, daß z. B. beim Nachpressen von 1 mm dicken Platten aus Polycarbonat von etwa 1,4ο m Länge unter Verwendung von Preßplatten aus Glas mit polierter Oberfläche bei Anwendung eines Preßdruckes von etwa 4o kg/cm die Entlastung noch bis zu etwa 2o C unterhalb der Erstarrungstemperatur vorgenommen werden kann, ohne daß irgendwelche fe Oberflächenbeschädigungen zu beobachten sind. Das bedeutet, daß im vorliegenden Fall das Temperaturintervall etwa f mal größer ist als die vereinfachte theoretische Berechnung unter Berücksichtigung nur der Ausdehnungskoeffizienten ergibt.

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Allgemein läßt sich sagen, daß das Temperaturintervall zwischen der Erstarrungstemperatur und der Entlastungstemperatur umso größer sein kann, je geringer der Unterschied in den Ausdehnungskoeffizienten von Preßplatte und Kunststoffplatte, Je geringer der Ε-Modul des Kunststoffes bei Temperaturen kurz unterhalb der Erstarrungstemperatur, je geringer die Dicke und die Flächenabmessungen der Kunststoffplatte und je höher die Haftreibung zwischen Preßplatte und Kunststoffplatte sind. Die im Einzelfall zulässige untere Temperaturgrenze läßt sich jeweils durch einfache Versuche leicht feststellen. ·

Die Preßtemperatur, die zwischen der Erstarrungs- und der Klebetemperatur des Kunststoffes liegt, richtet sich, wie.an sich bekannt, innerhalb dieser Grenzen nach dem Preßdruck. Je niedriger dieser gewählt wird, desto höher kann die Temperatur

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und umgekehrt sein. Auch spielt die Preßzeit dabei eine gewisse Rolle. In jedem Falle aber müssen die Bedingungen so gewählt werden, daß ein Kleben des Kunststoffes an den Preßplatten mit Sicherheit vermieden,wird.

Auch die anzuwendenden Preßdrucke können verschieden sein. Sie richten sich nach der Preßtemperatur und den Eigenschaften des Kunststoffs, aus dem die nachzupressenden Platten oder Folien bestehen. Im allgemeinen handelt es sich um Drucke zwischen

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etwa Io und etwa loo kg/cm , insbesondere zwischen etwa 2o und

etwa 60 kg/cm .

Die Größehverhältnisse und die Anordnung der Kunststoffplatte oder -folie und der Preßplatten in der Presse sind zweckmäeeig se zu wählen, daß die Kunststoffplatten oder -folien im nachgepreßten Zustand nicht größer als die Preßplatten sind. Würde die Kunststoffplatte oder -folie während des Nachpressens an irgendeiner Stelle den Rand der Preßplatten erreichen, so könnte sich der Kunststoff dort festhaken, so daß die freie Bewegung während des Schrumpfprozesses beim Abkühlen behindert würde, wodurch es wiederum zu Oberflächenfehlern kommen könnte.

Eine besonders gute Oberflächenqualität der nachgepreßten Platten oder Folien erhält man, wenn man wenigstens zwischen eine der Preßplatten und der vorgeformten Kunststoffplatte oder -folie eine mit einer polierten Oberfläche versehene Glasplatte zwischenschaltet.

Die Zwischenschaltung von polierten Glasplatten zwischen die Preßplatten und die Kunststoffplatte oder -folie führt zu dem überraschenden Vorteil, daß die "Feinstruktur" der Oberfläche der nachgepreßten Platten oder Folien wesentlich besser ist. Dteer günstige Effekt ist wahrscheinlich durch die atomare Struktur des Glases bedingt. Metall ist bekanntlich ein kristallines Material, und beim Schleifen und Polieren werden

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Kristallkörner aller Orientierungen angeschnitten. Infolge der Anisotropie der Kristallite werden aber beim Schleif- und Poliervorgang die Kristallite unterschiedlich abgetragen, so daß eine regelrechte reliefartige Oberflächenstruktur entsteht. Während sich bei Verwendung von Metall-Druckplatten diese "Peinstruktur" deshalb also nie vermeiden läßt, ist Glas ein völlig homogener isotroper Werkstoff, und eine polierte Glasoberfläche weist daher, mikroskopisch gesehen, grundsätzlich eine bessere Ebenheit auf.

