DE1908987A1

DE1908987A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Waermeverformung

Info

Publication number: DE1908987A1
Application number: DE19691908987
Authority: DE
Inventors: Posten David John
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1968-03-01
Filing date: 1969-02-22
Publication date: 1969-09-25
Also published as: GB1184328A; FR2003058A1; BE729194A

Description

dr.w. Schalk · dipl.-ing. p. Wirth · dipl.-ing.g. Dannenberg dr.v.Schmied-KoWARZIK · dr.p.Weinhold Ί 9 08987

OR. ESCHENHEIMER «TK. 39 CaSe F-(IyI- C

SK/Hk

Union Carbide Corporation

270 Park Avenue

New York. Ν.Ύ. 10017/USA

Verfahren und Vorrichtung zur Wärmeverfonnung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmeverformung, besonders auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmeverformung thermoplastischer Folien.

Die hier verwendete Bezeichnung "thermoplastische Folie" bezieht sich auf Gewebe, Filme oder anderes Folienmaterial, das die ihm im wärmeerweichten Zustand verliehenen dreidimensionalen Konturen permanent behält. Material in diesem wärmeerweichten Zustand wird im folgenden als Material bei Formtemperatur bezeichnet werden.

Wärmeverformung ist ein Verfahren, in dem eine thermoplastische Folie zu deren Formtemperatur erhitzt, in einer passenden Form zur gewünschten Gestalt verformt und dann abgekühlt wird.

In der Wärmeverformung war es bisher üblich,die thermoplastische Folie zu deren Formtemperatur mit Hilfe von in Nähe der Form angebrachten Heizstrahlern zu erhitzen. Diese Heizstrahler waren schon immer schwierig zu handhaben und erwiesen sich als unwirtschaftlich; außerdem ist die Regelung der Temperatur nicht einfach. Die Nachteile dieser Heizstrahler sind bei Durchführung komplizierterer Verformungsverfahren, z.B. bei Verwendung von Matritzenteilen oder aufeinanderpassenden Formen, noch größer. Bei diesen Verfahren ist es notwendig,

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daß mindestens zwei der Formteile mit der erhitzten, dazwischenliegenden thermoplastischen Folie aufeinanderpassen.

Bei Verwendung von Heizstrahlern oder ähnlichen Heizvorrichtungen muß die Folie entweder in einer gewissen Entfernung von der Form erhitzt und dann in Arbeitsstellung gegen die Form gebracht werden oder die Folie wird in Nähe der Form erhitzt, dann die Heizvorrichtung entfernt und schließlich die Verformung durchgeführt. Dies sind umständliche und zeitraubende Verfahren.

Eine andere Schwierigkeit tritt auf, wenn diese Heizvorrichtungen zum Erhitzen von cffenmaschigem thermoplastischen Material, wie z.B. gewebte oder gestrickte thermoplastische Gewebe, für eine Vakuumverformung verwendet werden. Da diese Gewebe luftdurchlässig sind, können sie nicht auf die übliche Weise vakuumverformt werden. Es muß eine Unterlage oder Deckfolie aus einer luftundurchlässigen oder zumindest stark luftundurchlässigen Membrane an dem Gewebe angebracht v/erden, damit die Öffnungen verschlossen und das Vakuum angelegt werden kann. Die Deckfolie wird üblicherweise zwischen dem Gewebe und der Heizvorrichtung angebracht, deshalb muß genügend Hitze erzeugt werden, um Deckfolie und Gewebe zu erhitzen. Dieses Verfahren ist auch deshalb unwirtschaftlich, weil entweder die Deckfolie nur einmal verwendet werden kann oder,wenn sie wiederverwendet werden kann, nach verhältnismäßig kurzem Gebrauch durch die Hitze beschädigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer Vorrichtung zur Wärmeverformung mit einem einfachen und wirtschaftlich arbeitenden Heizmittel.

Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Wärmeverformung mit einem Heizmittel, das gleichzeitig als wiederverwendbare Deckfolie zum Vakuumverformen von xDffenma-

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schigen Geweben angewendet werden kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Entwicklung eines verbesserten, einfachen und wirtschaftlichen Verfahrens zur Wärmeverformung von thermoplastischen Folien.

