DE2103313B2

DE2103313B2 - Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit erhöhter Dauerschlagzähigkeit aus einem formbaren Polycarbonat

Info

Publication number: DE2103313B2
Application number: DE2103313A
Authority: DE
Inventors: John Rochester Minn. Gagliani (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-01-28
Filing date: 1971-01-25
Publication date: 1980-04-30
Also published as: US3673289A; DE2103313C3; CA953868A; FR2075124A5; DE2103313A1; JPS4911738B1; GB1312902A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit erhöhter Dauerschlagzähigkeit aus einem formbaren Polycarbonat, bei dem das Polycarbonat unter Druck in eine beheizte Form eingebracht und nach dem Entformen abgekühlt wird.

Bei der Herstellung von Formteilen ist es häufig erwünscht, Metalle durch Kunststoffe zu ersetzen, weil erhebliche Einsparungen dadurch erzielt werden können, daß komplizierte Formteile in einem Arbeitsgang und meist mit wenig Nacharbeit hergestellt werden können anstelle einer Herstellung in einem Verfahren mit vielen aufeinanderfolgen«lon Arbeitsgängen. Damit die Formteile aus Kunsts ι denen aus Metall gleichwertig sind, müssen die Kunststofformmassen vergleichbare physikalische Eigenschaften aufweisen. Polycarbonatformmassen besitzen die zur Herstellung von Formteilen erforderliche gute Temperaturbeständigkeit und Schlagzähigkeit. Außerdem soll das Formteil eine ausgezeichnete Dp.uerschlagzähigkeit aufweisen, damit es in der Umgebung, für die es bestimmt ist, eine ausreichend lange Lebzeit aufweist.

Es ist bekannt (Zeitschrift Kunststoffe, 1959, Heft 1, Seite 4), daß Teile aus Bisphenol-A-Polycarbonatharzen, die eine außerordentlich geringe Kristallisationstendenz aufweisen und deren mechanische Eigenschaften bei Zimmertemperatur praktisch unbegrenzt erhalten bleiben, bei einer Temperung, während der eine Nachkristallisation stattfindet, eine Minderung ihrer Zähigkeit erfahren. Wenn eine hohe Dauerschlagzähigkeit der Formteile erwünscht ist, kann eine solche Temperung nicht durchgeführt werden, damit der glasartige Zustand der Formteile zusammen mit der stark gehemmten Kristallisationstendenz und der daraus resultierenden hohen Zähigkeit des Polycarbonate erhalten bleiben.

Es ist auch bekannt (VV. F. Christopher und D. W. Fox »Polycarbonates«, Reinhold Publishing Corporation 1962 New York, Seite 106), daß Polycarbonatharze außergewöhnlich hohe Glasübergangstemperaturen von etwa 140 bis 146° C aufweisen, bei denen die Harze erstarren. Diese Temperaturen erfordern, daß jede Nachbehandlung der Polycarbonat-Extrudatc bei erhöhten Temperaturen durchgeführt wird, beispielsweise daß Polycarbonatfilmc oder -folien auf einer Abschreckrolle gekühlt werden, die eine Temperatur zwischen etwa 129 und 149° C aufweist.

Es ist auch bekannt (US-Patentschrift 3155 756), daß möglichst spannungsarme Formkörper aus Bisphenol-A-Polycarbonat nur erhalten werden können, wenn diese nicht abgeschreckt, sondern unmittelbar nach der Verformung längere Zeit in einer 120 bis 145 ° C heißen Umgebung gehalten werden. Bisher wurde angenommen, daß bei einer Abkühlung durch Abschrecken nur Formteile mit beträchtlichen Spannungen erhalten werden können.

Aufgabe der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit erhöhter Dauerschlagzähigkeit aus einem formbaren Polycarbonat, das einfacher durchführbar ist als die bisher bekannten Verfahren.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Abkühlen des Formteils unmittelbar nach der Entformung durch Abschrecken in einem Bad mit einer Badtemperatur nicht über -Ό 10° C erfolgt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Abschrecken ein Eiswasserbad verwendet.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden überraschenderweise spannungsarme Polycarbonaiformteil mit hoher Dauerschlagzähigkeit erhalten.