Die Möglichkeit, polierte Glasplatten als Preßplatten zu ver- M wenden, ist weiterhin deshalb überraschend, weil Glas bekanntlich ein außerordentlich sprödes Material ist und man annehmen mußte, daß bei den verhältnismäßig hohen Drucken, die zur Anwendung kommen, größere Glasplatten während des Preßvorganges zerbrechen.

Bei der technischen Anwendung des Verfahrens der Erfindung ist es natürlich von Interesse, den Preßzyklus so kurz wie möglich zu halten. Das bedeutet u. a., daß die Glasplatten einem

raschen Temperaturwechsel unterworfen werden. £

Es ist daher vorteilhaft, Glasplatten zu verwenden, die eine erhöhte Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen. Solche Platten können z. B. aus einer Glaszusammensetzung mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, z. B. aus Borosilikatglas.

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Besonders geeignet sind Jedoch für diesen Zweck thermisch oder chemisch vorgespannte Glasplatten der üblichen Glaszusammensetzung. Solche vorgespannten Glasplatten haben infolge ihrer Vorspannung eine ausreichende Temperaturwechselbeständigkeit, sind verhältnismäßig einfach zu beschaffen und haben gegenüber den oben erwähnten Glasplatten mit niedrigem Ausdehnungskoeffizient den weiteren Vorteil, daß sie gegen mechanische Beanspruchungen, wie Schlag-, Stoß- oder Biegebeanspruchungen, wesentlich widerstandsfähiger sind.

Während eine thermische Vorspannung durch schroffe Abkühlung von erhöhten Temperaturen erreicht wird, erzeugt man die chemische Vorspannung z. B. durch Austausch von Ionen an der Glasoberfläche gegen solche mit größerem Ionenradius.

PUr die Verwendung als Druckplatten haben sich thermisch vorgespannte Glasplatten, z. B. in einer Stärke von 4-8 mm, aus geschliffenem und poliertem Spiegelglas sehr gut bewährt. Auch Glasplatten aus sogenanntem feuerpoliertem Glas sind verwendbar, wenn sie die erforderliche Ebenheit aufweisen. Chemisch vorgespannte Glasplatten stehen in geringerer Dicke, bis herunter zu 1 mm, zur Verfügung, und es kann u. U. wünschenswert sein, derartig dünne Glasplatten zu verwenden.

Im folgenden wird an Hand der Abbildung die Anwendung des neuen Verfahrens auf das Nachpressen von Platten aus Polycarbonat

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aromatischer Dihydroxyverblndungen beschrieben. In der Abbildung zeigt die Kurve 1 den zeitlichen Verlauf der Temperatur der Polycarbonatplatte und die Kurxe 2 den zeitlichen Verlauf des Preßdruckes.

Zwischen die Platten der Presse wurde ein aus folgenden Lagen bestehendes Paket eingelegtr

1 Metallplatte (loo χ 15o mm) 1 bis 3 mm 1 oder mehrere Lagen Papier o,2 bis 3 mm 1 vorgespannte Glasplatte (loo χ 15o mm) 6 mm

1 Platte aus Polycarbonat (8o χ l4o mm) o,9 mm (vorgetrocknet, Erstarrungstempeisfcur l45^GC)

1 vorgespannte Glasplatte (wie oben) 6 mm 1 oder mehrere Lagen Papier o,2 bis 3 mm 1 Metallplatte (wie oben) 1 bis 3 mm

Die Presse wurde geschlossen. Die Platten der Presse waren auf eine Temperatur von etwa l8o°C aufgeheizt. Sobald das Polycarbonat eine Temperatur von etwa l4o bis lf>o O erreicht hatte, ji was Je nach Auslegung der Presse nach einigen Minuten der Fall ist, wurde das Preßpaket mit einem Preßdruck von 4o kg/cm beaufschlagt und die Polycarbonatplatte weiter erwärmt bis auf eine Temperatur von 17o°C. Unmittelbar nach Erreichen dieser _t Maximaltemperatur ließ man die Polycarbonatplatte sich abkühlen, wobei der Preßdruck im wesentlichen in der gleichen Höhe aufrecht erhalten blieb. Sobald die Platte eine Temperatur von etwa l4o°C erreicht hatte, wurde das Preßpaket entlastet, indem die Presse