Diese und weitere Aufgaben wurden durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmeverformung von thermoplastischen Folien gelöst, in welchem man eine Deckfolie, die einen elektrischen Leiter enthält, verwendet. Diese Deckfolie erhitzt die thermoplastische Folie und ist gleichzeitig eine wiederverwendbare Unterlage für die thermoplastische Folie. Diese Unterlage wird vorzugsweise, jedoch nicht unbedingt, aus einem elastischen, stark luftundurchlässigen Material hergestellt.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. In diesen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vakuumverformungs-Vorrichtung; und

Fig. 2 den gleichen Querschnitt wie in Fig. 1, jedoch in der Verformungsstufe der Vakuumverformung.

Eine genaue Beschreibung der Zeichnung zeigt eine Vakuumform 10 mit einer Verformungsoberfläche 12 und einer Austrittsöffnung 14 zum Anlegen des Vakuums an die Verfomungsoberflache. Ein Isolierrahmen 16 ist gegenüber der Verformungsoberfläche 12 angeordnet und an seinem der Verformungsoberfläche nächstem Ende sind zwei parallele Elektroden 18, 18' angebracht, die mit einem regelbaren Spannungsumwandler 20 verbunden sind. Zwischen dem Rahmen 16 und dqr Verformungsoberfläche 12 ist eine elastische, im wesentlichen luftundurchlässige, elektrisch leitende Deckfolie 22 angebracht.

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Eine thermoplastische Folie 24 wird gegen die Form 10 gegenüber der Yerformungsoberflache 12 gelegt und die Deckfolie 22 wird so auf der Form angeordnet, daß sie die thermoplastische Folie bedeckt. Der Rahmen 16 wird gesenkt bis die Elektroden 18, 18' einen Druck auf die Deckfolie 22 und die thermoplastische Folie 24 ausüben, der ausreicht, um die beiden Folien während der Verformungsstufe festzuhalten. Der Umwandler 20 wird dann eingeschaltet und mittels der Elektroden 18,18' wird durch die Deckfolie 22 soviel Strom geleitet, daß Deckfolie und benachbarte thermoplastische Folie zur Formtemperatur der thermoplastischen Folie erhitzt werden. Wenn diese Temperatur errreicht ist, wird die Form durch die Austrittsöffnung 14 mit Hilfe ^ einer Vakuumpumpe (nicht abgebildet) evakuiert. Durch den Unterdruck werden die Deckfolie 22 und die thermoplastische Folie gegen die Verformungsoberfläche 12 gedrückt und erhalten die gewünschte Form (Fig.2). Dann wird der elektrische Strom abgeschaltet und das Vakuum gehalten bis die thermoplastische Folie 24 abkühlt. Dann wird das Vakuum entfernt, der Rahmen 16 gehoben und die verformte thermoplastische Folie und die Deckfolie aus der Form genommen. Wenn die Deckfolie von der thermoplastischen Folie abgezogen ist, erhält sie wieder ihre ursprüngliche Form und kann zur nächsten Verformung verwendet werden. ,

Die erfindungsgemäß zu verwendende Deckfolie ist eine elektrisch leitende Membrane. Bevorzugt verwendet werden elastische, im " wesentlichen luftundurchlässige Deckfolien. Diese bevorzugten Deckfolien können durch Verstärkung einer elastischen, im wesentlichen luftundurchlässigen Membrane, wie z.B. Kautschuk, mit einem leitenden Material, "wie z.B. Chromnickeldraht oder elektrisch, leitendem Ruß, hergestellt werden. Eine besonders bevorzugt verwendete Deckfolie wird aus Siliconkautschuk hergestellt, z.B. einem Dimethylpolysiloxan mit Siliziumdioxyd verstärkt, das elektrisch leitfähigen Ruß enthält. Eine derartige Deckfolie behält ihre elektrische leitfähigkeit und physikalischen Eigenschaften über lange Zeiträume auch bei Tempe- *("Nichrome")

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raturen, die höher sind als die normalen Verfahrenstemperaturen. Wird bei den üblichen Verfahrenstemperaturen von 121 bis 177°C gearbeitet, kann die Deckfolie praktisch unbegrenzt verwendet werden, ohne Abnutzungserscheinungen aufzuweisen. Außerdem kann der spezifische elektrische Widerstand dieser Deckfolie durch Variieren des Anteils an leitendem Ruß oder durch Mischen des Folienmaterials mit einem nicht leitenden Kautschuk geregelt werden. Dies ist eine besonders wünschenswerte Eigenschaft, da die während der Heizstufe erzielte Temperatur direkt durch den spezifischen Widerstand der Deckfolie beeinflußt wird. Diese Eigenschaft bietet daher eine zusätzliche, automatische Regelung der Temperatur.