Die Erfindung wird anhand der speziellen Beschreibung näher erläutert.

Durch die Anwendung einer erhöhten Formtemperatur wird die Bildung von Bläschen in dem Formteil vermieden. Bläschen werden bevorzugt bei niedrigeren Temperaturen der Form und in den Teilen des Formteils gebildet, die einen größeren Querschnitt besitzen. Um eine hohe Maßbeständigkeit des Formteils zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, die Formen auf eine Temperatur zwischen 77° C und 177° C zu beheizen Zur Formgebung können auch nicht beheizte Formen verwendet werden; in der Praxis werden die Formen jedoch auf eine Temperatur zwischen 77° C und 93,3° C beheizt und für spezielle Anwendungszwecke auf noch höhere Temperaturen.

Die bei erhöhten Temperaturen gebildeten Formteile werden sofort nach der Entformung zum Abschrecken so lange in Eiswasser getaucht, bis die Temperatur über den gesamten Querschnitt des Teils reduziert ist. Die Dauerschlagzähigkeit der so hergestellten Polycarbonat-Formteile war erheblich verbessert und eine ähnliche, wenn auch geringere Verbesserung konnte in mit Füllstoffen versehenen Polycarbonat-Formteilen erzielt werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Polycarbonat-Formteile, verstärkt mit 30 Gewichtsprozent an Glasstapelfasern, besaßen eine Dauerschlagzähigkeit, die mehr als doppelt so groß als die unbehandelter Teile war. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß eine bleibende Erhöhung der Dauerschlagzähigkeit in den Teilen bei deren Herstellung im ganzen zur Verarbeitung üblichen Temperaturbereich erzielt werden kann.

Formbare Polycarbonatharze werden in bekannter Weise aus Bisphenol A [2,2-(4,4'-Dihydroxydiphenyl)-dimethylmethan] und Phosgen oder Diphenylcarbonat hergestellt und werden in wachsendem Maße zur Herstellung von Formteilen verwendet. Dieses Material wird genauer beschrieben in W. F. Christopher, D. W. Fox »Polycarbonates«, Rcinhold Publ. Corp., 1962. Die genannten Polycarbonatharze besitzen gegenüber anderen thermoplastischen Materialien voiteilhalte Eigenschaften wie eerinaere Form-

schwingung bei der Verarbeitung, gute Maßhaltigkeit bei hoher Beanspruchung, hohen elektrischen Widerstand, erhöhte Wärmeformbeständigkeit, hohe Festigkeit, einen hohen Elastizitätsmodul und hervorragende Schlagzähigkeit. Sie sind selbstauslöschend und besitzen die genannten Eigenschaften in einem großen Temperaturbereich.

Es wurde versucht, die Dauerschlagzähigkeit der Polycarbonat-Formmassen bei wiederholter Beanspruchung zu verbessern, um so den Anwendungsbereich auf Formteile, die zyklischen mechanischen Beanspruchungen unterworfen sind, zu erweitern.

Nach dem beschriebenen Verfahren wird ein 2,794 cm langes Teil von quadratischem Querschnitt mit einer Kantenlänge von 0,955 cm hergestellt, das Bestandteil eines größeren Formstücks ist. Bei nachfolgenden Belastungsprüfungen wird das Formstück an dem größeren Teil des Formstücks eingespannt und man läßt ein Schlagpendel mit bekannter Schlagkraft und mit einer Frequenz von 1800 Zyklen pro Minute wiederholt auf das freitragende, vorstehende Teil einwirken, bis dieses abbricht.