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geöffnet wurde. Bei einer Temperatur von etwa 125°C wurde das Preßpaket auseinandergenommen, d. h. die Polycarbonatplatte wurde entformt, indem die auf dieser Platte ruhenden Lagen abgehoben wurden. Die Polycarbonatplatte kühlte dann ohne Belastung an ruhender Luft ab. Ihre Oberflächen waren von höchster Qualität und zeigten insbesondere keine Kratzer.

Bei einem Vergleichsversuch, der ebenso durchgeführt wurde, bei dem jedoch die Presse geschlossen blieb, bis die Polycarbonatplatte eine Temperatur von etwa 80⁰C erreicht hatte, und danach erst geöffnet wurde, zeigten sich auf den Oberflächen der Polycarbonatplatte zahlreiche, nach der Mitte der Platte hin gerichtete Kratzer, die an den Rändern der Platte etwa 2,2 bis 2,5 nun lang waren, während die Länge der Kratzer nach der Mitte der Platte zu abnahm.

Die erfindungsgemäß nachzupressenden Platten oder Folien können aus allen zur Herstellung solcher Erzeugnisse geeigneten thermoplastischen Kunststoffen bestehen. Als Beispiele für solche Kunststoffe seien genannt Polyolefine, wie Polyäthylene und -propylene, Polyacetale, wie Polyoxymethylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyacrylate und -methacrylate und Mischpolymerisate aller Art, z.B. Acrylnitril-Styrol-Mischpolymerisate und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Misch- und Pfropfpolymerisate, Polyester, wie Polyterephthalsäureglykolester und Polycarbonate, Polysulfone, Polyphenylenoxide, weichmacherhaltige

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Zelluloseester und -äther usw. sowie Mischungen solcher Polymerisate und/oder Polykondensate.

Bei wiederholter Verwendung von Glasplatten mit polierten Oberflächen zum Nachpressen vorgeformter Platten oder Folien gemäß der vorliegenden Erfindung wurde gelegentlich festgestellt, daß die polierten Oberflächen, die mit den Kunststoffplatten oder -folien in Berührung standen, angegriffen w aren, und zwar dann, wenn die Künststoffplatten oder -folien Feuchtigkeit enthielten. Es empfiehlt sich daher, bei Verwendung von Glasplatten nur trockene Kunststoffplatten oder -folien nachzupressen bzw. die Platten oder Folien vor dem Nachpressen zu trocknen.

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Claims

PatentaiE prüche

Verfahren zum Nachpressen von vorgeformten Platten oder Folien aus thermoplastischem Kunststoff bei Temperaturen zwischen der Erstarrungs- und der Klebetemperatur des thermoplastischen Kunststoffes unter Aufrechterhaltung des Preßdruckes während der Abkühlung der Kunststoffplatten oder -folien, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffplatten oder -folien im Zuge der Abkühlung bereits kurz nach Unterschreiten der Erstarrungstemperatur entlastet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der weiteren Abkühlung der Kunststoffplatten oder -folien im Anschluß an die Aufhebung des Preßdruckes wenigstens auf der oberen Oberfläche die vollständige Entformung der Kunststoffplatte!! oder -folien vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der mit den Kunststoffplatten oder -folien in Berührung kommenden Preßplatten so gewählt werden, daß die Kunststoffplattenoder -folien auch im nachgepr<£ ten Zustand kleiner als die Preßplatten sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwischen eine der Preßplatten und die vorgeformte Platte oder Folie eine mit einer polierten Oberfläche versehene Glasplatte zwischengeschaltet wird.

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5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine polierte Glasplatte verwendet wird, die auf thermischem oder auf chemischem Wege vorgespannt ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffplatten oder -folien in trockenem Zustand nachgepreßt werden.

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