Die vorliegende Erfindung kann bei federn üblichen Verformungsverfahren angewendet werden, wie z.B. Vakuumverformung, Druckverformung oder Verformung mit aufeinanderpassenden Formen; dabei kann man jede thermoplastische Folie verwenden.

Die erfindungsgemäße Deckfolie erwies sich als besonders nützlich bei der Vakuumverformung von o&nmaschigen Geweben, da man bisher noch kein Verfahren kannte, das die Verwendung einer nur einmal zu gebrauchenden Deckfolie überflüssig macht und

unvorteilhaften bei dem das Gewebe nicht gemäß den oben beschriebenen' Methoden erhitzt werden mußte. Man erhielt augezeichnete Ergebnisse beim Verformen von weitmaschigen Geweben, die aus Vinylchloridpolymerisaten hergestellt waren, besonders solchen aus einem Polymerisat aus 60 Gew.-% Vinylchlorid und 40 Gew.-# Acrylnitril .

Die folgenden Beispiele sollen das erfindungsmäße Verfahren erläutern, jedoch nicht beschränken.

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Beispiel 1

Misch-Ein 35,5 χ 35,5 cm Stück eines Gewebes aus einem/iPolymerisat aus 60 Gew.-% Vinylchlorid und 40 Gew.-$ Acrylnitril wurde gegen eine zur Vakuumverformung geeignete Form gelegt. Dann wurde eine 33 χ 33 cm Folie aus elektrisch leitendem Siliconkautschuk darüber gelegt. Ein Isolierrahmen (30,5 x 30,5), an dessen unteren gegenüberliegenden Enden 2 Elektroden.angeordnet waren wurde gegen die Kautschukfolie gepreßt, so daß die Elektroden fest auf zwei gegenüberliegenden Ecken der Kautschukfolie saßen. Dann wurde soviel elektrischer Strom (geregelt mittels fc eines regelbaren Sapnnungsumwandlers) durch die Kautschukfolie geleitet, daß Kautschukfolie und thermoplastische Folie zur Formtemperatur des Gewebes , 93 bis 177⁰C, erhitzt wurden. Man benötigte eine Energie von 0,4 W/cm zur Erzielung der Formtemperatur; es wurde 35 Sek. erhitzt. Die Temperatur der Gewebeoberfläche nach dem Erhitzen betrug zwischen 121 und 143°C und das Gewebe konnte ohne. Schaden zu nehmen 120 Sek. auf seiner Formtemperatur gehalten werden.

Nach Erreichen der Formtemperatur wurde mit Hilfe einer Vakuumpumpe an die Verformungsoberfläche der Form Vakuum angelegt. Das Vakuum zog die Deckfolie und das darunter liegende Gewebe fest gegen die Verformungsoberfläche. Dann wurde der elektrische ) Strom abgeschaltet und das Gewebe gegen die Verformungsoberfläche gedruckt abkühlen gelassen. Als das Gewebe abgekühlt war wurde das Vakuum entfernt und der Isolierrahmen gehoben. Das verformte Gewebe und die Deckfolie wurden aus der Form entfernt, wobei die Deckfolie ihre ursprüngliche Form wieder annahm.

Versuch 1

Dieser Versuch wurde als Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem üblichen Verformungsverfahren durchgeführt.

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Ein Stück Gewebe gemäß Beispiel 1 wurde in einer üblichen, mit Heizstrahlern erhitzten Vakuumverformungsvorrichtung verformt.

