DE2352787C3

DE2352787C3 - Verfahren zürn Herstellen von Verstärkungsmaterial enthaltenden Kunststoff-Hohlkörpern durch Rotationsformen

Info

Publication number: DE2352787C3
Application number: DE2352787A
Authority: DE
Inventors: Setsuo Imada; Ysuhiko Otani
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1972-10-21
Filing date: 1973-10-20
Publication date: 1979-06-28
Also published as: JPS4963758A; US3981955A; DE2352787B2; DE2352787A1; JPS5111665B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Verstärkungsmaterial enthaltenden Kunststoff Hohlkörpern durch Rotationsformen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauplanspruches.

Es ist bekannt, /um Herstellen von Kunststoff-Hohl körpern zunächst pulverförmigen Kunststoff in eine Rotationsform zu schütten, die Form dann um 360° zu drehen und, während sie biaxial gedreht wird, nacheinander durch einen Heizofen und eine Kühlkammer zu führen, damit sich der Kunststoff gleichförmig auf der Innenseite der Form verteilt, dann schmilzt und schließlich in einer geschlossenen Schicht verfestigi (DE-OS 20 64 598). Dabei ist es auch bekannt, zunächst in die Rotationsform Verslärkungsmaterialen einzüge^j ben, die in der Rötationsform mit dem Kunststoff Vermischt werden, bevor dieseT aushärtet, ebenso wie es möglich ist, den Kunststoff vermischt mit Verstärkungsmaterialien in die Rotationsform einzugeben, Der Anteil des VefstärkUngsmatefials ist jedoch wegelf der¹ Veränderung der Viskosität des Kunststoffgemisches, die für eine gleichmäßige Verteilung des Kunststoffes in der Form bestimmend ist, begrenzt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß eine gleichförmige Verteilung des Verstärkungsmaterials im Kunststoff schwierig zu erzielen ist. Daher lassen sich auf diese Weise keine Kunststoff-Hohlkörper ausreichender Festigkeit herstellen, insbesondere wenn deren äußere Form kompliziert ist, denn vielfach wird der genügend Verbtärkungs-

to material enthaltende Kunststoff nicht in scnlecht zugängliche Teile der Form eindringen, so daß es schwierig ist, vollständige Hohlkörper herzustellen.

Diese Nachteile hat man dadurch zu überwinden versucht, daß eine beispielsweise aus Glasfasern bestehende Verstärkung zunächst festgebunden und di.in in einen flüssigen wärmehärtenden Kunststoff wie ungesättigten Polyester eingegeben wird, bevor das Rotationsformen beginnt. Dabei ist es jedoch nachteilig, daß die Verstärkung während des Rotationsiormen stark beansprucht und dadurch leicht gelockert wird, so daß sich einzelne Fasern lösen und es praktisch unmöglich wird. Hohlkörper gleichförmiger Wandstärke herzustellen.

Durch zahlreiche Untersuchungen wurde festgestellt, daß eine optimale mechanische Festigkeit der Hohlkörper erreicht werden kann, wenn die Fäden oder Fasern des Verstärkungsmaterials nicht miteinander verbunden sind, d. h. die mechanhehe Festigkeit des Endproduktes sinkt mit abnehmender Lockerung oder gegenseitiger Loslösung der Einzelteile des Verstärkungsmaterials. Daher ist es beim Rotationsformen wünschenswert, dem Verstärkungsmaterial die Möglichkeit zu geben, sich in einem Ausmaß zu lockern oder voneinander zu lösen, daß die Formbarkeit des Ausgangsmaterials nicht gestört wird.

Wenn man 20 Teile Glasfasern in 100 Teilen ungesättigtem Polyester unterbringt, so daß der Anteil der Verstärkung 16,5 Gew-% ist, beträgt die Druckdrehung des eine lockere Verstärkung enthaltenden Hohlkörpers 120 bis 140 N/mm² währ :nd sie höchstens 70 N/mm² beträgt, wenn eine Verstärkung mit in sich fest verbundenen Teilen vorgesehen ist.

Will man im letztgenannten Fall eine höhere Festigkeit erzielen, weist die Innenseite des Hohlkörpers große Unregelmäßigkeiten auf, so daß derartige Hohlkörper durch Rotationsformen nicht in befriedigender Weise hergestellt werden können.