Die Formgebung erfolgt mit einer Form, die thermostatisch auf einer höheren Temperatur beheizt ist und vorzugsweise auf 121,1° C durch durch Heizkanäle zirkulierendes erhitztes öl innerhalb des Formwerkzeugs gehalten wird. Nach der Formgebung wird die Form geöffnet und das Teil unmittelbar nach der Entformung in einem Eiswasserbad von 0 bis 5° C abgeschreckt, in welchem es so lange bleibt, bis die Temperatur über den gesamten Querschnitt des Teils reduziert ist. Während des Abschreckens kann infolge Feuchtigkeitsabsorption das Gewicht des Teils bis zu 0,15% zunehmen. Die absorbierte Feuchtigkeit wird jedoch innerhalb von 48 Stunden abgeleitet, wobei das Gewicht des Teils auf seinen Normalwcrt absinkt. Das Abschrecken kann auch mit anderen Flüssigkeiten durchgeführt werden, solange diese Flüssigkeiten mit dem Teil verträglich sind. Die Flüssigkeiten dürfen mit dem Teil nicht reagieren oder dasselbe lösen.

Bei der nachfolgenden Prüfung der Dauerschlagzähigkeit ergibt sich ein wesentlicher Anstieg der Dauerschlagzähigkeit für die abgeschreckten Teile, wobei diese Eigenschaft dauernd beibehalten wird, selbst bei einer Belastung in einer Umgebungstemperatur von 65,6° C.

ein 2,794 cm langes Teil von quadratischem Querschitt mit einer Kanrenlänge von 0,955 cm als Bestandteil eines größeren Formstücks hergestellt. Verarbeitet wird ein Bisphenol A-Polycarbonat, das auf eine Temperatur von 299 ° C erhitzt wird und unter Einwirkung einer Kraft von 4448,22 N in die Form eingefüllt. Das Teil bleibt ungefähr 90 Sekunden lang in der Form. Unmittelbar nach der Entformung wird das Teil in Eiswasser von 0 bis 3 ° C abgeschreckt und

ίο 15 Minuten lang darin belassen, damit eine sorgfältige Kühlung über den ganzen Querschnitt des Teils erfolgt.

Diese Teile werden als abgeschreckte Teile bezeichnet. Eine weitere Anzahl von Formteilen wird hergestellt, diese werden jedoch nach der Entformung nicht abgeschreckt. Man läßt sie in einem aufgeteilten Behälter mit gewellter Oberfläche auf Zimmertemperatur abkühlen, wie es bei normalen Formverfahren üblich ist. Die Dauerschlagzähigkeit der so hergestellten Teile wird bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt:

	Tabelle 1:	vor dem Bruch
	Anzahl Schläge	Abgeschreckte
r. Schlagkraft	Nicht abge	Teile
	schreckte Teile	89,000
205,952 N	9,100	310,000
173,457 N	24,000	3,000,000
115,654 N	235,000	13,000,000
)» 88,964 N	773,000

Beispiel 2

Entsprechend Beispiel 1 wird eine Anzahl von Formteilen hergestellt. Die Formmasse aus Bisphenol A-Polycarbonat ist mit 30 Gewichtsprozent Glasstapelfasern verstärkt.

Die Dauerschlagzähigkeit der so hergestellten, glasfaserverstärkten Teile wird bestimmt. Die Ergebnisse sind in nachfolgender Tabelle aufgeführt:

Beispiel
In einer Form, die auf 121, Γ

C gehalten wird, wird

	Tabelle 2:	vor dem Bruch
	Anzahl Schläge	Abgeschreckte
Schlagkraft	Nicht abge	Teile
	schreckte Teile	39,600
133,447 N	16,600	2:S4,000
Il 1,206 N	59,000	830,000
100,085 N	387,000	3,340.000
88,964 N	896,000	15,000.000
79,1 78 N	4,250,000

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Form teils mit erhöhter D^uerschlagzähigkeit aus einem formbaren Polycarbonat, bei dem das Polycarbonat unter Druck in eine beheizte Form eingebracht und nach dem Entformen abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlendes Formteils unmittelbar nach der Entformung durch Abschrecken in einem Bad mit einer Badtemperatur nicht über 10° C erfolgt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil nach der Entformung in Eiswasser abgeschreckt wird.