Man benötigte in der Heizstufe eine Energie von 1,1 W pro cm

2 anstatt der erfindungsgemäßen 0,35 W pro cm . Die Temperatur an der Gewebeoberfläche schwankte zwischen 121 und 163⁰C, verglichen mit dem erfindungsgemäßen Bereich von 121 bis 143⁰C. Obwohl die Formtemperatur in der gleichen Zeit (35 Sek.) erreicht wurde, waren - wenn die Hitzequelle nicht entfernt wurde - nach weiteren 10 Sek. Hitzeschäden an dem Gewebe feststellen und nach weiteren 30 Sek. war das Gewebe zerstört.

Aus dem obigen Versuch kann ersehen werden, daß außer den Vorteilen des wirtschaftlicheren Heizens und der wiederzuverwendenden Deckfolie, die vorliegende Erfindung auch einen breiteren Spielraum für den Beginn des Verformungsprozesses läßt und die Gefahr einer Gewebeschädigung durch die Hitze geringer macht. Außerdem wurde die Gewebeoberfläche gleichmäßiger erhitzt, wodurch eine gleichmäßigere Ausdehnung während der Verformungsstufe erzielt wurde.

Beispiel 2

Unterschiedliche thermoplastische Materialien wurden gemäß Beispiel 1 verformt. Eine nicht verwebte Watte aus einer 24-Denierfaser aus einem Mischpolymerisat aus aus 60 Gew.-^ Vinylchlorid und 4-0 Gew.-% Acrylnitril mit einem Polyvinylchlorid-

(verbunden)
harz verschweißy, wurde unter denselben Bedingungen wie für das Gewebe verformt. Auch thermoplastische nicht verwebte Papiere und "picker laps", perforierte Polyvinylchloridfolien und Vinyl überzogene thermoplastische Gewebe wurden erfindungsgemäß verformt. In jedem Fall war das Endprodukt besser als ein entsprechendes,nach einem üblichen Verfahren hergestelltes Produkt.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Wärmeverformung von thermoplastischen Folien, dadurch gekennzeichnet, daß man eine elektrisch leitende Membrane gegenüber der Verforaungsoberfläche einer Form anordnet, die thermoplastische Folie nahe an dieser Membrane anbringt, genügend elektrischen Strom durch die Membrane leitet, so daß Membrane und Folie zu mindestens der Formtemperatur der thermoplastischen Folie erhitzt werden, die Membrane und die thermoplastische Folie gegen die Verformungsoberfläche anpreßt und anpaßt, die Membrane und die thermoplastische Folie abkühlt und die Membrane und die thermoplastische Folie von der Verformungsoberfläche entfernt.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch leitende Membrane eine elastische, im wesentlichen luftundurchlässige Membrane, insbesondere eine elek-

' trisch leitenden Ruß enthaltende Siliconkautschuk-Membrane, verwendet wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastische Folie ein offenmaschiges Gewebe, insbesondere ein solches aus einem Mischpolymerisat aus 60 Gew.-fo Vinylchlorid und 40 Gew.-$ Acrylnitril, verwendet wird.
4) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfolie aus mit Siliziumdioxyd verstärktem, elektrisch leitenden Ruß enthaltenden Dimethylpolysiloxan hergestellt ist.
5) Vorrichtung zur Vakuumverformung offenmaschiger Gewebe, bestehend aus einer Vakuumform (10), einer elektrisch leitenden Deckfolie (22) die nahe zur Form angeordnet ist, wobei das Gewebe (24) zwischen der Deckfolie (22) und der

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Form (10) angebracht ist, Mittel (18, 18', 20) zum Durchleiten elektrischen Stroms durch die Deckfolie, so daß Deckfolie und Gewebe zu mindestens der Formtemperatur des Gewebes erhitzt werden, und Mittel zur Schaffung eines Vakuums (14) zwischen Form und Deckfolie, welches ausreicht, um Deckfolie und Gewebe die gewünschte Form zu verleihen.
6) Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfolie (22) aus elektrisch leitenden Ruß enthaltenden Siliconkautschuk besteht.
7) Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfolie (22) aus einem mit Silisiumdioxyd verstärkten, elektrisch leitenden Ruß enthaltendem Dimethylpolysiloxan besteht.
8) Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (24) aus einem Mischpolymerisat aus 60 Gew,-# Vinylchlorid und 40 Gew.-# Acrylnitril besteht.

Der Patentanwalt

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