Vergrößert man den Anteil der Verstärkung, so steigt die Viskosität des aus Kunststoff und Verstärkungsma-

TO terial bestehenden Ausgangsgemisches stark an, so daß das Gemisch sich an der Innenwand der Form nicht genau genug anschmiegt, sondern eine mehr oder weniger klumpenförmige feste Masse bildet. Daher ist es bisher nur möglich, maximal 30 Teile Verstärkungs-

« material in Verbindung mit 100 Teilen Kunststoff zu verwenden, wenn man durch Roiationsformen Kunsistoff-Hohlkörper herstellen will. d. h. der maximal mögliche Anieil des Verstarkungsmaterials im Ausgangsgemisch beträgt 23 Ciew-%.

Der Frfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß eingangs beschriebene Verfahren so zu verbessern, daß Kunststoff-Hohlkörper mit einem höheren Anteil an Verslärkungsmaleriai im Rotationsformen hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Hauptanspruches gelöst, Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der

Unteransprüche.

Durch die Erfindung erreicht rrmn, daß das Verstärkungsmaterial gleichförmig im Kunststoff-Hohlkörper verteilt wird, selbst wenn sein Anteil verhältnismäßig hoch ist. Die Hohlkörper haben dabei sowohl an der Außenseite als an der Innenseite eine glatte Oberfläche und dementsprechend eine mehr oder weniger gleichförmige Wandstärke.

Die eine größere Anzahl feiner Hohlräume enthaltende äußere Schicht wird beispielsweise dadurch hergestellt, daß man eine größere Menge Verstärkungsmaterial mit einer relativ kleineren Menge Bindemittel entlang der Innenwand der Rotationsform bewegt Durch die Ausdrücke »größere Menge« und »kleinere Menge« sind nur relative Mengenverhältnisse bezeichnet, nicht hingegen absolute Mengen. Die so gebildete äußere Schicht hat eine flockige Struktur, wobei das Bindemittel eine von der Temperatur und anderen in der Rotationsform herrschenden Bedingungen abhängige Viskosität hat und die Fasern des Verstärkungsmaterials aneinander oder an die Innenwand der Rotationsform bzw. die dort befindliche Kunststoff-Schicht klebt und dementsprechend das Verstärkungsmateriai bindet.

Eine äußere Schicht mit einer großen AnzahJ feiner Hohlräume läßt sich wirkungsvoll herstellen, wenn das Bindemittel zusammen mit dem gesamten Verstärkungsmaterial in die Rotationsform eingegeben wird und sich beim Eingeben in die Rotationsform in pulverförmiger] Zustand befindet. Dabei wird vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff als Bindemittel verwendet, wobei man besonders gute Ergebnisse mit Polyäthylen als Bindemittel erzielt hat.

Der nachträglich aufgegebene und in die Hohlräume der äußeren Schicht eindringende und sich dann verfestigende Kunststoff sollte gut in die kleinen Hohlräume der äußeren Schicht eindringen können. Er ist daher zweckmäßig wenigstens dann flüssig, wenn er mit dieser äußeren Schicht in Kontakt kommt. Außerdem ist eine gute Verträglichkeit mit dem Verstärkungsmaterial und/oder dem Bindemittel vorteilhaft, wobei sich der Kunststoff mit dem darin eingebetteten Verslärkungsmaterial befriedigend verfestigen soll.

Ein für diese Zwecke besonders bevorzugter Kunststoff ist ein wärmehärtender Kunststoff wie ungesättigtes Polyester.

Das Verstärkungsmaterial ist vorzugsweise ein faserförmiges Material, jedoch kann man auch flockiges, schuppenartiges oder ähnliches Verstärkungsmatcrial verwenden.

