DE1953037A1 - Kunststoff-Formteil - Google Patents

Kunststoff-Formteil

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DE1953037A1 DE19691953037 DE1953037A DE1953037A1 DE 1953037 A1 DE1953037 A1 DE 1953037A1 DE 19691953037 DE19691953037 DE 19691953037 DE 1953037 A DE1953037 A DE 1953037A DE 1953037 A1 DE1953037 A1 DE 1953037A1
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Description

VEREINIGTE DEUTSCHE Frankfurt/Main, den 17.10.1969 METALLWERKE AG -Schh/HSz-
Nr. 6245 V
Kunststoff-.Formteil
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Kunststoff-Formteil aus einem thermoplastischen verspinnbaren Kunststoff und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kunststoff-Formteils.
Es ist bereits bekannt, Formteile aus einem im wesentlichen mattenartigen Stoff und Harz herzustellen, wobei das die Poren der Fasermatte teilweise ausfüllende Harz aus getrennten Partikelchen besteht, die aus nichtkletegem Harz bestehen und wobei das Harz ein Gewicht von 2 bis 70 % des Gesamtgewichtes von Harz und Fasern aufweist. Weiterhin ist es bekannt, Formkörper aus polymeren Mischfäden herzustellen, wobei die verschiedenen Fäden Thermoplaste mit unterschiedlichem Schmelzpunkt sind.
Diese bekannten Kunststoff-Formkörper weisen aber den Nachteil auf, daß ihre Herstellung umständlich und verhältnismäßig teuer ist, zwei verschiedene Stoffe eingesetzt werden müssen und die Biegefestigkeit oder die Elastizität des Formkörpers gering ist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines.Kunststoff-Formkörpers, der die vorgenannten und andere Nachteile des Standes der Technik nicht mehr aufweist, eine optimale Massenverteilung und eine große Biegefestigkeit besitzt, leicht an Gewicht ist und bei Verformung energieverzehrend wirkt und an alle Möglichkeiten gut angepaßte Strukturen sowie Oberflächenmusterungen ermöglicht und insbesondere auch noch bei tiefen Temperaturen bei Zerstörung splitterfrei bleibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kunststoff-Formteil aus unter Wärmeeinwirkung verdichteten
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Fäden "besteht, die vorzugsweise stark verstreckt sind und vorteilhaft ein Vlies "bilden können.
Weiterhin weist das erfindungsgemäße Kunststoff-Formteil vorteilhaft Oberflächen aus miteinander verschmolzenen Fäden und im Innern eine Faserstruktur auf, wobei Stellen oder Linien auf der ganzen Querschnittsdicke miteinander verschmolzen sein können bzw. vorteilhaft zur Scharnierbildung ein- oder beidseitig unverschmolzen bleiben können.
Das erfindungsgemäße Kunststoff-Formteil zeichnet sich insbesondere vorteilhaft dadurch aus, daß es auch noch bei Temperaturen wesentlich unter 0° C splitterfrei ist.
Im folgenden werden Beispiele der Erfindung näher beschrieben.
Die Fig. 1 zeigt durch zwei Bilder die Fadenverschmelzung in einer Formkörperwand mit höher verdichteten Oberflächen.
Erfindungsgemäß weist das Kunststoff-Formteil im Innern seiner Wandung eine Kernstruktur auf, die aus endlosen bzw. endlichen, wirr durcheinanderliegenden Einzelfäden besteht, welche einer starken Verdichtung unterworfen wurden.
Die Außenflächen der Teile können vorzugsweise aus je einer dünnen homogenen Kunststoffschicht desselben Werkstoffs bestehen und weisen kexinerlei Fadenstruktur auf. Es können auch Teile mit nur einseitiger homogener Schicht hergestellt werden.
