DE19636062A1

DE19636062A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Umformung und nachfolgenden Kristallisation von amorphen, kristallisierbaren Thermoplasten

Info

Publication number: DE19636062A1
Application number: DE1996136062
Authority: DE
Inventors: Manfred Geiss
Original assignee: GEORG GEIS MASCHINENFABRIK
Current assignee: GEORG GEIS MASCHINENFABRIK
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 1998-03-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umformung und nachfol genden Kristallisation von amorphen, kristallisierbaren Thermo plasten sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derarti gen Verfahrens.

Amorphe, kristallisierbare Thermoplaste wie Polyethylenenter ephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylen naphthalat (PEN), Polybutylnaphthalat (PBN) sowie zyklische Polyolefine gehören zu den modernen Kunststoffen.

Diese Kunststoffe können beispielsweise bei einer Temperatur von 130°C wie ein normaler Thermoplast mit Hilfe der Vakuumverformung umgeformt werden. Darüber hinaus kann aus diesen Kunststoffen ein Produkt mit wesentlich höherer thermischer Stabilität und vergleichsweise verbesserten mechanischen Eigenschaften erzeugt werden, wenn das umgeformte Thermoplastteil durch eine zusätz liche Temperaturbehandlung, beispielsweise bei einer Temperatur von 150°C, nachträglich kristallisiert wird. Durch die dann eintretende Kristallisation lassen sich die thermischen und mechanischen Produkteigenschaften in einer für viele Anmel dungsbereiche vorteilhaften Weise günstig verändern.

Die Durchführung einer derartigen nachfolgenden Kristallisation eines umgeformten Thermoplastteils ist jedoch bisher wegen des umfangreichen apparativen und arbeitsablaufmäßigen Aufwandes sehr problematisch, so daß ein dringendes Bedürfnis nach Schaf fung eines neuen Verfahrens und einer neuen Vorrichtung der eingangs genannten Art besteht.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Umformung und nach folgenden Kristallisation von amorphen, kristallisierbaren Thermoplasten in einer Vakuumformmaschine vorgesehen, bei dem eine umzuformende Thermoplastplatte in der Vakuumformmaschine zum Plastifizieren beheizt, mittels Vakuum entsprechend einem eingeführten Formwerkzeug umgeformt, anschließend das umgeform te Thermoplastteil auf dem Formwerkzeug gehalten und auf eine Temperatur zu seiner Kristallisation aufgeheizt, danach gekühlt und schließlich entformt wird.

Bevorzugte weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ver fahrens sind den Ansprüchen 2 bis 6 zu entnehmen.

Die Erfindung schafft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Patentanspruch 1, bei der vorteilhaft zum Beheizen der Thermoplastplatte und des Thermoplastteils eine einzige Oberheizung vorgesehen ist, die auf wenigstens zwei verschiedene Heizprofile einstellbar ist. Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den An sprüchen 8 bis 12 zu entnehmen.

In vorteilhafter Weise macht demgemäß die Erfindung ein Verfah ren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung verfüg bar, die ohne größeren zusätzlichen apparativen Aufwand von einer herkömmlichen Vakuumformmaschine ausgeht, bzw. mit einer solchen arbeitet und günstigerweise sowohl die Umformung der Thermoplastplatte als auch die Kristallisation des Thermoplast teils in einem einzigen Arbeitsprozeß ermöglicht, der bevorzugt mit einer Prozeßsteuerung vollautomatisiert ablaufen kann.