Durch die Erfindung ist es möglich, Verstärkungsmaterial enthaltende Kunststoff-Hohlkörper im Rotationsformen herzustellen, die mehr als 30 Teile Verstärkungsmaterial auf 100 Teile Kunststoff aufweisen, so daß der Anteil des Verstärkungsmaterials höher als 23% liegt. Dadurch läßt sich die mechanische Festigkeit bzw. Belastbarkeit der Hohlkörper bedeutend verbessern. Da das Vcrstarkuiigsmaterial in lockerer Form in die Kunststoffmasse eingebettet ist, erreich! man eine gleichförmige Verteilung desselben über den Querschnitt und die Oberfläche der Hohlkörper. Andererseits ist es auch möglich das Verslärkungsmaterial in einer verhältnismäßig dünnen Schicht, jedoch in lockerer Verteilung im Kunststoff einzubetten, wodurch die mechanische Festigkeit der Hohlkörper weiter verbessert wird. Da das Verstärkungsmaterial an der Innenseite einer Verhältnismäßig dicken Bindemittel' schicht angeordnet ist uifol dabei teilweise in dieser Bindemittelschicht lie.gt und teilweise mit einer rauhen Oberfläche über diese Bindemittelschicht vorsteht, oder sich zunächst nur auf der Innenseite einer verhältnismäßig dünnen Bindemittelschicht befindet und zunächst an dieser in gleichmäßiger Verteilung als eigene Schicht angebracht ist und dann mit dem danach aufgebrachten Kunststoff getränkt und dabei aufgelockert oder geschichtet wird, entsteht praktisch ein Laminat. Dementsprechend ist auch die Innenfläche der Kunststoff-Hohlkörper glatt, und es sind nicht nur die Oberflächeneigenschaften, sondern auch die mechanische Festigkeit der Hohlkörper verbessert

Beim bekannten Rotationsformen erreicht man nur bei Verwendung von bei Raumtemperatur aushärtenden wärmehärtbaren Kunststoffen eine für den Formvorgang ausreichende Viskosität, weil wegen der zu großen Viskositätsveränderung bei Verwendung von bei höheren Temperaturen aushärtenden wärmehärtbaren Kunststoffen das Rotationsformen unmöglich ist Im Gegensatz hierzu kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Kunststoff auch dann '.st und gleichförmig mit dem Versiärkungsmaterial verbinden werden, wenn eine Viskositätsänderung erfolgt und in diesem Zustand ausgehärtet wird, weil das Verstärkungsmaterial über die gesamte Innenfläche der Rotationsform gleichmäßig verteilt ist und flauschig oder locker von der Innenseite der Bindemittelschicht vorsteht, weshalb nicht nur bei Raumtemperatur aushärtende wärmehärtbare Kunstsoffe, sondern auch bei höheren Temperatu-

JO ren aushärtende wärmehärtbare Kunsts.offe verwendet werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen weiter erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens,

F i g. 2 bis 6 die einzelnen Verfahrensschritte nach einem Ausführungsbeispiel, wobei die Fig. 3 und 6 im Maßstab vergrößerte Einzelzeiten aus den F i g. 2 L zw. 5 zeigen, und

Fig. 7 bis 11 die einzelnen Verfahrensschritte eines and-ren Ausführungsbeispiels, wobei die Fig. 8 und 11 im Maßstab vergrößerte Einzelheiten aus den Fig. 7 bzw. 10 zeilen.

■15 Die in fig. 1 dargestellte Vorrichtung hat eine Station A zum Aufgeben und Abnehmen von Rotationsformen M. an der eine einen fertigen Hohlkörper enthaltende Rotationsform M abgenommen und eine andere Rotationsform M aufgegeben wird. Die Rota-

to tionsformen M werden gedreht und durchlaufen nacheinander einen Heizofen B und anschließend eine Kühlkammer C. Die Station A, der Heizofen Sund die Kühlkammer C sind im gleichen Winkelabstand von jeweils 120" verteilt auf einem Kreisbogen angeordnet.

5) ebenso wie Formenträger X. Y und Z, die auf einem drehbaren Tisch 2 aigebracht sind, der um eine zentrale Welle 1 umläuft. Jeder Formträger X, Y und / trägt jeweils zwei Forrrhälften mund wird intermittierend in regelmäßiger Folge gedreht, so daß Rotationsformen M

w) an der Station A abgenommen und aufgegeben werden können,

jeder der Formenträger X, Y und Z hat eine Doppelwelle 3, die aus einer auf de/ti Tisch 2 angebrachten inneren Welle und einer auf dieser steckenden äußeren Welle besteht. Die beiden Formhälfteri m sind an den beiden Enden einer kurzen Achse 4 angebracht, die senkrecht zur Längsachse der Doppelwelle 3 am Ende der inneren Welle angeordnet

ist. Die kurze Achse 4 ist mit der inneren Welle der Doppelwelle 3 mittels eines Kegelradgetriebes 5 gelriebemäßig verbunden, so daß die beiden Förmhälften in um zwei Achsen gedreht werden, nämlich sowohl um die Doppelwelle 3 als auch um die senkrecht hierzu verlaufende kurze Achse 4. Unter dem drehbaren Tisch 2 sind nicht dargestellte Drehringe angeordnet und mit Treibschienen 6 und 7 verbunden, welche auf der inneren bzw. äußeren Welle der Doppelwelle 3 angeordnet sind, um Drehbewegungen auf diese übertragen zu können.