Zur Herstellung eines solchen Formteils werden thermoplastische Faservliese verwendet. Diese Vliese können aus Endlosfäden oder aus Stapelfasern bestehen. Sie können erfindungsgemäß als sogenanntes Nadelvlies, in Rollenform, als unvernadeltes Vlies, in Form von Ballen oder als vorverdichtetes Vlies in Form von Platten zu Formteilen weiterverarbeitet werden, wobei, insbesondere Vliese aus stark verstreckten Fäden besonders hochwertige Formteile ergeben.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann wie folgt beschrieben werden:
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Vliese der genannten Vliesarten werden in hydraulischen, pneumatischen oder mechanischen Pressen in einer Form gepreßt. Die Preßform ist so ausgeführt, daß das von der Rolle (Nadelvlies) oder in Zeitabständen stückweise eingebrachte Vlies (Ballen oder Platten) in einem einzigen Arbeitsgang verdichtet wird. Durch Beheizung des Ober- und Unterteils der Preßform- oder wahlweise im Bedarfsfall eines der beiden werden im gleichen Arbeitsgang die äußeren Fadenschichten des Vlieses plastifiziert und homogenisiert. Die zuzuführende Wärme und die Preßzeit richtet sich nach der gewünschten Dicke der äußeren Schichten. Die Verarbeitungstemperaturen richten sich nach dem Schmelzpunkt des Werkstoffs.
Die inneren Fadenschichten werden ebenfalls erwärmt, jedoch erreichen diese auf Grund der schlechten Wärmeleitfähigkeit des thermoplastischen Vlieses und bei entsprechend kurzer Preßdauer nicht die Schmelztemperatur. Der Elastizitätsmodul verringert sich durch die erhöhte Temperatur erheblich, wodurch sich die inneren Schichten leicht in die gewünschte Form bringen lassen.
Die Formtemperatur kann während des Preßvorganges und während der Zwischenzeiten konstant bleiben.
Eine Kühlung innerhalb der Form ist nicht erforderlich, da das Teil vorzugsweise heiß entformt werden kann und die geschmolzenen Schichten in ihrer Dicke so bemessen sind, daß sie in dar Regel sofort nach öffnen des Werkzeuges erstarren, sobald das Teil mit der Umgebungsluft in Berührung kommt. Bei dickeren Außenschichten kann gegebenenfalls mit Preßluft nachgekUhlt werden, um den Zyklus zu beschleunigen. Es ist vorgesehen, die Teile mit Preßluft aus der Form zu stoßen.
Ein besonderes Merkmal der Preßform ist eine umlaufende Abquetschkante, die das Vlies kurz vor dem endgültigen Formschluß vom überschüssigen Vlies trennt und das Preßteil auf . diese Weise auch an den Seiten versiegelt. Es können auf diese Art auch gleichzeitig Löcher oder Durchbrüche in die Teile ge-
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formt werden. Rippen und komplizierte Halteelemente lassen sich durch örtliche höhere Temperaturen vollkommen durchschmelzen, so daß an diesen Stellen homogenes Material entsteht.
Es empfiehlt sich, für die Verarbeitung mancher Kunststoffe eine Oberflächenbehandlung durch Galvanisieren der Form oder durch Aufbringen eines PTFE-Überzuges zum Zwecke besserer Entformung durchzuführen.
Scharniere lassen sich durch linienförmige Unterbrechung der Oberflächenschichten ohne weiteres herstellen.
Es können für bestimmte Anwendungsgebiete zusätzlich Verstärkungen in Form von Metallgittern, Blechen, Glas und Kohlefasern oder sonstigen Elementen in das Vlies eingebracht werden. In diesen Fällen kann das Verstärkungsteil entweder bei der Herstellung des Vlieses eingearbeitet werden oder es erfolgt eine mehrlagige Vlieszuführung beim Pressen, wobei zwischen die einzelnen Lagen die entsprechenden Verstärkungen eingelegt werden.
Verschiedene Oberflächenstrukturen wie Ledernarbungen, Riefen oder dergleichen sind ebenfalls möglich, indem die Formoberfläche entsprechend bearbeitet ist.
Die Vliese können, um den Ausstoß noch weiter zu erhöhen und noch wirtschaftlicher zu gestalten, auch in schnellaufenden Pressen verarbeitet werden.
Bei solchen Pressen ist eine starke Beheizung des Werkzeuges nicht erforderlich, da sich ein Teil der kinetischen Energie des Preßstempels beim Auftreffen und Verdichten in Wärmeenergie umwandelt und die Außenflächen des Vlieses zum Schmelzen bringt.
