DE2205727A1

DE2205727A1 - Verfahren und vorrichtung zur erhoehung der festigkeit von koerpern aus thermoplasten mit oder ohne beigemischte fasern, durch ausrichtung der molekuelketten und/oder der fasern in richtung der zug- oder druckbeanspruchung der koerper

Info

Publication number: DE2205727A1
Application number: DE19722205727
Authority: DE
Inventors: Guenter Prof Dr Ing Schoell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-02-08
Filing date: 1972-02-08
Publication date: 1973-08-16

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Festigkeit von Körpern aus Thermoplasten mit oder ohne beigemischte Fasern, durch Ausrichtung der Molekülketten und/oder der Fasern in Richtung der Zug- oder Druckbeanspruchung der Körper Die Erfindung betrifft ein Verfahren nebst Vorrichtung, mit welchem durch Ausrichtung der fadenartigen Molekülketten von thermoplastischen Kunststoffen, wie z.B.
Polyamid, Polyester, ND-Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Weich-PVC und andere mehr, in Richtung der späteren Zug- oder Druckbeanspruchung des Körpers, hohe Festigkeitswerte erreicht werden. Mit demselben Verfahren lassen sich auch Fasern oder Einkristalle hoher Festigkeit, die Kunststoffen oder Gießharzen beigemischt sind, bei den ersteren während der Warmverarbeitungsphase, bei letzteren während der Erstarrungsphase aus ihrer ursprünglich willkürlichen Lage in eine der späteren Beanspruchung entsprechende Richtung ordnen.
Eine der Erfindungsaufgabe entsprechende Ausrichtung der fadenartigen Molekülketten ist bis heute nur bei Verstreckung von Monofilen aus Kunststoffen bekannt geworden. Hierbei erfolgt die Orientierung der ursprünglich willkürlichen Lage der Molekülketten in Längsrichtung des Fadens durch Verlängerung des Ausgangsfadens um ein Vielfaches seiner Anfangslänge.
An einer bestimmten Stelle des sich abkühlenden, noch plastisch verformbaren Fadens, bildet sich ein sog.
Flaschenhals, in welchem, offenbar infolge der Einschnürung, die Molekülketten und die ggf. beigemischten Fasern oder Einkristalle, in eine annähernd zueinander parallele Lage in Längsrichtung des Fadens gebracht werden.
Bei der mathematisch-physikalischen Deutung des Vorganges, welcher sich in dem vorerwähnten Flaschenhals unter dem Einfluß der Streckspannung abspielt, kann behauptet werden, daß die hier vor sich gehende Linearisierung der Molekülketten und/oder der beigemischten Fasern aus anderen Werkstoffen mittelbar durch an der Einschnürungsstelle entstehende Schubspannungen, erfolgt.
Ausgehend von der vorgenannten Lehre, setzt es sich die Erfindung zum Ziel, die bisher nur bei der Verstreckung von Monofilen und Folienbändern erreichten hohen Festigkeitswerte auch bei Körpern an sich beliebiger Gestalt zu gewinnen.
Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, daß durch Gegeneinanderverschieben von starren Wandteilen, die einen noch im plastischen Zustand befindlichen Körper aus Kunststoff umschließen, Schubspannungen erzeugt werden, die eine Ordnung der Molekülketten und/oder der beigemischten Fasern in Richtung der Verschiebung der Wandteile gegeneinander, während des fortschreitenden Erstarrungsprozesses, bewirken.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist, daß bei Thermoplasten durch Kühlung der sich fortgesetzt gegeneinander bewegenden, die Schubspannung erzeugenden, starren Wandteile, innerhalb des thermoplastischen Kunststoffes ein Temperaturgefälle entsteht, wodurch die Ausrichtung der Molekülketten und/oder der beigemischten Fasern aus anderen Werkstoffen, von außen nach innen fortschreitend, schichtartig erfolgt und die Stärke der Schicht sowohl durch die Verschiebungsgeschwindigkeit der äußeren starren Wandteile wie auch durch die Steilheit des aufgezwungenen Temperaturgradienten regelbar ist.
Schliesslich ist es Gegenstand der Erfindung, daß durch fortgesetzte Verschiebung von Formwandteilen, welche ein Gießharz mit beigemischten Fasern umschließen, die Fasern durch die Bewegung während des Erstarrungsprozesses und die dadurch im erstarrenden Gießharz hervorgerufenen Schubspannungen ihre gewünschte Ausrichtung erfahren.
Die Erfindung werde anhand der Abbildungen näher erläutert.