Wenn die Rotationsform M um die durch den betreffenden Formträger X, Y bzw. Z gehende Achse gedreht wird und anschließend eine kombinierte Drehung im Heizofen B erfolgt, »schwimmt« das Verstärkungsmaterial 8a auf dem pulverförmigen kunststoff, weil es ein geringeres spezifisches Gewicht als der pulverförmige Kunststoff hat, wie besonders deutlich aus F i g. 3 und 8 zu erkennen ist. Wenn man die Menge des Verstärkungsmaterials Sa erhöht, wird :o dasselbe, wie Fig. 2 und 3 zeigen, in Form einer aufgerauhten Schicht teilweise in die beispielsweise aus thermoplastischem Kunststoff bestehende Bindemittelschicht Sb eindringen und teilweise auf dieser Schicht liegen, während, wenn die Menge des Bindemittels klein ist. das Versiärkungsmaterial 8a auf der geschmolzenen Bindemittelschicht 86 in der in F i g. 7 und 8 dargestellten Weise liegen bleibt. Das Verstärkungsmaterial wird nicht aufgelöst oder wolle- bzw. baumwollartig verfestigt, selbst wenn der pulverförmige Kunststoff im V) Heizofen B schmilzt, weil die Viskosität der Schmelze hoch ist und das geschmolzene Bindemittel nicht in das Verstärkungsmaterial Sa einimprägniert wird bzw. eindringt. Vielmehr bleibt das Verstärkungsmaterial 8a in der in Fig. 3 und 8 besonders deutlich zu )5 erkennenden Weise als aufgerauhte Deckschicht auf der geschmolzenen Bindemittelschichl 86 liegen, wobei das Verstärkungsmaterial 8a genügend gleichmäßig verteilt in jedem Bereich der Rotationsform Mabgelagert wird. Anschließend wird die Rotationsform M in der -to Kühlkammer C abgekühlt, um den in ihr entstandenen Hohlkörper zu verfestigen.

Daraufhin wird an der Station A eine aus einem wärmehärtbaren Kunststoff mit darin eingeschlossenem Aushärtmittel oder Polymerisationsmittel bestehende « Grundmasse aus Kunststoff in die Rotationsform M eingegeben und diese Rotationsform M dann im Heizofen B geschleudert, so daß die Grundmasse auf der gesamten Innenfläche der Rotationsform M bzw. des dort befindlichen Hohlkörpers verteilt wird und eine ^r>o Grundmaterialschicht 8c entsteht, welche wie Fig.6 zeigt, den in F i g. 3 dargestellten überstehenden rauhen Teil des Verstärkungsmaterials 8a einschließt, oder, wie Fig. 11 zeigt, in die in Fig.8 dargestellte Schicht des Verstärkungsmaterials 8a eingedrungen bzw. einimprägniert ist Somit entsteht im Heizofen B ein integraler Hohlkörper aus Kunststoff, der Verstärkungsmaterial enthält

In der anschließend durchlaufenden Kühlkammer C wird der Hohlkörper zu einem geformten Endprodukt 9 f>o verfestigt oder ausgehärtet Dann wird die Rotationsform M zur Station A weiterbewegt und geöffnet, wo man aus ihr ein Endprodukt 9 der in Fig.5 oder in F i g. 10 dargestellten Art entnehmen kann.

Bei dem in F i g. 5 dargestellten Endprodukt 9 ist das ⁶^ Verstärkungsmaterial 8a, wie die vergrößerte Darstellung aus Fig.6 zeigt, sowohl in der Bindemittelschicht 86 als auch in der Grundmasseschicht 8c eingebettet.

während sich bei dem in Fig. 10 dargestellten Endprodukt 9 das Verstärkungsmaterial 8a zum größten Teil innerhalb der aus wärmehärtbarem Kunststoff bestehenden Grundmasseschicht 8c befindet, wie: die Vergrößerte Darstellung aus F i g. 11 zeigt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei speziellen Beispielen weiter erläutert:

Beispiel 1

Dieses Beispiel zeigt, wie ein kaslenartiger Behälter mit Abmessungen von 300 χ 200 χ 150 mm und einer Wandstärke von 4,5 mm hergestellt wird.