In vielen Fällen - insbesondere bei technisch einfachen Teilen empfiehlt es sich, diese Methode anzuwenden.
Weiterhin kann zur Vereinfachung des Preßvorganges das Vlies separat vorgewärmt werden.
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Die Dicke der aufgeschmolzenen Außenhaut kann unabhängig von der Struktur des Vlieses und unabhängig von der Fadenstärke durch längere oder kursiere Verweilzeiten variiert werden. Die Verweilzeit läßt sich abkürzen, wenn das V/erkzeug höher temperiert ist, da infolge der höheren Temperatur der Schmelzprozeß schneller abläuft.
Die Figur 1 zeigt deutlich die durch die Oberflächenverschmelzung und Verdichtung hervorgerufene Massenverteilung in der Formkörperwand, die eine ausgezeichnete Biegefestigkeit des Formteils bewirkt. Für die lichtmikroskopische Untersuchung der Gegenstände der Beispiele wurden vom oberen Rand, der Seitenwand und dem Boden der Becher im Querschnitt Mikrotomschnitte angefertigt. Die Präparation erfolgte in einer Epon-Kunststoff-Einbettmasse, die bei 60° C ausgehärtet wurde. Beim Einbetten mußte darauf geachtet werden, daß die Proben allseitig von der Einbettmasse umgeben waren, da andernfalls, kein einwandfreier Mikrotomschnitt durchzuführen war. Die Betrachtung der Mikrotomschnitte erfolgte im Durchlicht bei Verwendung polarisierten Lichtes.
Ersichtlicherweise ist direkt an der Außenfläche eine unterschiedlich breit ausgebildete, amorph und homogen aussehende Kunststoffschicht zu erkennen. Diese Zone aufgeschmolzenen Materials reicht an einigen Stellen ca. 0,1 mm in das Gefüge hinein. An anderen Randzonen hat eine Aufschmelzung lichtmikroskopisch kaum sichtbar gerade am äußeren Rand von Einzelfäden begonnen. Unter den auf- bzw. angeschmolzenen Oberflächenzonen sind die Kernstrukturen zu erkennen, die aus endlichen, wirr durcheinanderliegenden Einzelfäden bestehen. Zwischenräume sind zwischen den einzelnen Fäden nicht mehr zu erkennen.
Beispiel 1
Herstellung eines becherartigen Gegenstandes, bestehend aus einem Boden von 50 mm Durchmesser und einem konischen Mantel von 20 mm Höhe sowie einem umlaufenden Kragen von 5 mm Breite. Die Wandangstärke beträgt 2,5 mm.
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Ein dem Formartikel entsprechendes Werkzeug, bestehend aus Patritze und Matritze wurde auf eine Temperatur von 160 "bis 17o° C gebracht. Die Werkzeugoberfläche war zur besseren Trennung mit PTFE überzogen.
Ein Wirrvliesballen aus Polypropylen, Gewicht ca. 10 gr, wurde in die Matritze eingelegt. Anschließend wurde das Werkzeug geschlossen und auf einer hydraulischen Laborpresse einer Flächenpressung von ca. 150 ^/cm unterworfen. Nach 20 bis 25 Sekunden wurde das Werkzeug geöffnet. Das Teil konnte heiß entfernt werden.
Das Formteil war mit einer dünnen homogenen Schicht von einigen Zehntel Millimeter Dicke allseitig überzogen. Im Innern der Wandung war die Vliesstruktur erhalten, jedoch das Vlies stark verdichtet. Sobald das Teil nach dem Öffnen des. Werkzeuges mit der Umgebungsluft in Berührung kam, erstarrte die dünne Haut sofort soweit, daß das Teil zum Zweck der Entformung ausreichend stabilisiert war. Die weitere Wärmeabfuhr erfolgte in einem Wasserbad.
Beispiel 2
Herstellung des gleichen Gegenstandes mit Ausgangswerkstoff Polypropylen Nadelvlies.