In Fig. 1 ist das Verfahren zur Ausrichtung von Molekülketten und/oder dem Kunststoff beigemischten Fasern schematisch dargestellt. Der Kunststoff (1) mit willkürlich, d.h. völlig ungeordneten Molekülketten und/oder Fasern (2) befindet sich zwischen zwei starren Platten (3) und (4), die durch Zylinder (5) und (6) im Abstand zueinander präzisiert sind. Die Platten (3) und (4) sind gegeneinander in der eingezeichneten Pfeilrichtung verschiebbar, wobei natürlich auch eine Platte ruhen kann, wenn die andere Platte entsprechend mehr in ihrer Pfeilrichtung bewegt wird.
In Fig. 2 ist der Zustand des Kunststoffes (1) und seiner Fadenmoleküle und/oder seiner beigemischten Fasern (2) nach einer Verschiebung in Pfeilrichtung der Platten (3) und (4) gegeneinander wiedergegeben.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, haben sich jetzt infolge der Schubspannung im Kunststoff, bewirkt durch die Adhäsion zwischen dem Kunststoff (1) und den Plattenteilen (3) und (4) infolge der Gegeneinanderbewegung der Platten (3) und (4) in Pfeilrichtung die Fadenmoleküle und/oder beigemischten Fasern (2) sämtlich in Bewegungsrichtung der Platten gegeneinander geordnet.
In der gleichen Weise, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, lassen sich durch entsprechend geformte Platten (3) und (4) anstelle eines flachen Profils auch Winkel-, U-, T-und andere Profile herstellen, bei denen durch die Gegeneinanderbewegung der Profilbegrenzungswände eine Ausrichtung der Molekülketten und/oder beigemischten Fasern in Längsrichtung des Profils erfolgt.
In Fig. 3 ist eine Vorrichtung angegeben, mit welcher durch Gegeneinanderverdrehen von Hohlzylindern (9) und (12) die Kettenmoleküle und/oder Fasern eines zwischen diesen befindlichen Kunststoffes (7) kreisringförmig ausgerichtet werden. Auch hier ist es wieder so, daß einer der beiden Hohlzylinder (9) und (12) stillstehen kann, während der andere sich allein dreht. Durch die Kanäle (11) und (13) lassen sich die gegeneinanderbewegten Wandungen der Zylinder (9) und (12) kühlen, so daß die Ausrichtung der Kettenmoleküle und/oder beigemischten Fasern schichtweise erfolgt. Der Kühlkanal (11) ist hierbei dadurch gebildet, daß der Zylinder (9) einen weiteren Mantel (lo) erhält.
In Fig. 4 ist eine Vorrichtung gezeigt, mit welcher in kreisförmigen Scheiben eine Ausrichtung nahezu aller Molekülketten und/oder beigemischten Fasern in tangentialer Richtung möglich ist. Zwischen der ruhenden kreisförmigen Formplatte (17) mit Kühlkanal (19) und der drehbaren kreisförmigen Scheibe (16) mit Kühlkanal (18) befindet sich der Kunststoff (14) mit willkürlich angeordneten Kettenmolekülen und/oder Fasern (15). Durch die auf beiden Formbegrenzungsscheiben (17) und (16) gleitenden Ringe (20) und (21) wird der Kunststoff (14) eingeschlossen.
Bei Drehung der oberen kreisförmigen Formwandbegrenzung (16) gegenüber der unteren ruhenden Formwandplatte (17) wird innerhalb des eingeschlossenen Kunststoffes eine Schubspannung erzeugt; die nach einiger Zeit eine Ausrichtung der Molekülketten und/oder Fasern (15) innerhalb der Kunststoffscheibe (14) zur Folge hat, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist.
Bei dem Verfahrensprozess werden die gleitenden zylindrischen Ringe (20) und (21) etwa mit der halben Drehzahl der Formwandscheibe (16) umlaufen. Durch Kühlung des zunächst heißen und plastischen Kunststoffes (14) zwischen den Formwandbegrenzungen (17) und (16) erfolgt die Ordnung der Molekülketten und/oder Fasern mit dem durch die Kühlung im Kunststoff aufgezwungenen Temperaturgradienten schichtweise von außen nach innen, wobei je nach Regelung des Prozesses die Ausrichtung in Schichten mit einer Stärke bis herunter zum Moleküldurchmesser möglich erscheint. Die mit dem Verfahren nach Fig. 4 und 5 hergestellten Scheiben können bei vollständiger Ausrichtung der Molekülketten und/oder Fasern in tangentialer Richtung eine Festigkeit erhalten, die nahe unter der Zugfestigkeit der Molekülketten und/oder der eingebrachten Fasern oder Einkristalle liegt. Derartige Schçiben besitzen eine so hohe Festigkeit in Umfangsrichtung, daß sie mit einem Vielfachen der Umfangsgeschwindigkeit bester Stahlräder umlaufen können und damit auch befähigt sind, ein Vielfaches der in Schwungrädern speicherbaren Energie aufzunehmen oder abzugeben.