Ausgegangen wird dabei von der herkömmlichen Vakuumumformtech nik, bei der eine thermoplastische Platte zunächst zum Plasti fizieren beheizt wird. Danach fährt ein Formwerkzeug in die unverformte Thermoplastplatte hinein. Die Umformung der Thermo plastplatte erfolgt dann mit Hilfe von Vakuum, und nach der Um formung wird das Thermoplastteil gekühlt und schließlich ent formt. Gemäß der Erfindung wird verfahrensseitig nach dem Um formschritt der Thermoplastplatte noch ein Kristallisationszy klus mittels einer Temperaturbehandlung durchgeführt, um das zunächst amorphe Thermoplastteil in gewünschter Weise zu kri stallisieren. Hierzu verfährt nach einer bevorzugten Ausbil dungsform der Erfindung die Oberheizung der Vakuumformmaschine ein zweites Mal über das umgeformte Thermoplastteil. Dabei wird durch die Oberheizung eine zur Kristallisation erforderliche Aufheizung des umgeformten Thermoplastteils vorgenommen, ohne daß dieser sich verzieht oder verformt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß das Formwerkzeug von der bei der Verarbeitung von amorphen Thermoplasten üblichen Temperatur von ca. 50° zusätz lich beheizt und auf eine Kristallisationstemperatur im Bereich von etwa 110°C bis etwa 150°C gehalten wird. Hierdurch wird vorteilhaft ein Abkühlen des umgeformten Thermoplastteils ver hindert, und die Qualität bei der Umformung des amorphen Ther moplastteils wird nicht beeinflußt.

Für eine effiziente Kristallisierung des amorphen umgeformten Thermoplastteils ist eine gleichmäßige Durchwärmung des Kunst stoffes wichtig. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Er findung ist daher vorgesehen, daß das umgeformte Thermoplast teil mittels kurzwelliger Infrarotstrahlung zu seiner Kristal lisierung von oben beheizt wird, wobei bevorzugt individuell einstellbare Strahler vorgesehen sind und unterschiedliche Heiz- bzw. Temperaturprofile eingestellt werden können. Derar tige kurzwellige Strahlung wird beispielsweise von Halogen strahlern geliefert, die das umgeformte Thermoplastteil wirksam ausreichend durchdringen und somit mit Unterstützung durch das entsprechend beheizte Formwerkzeug für eine Kristallisation über die gesamte Dicke des Thermoplastteils sorgen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vor richtungsmäßig eine einzige Oberheizung zum Beheizen des Ther moplastteils vorgesehen, die auf wenigstens zwei verschiedene Heizprofile zur Erzielung der gewünschten Temperaturprofile an dem Thermoplastteil einstellbar ist, wobei die Einstellung des 2. Heizprofiles abhängig von den Abständen der Oberheizung zu den jeweiligen Oberflächen des dreidimensionalen umgeformten Thermoplastteils vorgesehen ist.

Vorteilhaft wird hierdurch bei der Erfindung die bereits für das Plastifizieren vorhandene Oberheizung bei einer Vakuumform maschine ein weiteres Mal für die Durchführung der Kristallisa tion mit auf die Form des Thermoplastteils abgestimmten Heiz werten (Heizprofil) zur Erzielung des für die Kristallisation erforderlichen Temperaturprofils verwendet. Hierbei wird vor teilhaft eine individuelle Leistungseinstellung für jeden Strahler der Oberheizung derart vorgenommen, daß das Tempera turprofil für die Kristallisation mit Hilfe eines programmier baren Bildes einstellbar ist. Die angesprochene Leistungssteue rung für die Oberheizung ist dabei so vorgesehen, daß ein Hin- und Herschalten zwischen wenigstens zwei Heizprofilen zur Er zielung von Temperaturprofilen zum Plastifizieren und zum Kri stallisieren eines individuellen Thermoplastteils geeignet ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist für die Vorrichtung eine Steuerung vorgesehen, mit der die Heizprofile automatisch schaltbar sind, wobei bevorzugt diese Steuerung in einer Prozeßsteuerung für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens integriert ist.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beige fügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Vorderansicht eines Ausführungsbei spiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Verfahrensschritt, bei dem das amorphe Thermoplast teil zum Plastifizieren beheizt wird;

Fig. 2 eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 2 in einem Verfahrensabschnitt, in dem ein Umformen des amorphen Thermoplastteils erfolgt; und

Fig. 3 eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einem Verfahrensabschnitt, bei dem das umgeformte Thermoplastteil zur Kristallisation beheizt wird.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form einer Vakuumformmaschine 10 schematisiert dargestellt. Die Vakuumformmaschine 10 besitzt einen gestell förmigen Maschinenaufbau 11 mit einem Spannrahmen 12 für eine nichtdargestellte Thermoplastplatte. Die Thermoplastplatte ist mittels einer verfahrbaren Oberheizung 13 und einer verfahrba ren Unterheizung 14 zum Plastifizieren des amorphen Thermopla stes etwa auf eine Temperatur von 130°C beheizbar.