Ein Stück Nadelvlies von ca. 10 mm Stärke wurde unter gleichen Bedingungen verpreßt wie bei Beispiel 1. Es zeigten sich gleiche Eigenschaften, Jedoch war die Gleichmäßigkeit der Wandstärkendicke exakter als in Beispiel 1.
Beispiel 3
Herstellung eines becherartigen Gegenstandes mit glattem Außenmantel und Vliesstruktur auf der Innenseite.
Für diesen Versuch wurde die Patritze auf Raumtemperatur gehalten. Die Matritzentemperatur lag zwischen 160 und 170° C. Die sonstigen Bedingungen entsprechen denen in Beispiel 2. Das Fertigteil zeigte eine glatte, homogene Außenschicht und auf der Innenseite ein lediglich verdichtetes Faservlies ohne
Aufschmelzung.
Beispiel 4
Formen eines Körpers in einer Schmiedepresse.
In einer Schmiedepresse wurde Wirrvlies aus Polypropylen in einem flächenförmigen, geringfügig profilierten Gesenk verpreßt. Die Matritzen- und die Patritzentemperatur lag "bei 90° bis 100° C, also weit unter dem Schmelzpunkt des Materials, Durch den Schmiedevorgang entstand ein Formteil mit ähnlichem Oberflächencharakter wie in Beispiel 1 und 2. Die Außenwand war homogen, obwohl die Ausgangstemperatur des Vlieses 20° C betrug.
Beispiel 5
Deformationsversuch.
Jeweils nach Beispiel 1 und 2 hergestellte Formteile wurden auf -28° C unterkühlt. Mit einem Hammer wurden mehrere heftige Schläge auf die Teile ausgeführt. Die Formteile wurden deformiert. In beiden Fällen trat keine SpHtterung auf, obwohl die Außenhaut beschädigt wurde. Die Innenstruktur des Formteils wurde sichtbar. Das Formteil wirkte stark energieverzehrend bei Schlägen.
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Claims (18)

Patentansprüche
1)/Verbessertes Kunststoff-Formteil aus einem thermoplastischen verspinnbaren Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß es aus unter Wärmeeinwirkung verdichteten Fäden oder Fasern besteht.
2) Kunststoff-Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden stark verstreckt sind.
3) Kunststoff-Formteil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden ein Vlies bilden.
4) Kunststoff-Formteil nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es Oberflächen aus miteinander verschmolzenen Fäden und im Innern eine Faserstruktur aufweist.
5) Kunststoff-Formteil nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es eine oder mehrere Verstärkungseinlagen aufweist.
6) Kunststoff-Formteil nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es Stellen oder Linien aufweist, in denen die Fäden auf der ganzen Querschnittsdicke miteinander verschmolzen sind.
7) Kunststoff-Formteil nach den Ansprüchen 1 bis 69 dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche an bestimmten Stellen oder Linien zur Scharnierbildung ein- oder beidseitig unverschmolzen ist.
8) Verfahren zur Herstellung des Formteils nach den Ansprüchen Ibis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden unter Wärmeeinwirkung in einer Presse in die gewünschte Form gebracht und verdichtet werden, wobei die Fäden mindestens an der Oberfläche des Formteils miteinander verschmelzen.
9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeeinwirkung nach der örtlich gewünschten Dicke der verschmolzenen Schichten eingerichtet wird.
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10) Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß dier Preßdruck nach der gewünschten Dichte des Formteils eingereichtet wird.
11) Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem Endlosfaden- oder Stapelfaservlies abgelegte Fäden verwendet werden.
12) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Vlies bereits vorverdichtet ist.
13) Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 11, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Presse mit beheiztem Preßwerkzeug.
14) Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Preßvorgang Energie zugeführt wird, die zusätzlich zur Wärmeeinwirkung zum Verschmelzen der Fäden dient.
15) Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden oder Fasern vor dem Einbringen in die Presse vorgewärmt werden.
16) Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Preßwerkzeug in bestimmten Stellen besonders erhitzt und/oder gekühlt wird.
17) Kunststoff-Formteil nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß es bei Temperaturen wesentlich unter 0° β splitterfrei ist.
18) Kunststoff-Formteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der verschmolzene Bereich der Oberfläche weniger als 0,1 mm stark ist.
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