Claims

Ansprüche

Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Festigkeit von Körpern aus Thermoplasten mit oder ohne beigemischte Fasern, durch Ausrichtung der Molekülketten und/oder der Fasern in Richtung der Zug- oder Druckbeanspruchung der Körper, dadurch gekennzeichnet, daß durch Gegeneinanderverschieben von starren Wandteilen (3,4,9,12,16,17), die einen noch im plastischen Zustand befindlichen Körper aus Kunststoff (1,7,14) umschließen, Schubspannungen erzeugt werden, die eine Ordnung der Molekülketten und/oder der beigemischten Fasern (2,8,15) in Richtung der Verschiebung der Wandteile (3,4,9,12, 16,17) gegeneinander, während des fortschreitenden Erstarrungsprozesses, bewirken.
2. Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Festigkeit von Körpern aus Thermoplasten mit oder ohne beigemischte Fasern, durch Ausrichtung der Molekülketten undjoder der Fasern in Richtung der Zug- oder Druckbeanspruchung der Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Thermoplasten durch Kühlung der sich fortgesetzt gegeneinander bewegenden, die Schubspannung erzeugenden, starren Wandteile (3,4,9,12,16,17) innerhalb des thermoplastischen Kunststoffes (1,7, 14) ein Temperaturgefälle entsteht, wodurch die Ausrichtung der Molekülketten und/oder der beigemischten Fasern aus anderen Werkstoffen, von außen nach innen fortschreitend, schichtartig erfolgt und die Stärke der Schicht sowohl durch die Verschiebungsgeschwindigkeit der äußeren starren Wandteile (3,4, 9,12,16,17) wie auch durch die Steilheit des aufgezwungenen Temperaturgradienten regelbar ist.
3. Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Festigkeit von Körpern aus Thermoplasten mit oder ohne beigemischte Fasern, durch Ausrichtung der Molekülketten und/oder der Fasern in Richtung der Zug- oder Druckbeanspruchung der Körper nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch fortgesetzte Verschiebung von Formwandteilen (3,4,9,12,16,17), welche ein Gießharz mit beigemischten Fasern umschließen, die Fasern durch die Bewegung während des Erstarrungsprozesses und die dadurch im erstarrenden Gießharz hervoigerufenen-Schubspannungen ihre gewünschte Ausrichtung erfahren.