Unterhalb eines Gestelltisches 15 ist ein Formwerkzeug 16 an geordnet, das auf einen vertikal bewegbaren Schlitten 17 nach oben in die plastifizierte Thermoplastplatte verschiebbar ist, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, um anschließend das ge wünschte Vakuumformen des plastifizierten Thermoplastes ent sprechend dem jeweiligen Formwerkzeug durchzuführen. Mit der Bezugsziffer 18 sind Spannrahmenzylinder zu Betätigung des Spannrahmens 12 gezeigt.

Die Oberheizung 13 ist mit Halogenstrahlern 19 ausgerüstet, die für die Beheizung der Thermoplastplatte zu deren Plastifizie rung auf ein erstes Heizprofil einstellbar sind, um an der Thermoplastplatte ein erstes Temperaturprofil zu verwirklichen. Darüber hinaus sind die Strahler 19 für das Kristallisieren des umgeformten Thermoplastteils gemäß Fig. 3 individuell zur Er zielung eines zweiten Heizprofils einstellbar, um an dem räum lich verformten Thermoplastteil ein zweites Kristalli sationstemperaturprofil zu erzielen. Zur Vereinfachung wurden in den Fig. 1 bis 3 Mittel zur Einstellung und Steuerung der Oberheizung sowie auch eine Steuerung für den Verfahrensablauf weggelassen.

Gemäß den in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Verfahrensstadien erfolgt zunächst gemäß Fig. 1 in der Vorrichtung 10 ein beid seitiges Aufheizen einer amorphen kristallisierbaren Thermo plastplatte innerhalb des Rahmen 12. Anschließend wird gemäß Fig. 2 in die plastifizierte Thermoplastplatte das Formwerkzeug 16 eingeführt und die Thermoplastplatte mittels Vakuum entspre chend dem Formwerkzeug umgeformt. Als nächstes erfolgt gemäß Fig. 3 eine Kristallisationsbehandlung durch die Oberheizung und das Formwerkzeug 16 für eine Zeitdauer, die zur Erreichung der Kristallisation ausreicht. Danach erfolgt üblicherweise eine Kühlung und anschließend eine Entformung.

Claims

1. Verfahren zur Umformung und nachfolgenden Kristallisation von amorphen, kristallisierbaren Thermoplasten in einer Vakuumformmaschine, bei dem eine umzuformende Thermoplast platte in der Vakuumformmaschine zum Plastifizieren be heizt und dann mittels Vakuum entsprechend einem einge führten Formwerkzeug umgeformt wird, wobei anschließend das umgeformte Thermoplastteil auf dem Formwerkzeug gehal ten und auf eine Temperatur zu seiner Kristallisation auf geheizt wird, und wonach dann das kristallisierte Thermo plastteil gekühlt und schließlich entformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug für die Kristallisation des umgeformten Ther moplastteils zusätzlich beheizt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug für die Kristallisation auf einer Temperatur von ca. 110°C bis 150°C gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das umgeformte Thermoplastteil mittels Infrarotstrahlung zu seiner Kristallisation von oben be heizt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoplastteil mittels individuell einstellbaren Strah lern beheizt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoplastteil mit wenigstens zwei unterschiedlichen Heizprofilen beheizt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beheizen des Thermo plastteils eine einzige Oberheizung (13) vorgesehen ist, die auf wenigstens zwei verschiedene Heizprofile einstell bar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizprofil zum Kristallisieren des umgeformten Thermo plastteils abhängig von den Abständen der Oberheizung (13) von den jeweiligen Oberflächen des umgeformten dreidimen sionalen Thermoplastteils einstellbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich net, daß die Oberheizung (13) an einem über das Thermo plastteil fahrbaren Schlitten angeordnet ist, der für die Kristallisationsbeheizung zum erneuten Verfahren über das Thermoplastteil steuerbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß für das Formwerkzeug (16) eine tempera turgeregelte Heizeinrichtung vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das durch ein Heizprofil für die Kri stallisation vorgesehene Temperaturprofil mit Hilfe eines programmierbaren Bildes einstellbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Vorrichtung eine Steuerung vorgesehen ist, mit der die Heizprofile der Oberheizung (16) automatisch schaltbar sind.