Es wurden 50 g pulverförmiges Polyäthylen und 400 g Glasfasern in eine Rotationsform eingegeben und diese dann 6 Minuten lang bei einer Temperatur von 250° gedreht, um aus den Glasfasern zunächst eine Schicht zu bilden, die eine große Anzahl kleiner Hohlräume enthält. Dann wurden 1200 g eines Polyesters, der als Katalysator t.5% Methyläthylketonperoxid und außerdem 0,3% Kobaltoctoat und Dimethylanilin als Beschleuniger enthielt, in die aus Glasfasern bestehende Schicht eindringt oder einimprägniert wird. Dann wurde die Rotationsform 30 Minuten lang bei 25°C gedreht, urr den die Grundmasse bildenden Polyester zu verfestigen.

Die Druckdehniing bzw. die Biegungsbeanspruchbarkeit der so hergestellten Hohlkörper betrug 120 N/mm² und war damit etwa doppelt so hoch wie bei Hohlkörpern, die nach bekannten Verfahren hergestellt wurden, weil man bisher nur Druckdehnungen bzw. Biegebeanspruchbarkeiten von etwa 60 bis 70 N/mm² erzielte.

Beispiel 2

Es wurde ein zylindrischer Behälter mit einem Durchmesser von 400 mm, einer La ige von 700 mm und einer Wandstärke von 2 mm aus 125 g pulverförmigem Polyäthylen als Bindemittel, 1000 g Glasfasern als Verstärkungsmaterial und 3000 g Polyester als Grundmaß in derselben Weise wie in Beispiel 1 angegeben hergestellt. Die Druckdehnung bzw. Biegungsbeanspruchbarkeit der so hergestellten Hohlkörper betrug wiederum 120 N/mm².

Zusätzlich zu den in den beiden vorstehenden genannten Beispielen aufgeführten Materialien können die nachfolgend angegebenen Materialien bei der praktischen Durchführung der Erfindung verwendet werden.

Als Bindemittel werden Kunststoffe benutzt, weiche eine gute Verträglichkeit mit und eine gute Haftung an den für die Grundmasse verwendeten Kunststoffen haben. Wenn man beispielsweise für die Grundmasse einen ungesättigten Polyester verwendet, sind Polyäthylen, ABS-Kunststoffe und Polystyrol für das Bindemittel besonders geeignet

Als Verstärkungsmaterial werden vorzugsweise Glasfasern verwendet zwischen die eine flüssige Grundmasse gut eindringen kann und die nicht miteinander verhaken oder verfilzen, sondern mehr oder weniger voneinander gelöst sind bzw. locker liegen.

Für die Grundmasse kann man bei Raumtemperatur härtende und auch wärmehärtbare Polyester und außerdem Kunststoffe verwenden, die bei Raumtemperatur als trockenes Pulver vorliegen, sich jedoch bei erhöhter Wärme verflüssigen und anschließend wieder fest werden, beispielsweise pulverförmige Epoxykunstharze. Die gemäß der vorliegenden Erfindung verwen-

dete Grundmasse umfaßt jedoch nicht nur Polymere, ώ h. nicht nur makromolekulare Materialien, sondern auch Monomere, beispielsweise Monomere, welche Polymere bilden, wie Nylon 6, AcrylkunstharZ; Urethan· prepölymere, phenolkunstharz, Polyester und' Polysiy* rot.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Verstärkungsmaterial enthaltenden Kunststoff-Hohlkörpern durch Rotationsformen, wobei in eine Drehform zunächst faseriges Verstärkungsmaterial eingegeben und auf deren innerer Oberfläche verteilt und danach flüssiger Kunststoff eingegeben und durch die Drehbewegungen der Drehform auf dem Verstärkungsmaterial verteilt und ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial zusammen mit einem Bindemittel eingegeben und daraus eine äußere Schicht gebildet wird, die eine größere Anzahl feiner Hohlräume enthält, in die der anschließend zugegebene flüssige Kunststoff eindringt

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in kleinerer Menge als das Verstärkungsmaterial zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daG als flüssiger Kunststoff ein Polymer zugegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiger Kunststoff ein Monomer zugegeben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein thermoplastischer Kunststoff und als flüssiger Kunststoff ein wärmehärtender Kunststoff zugegeben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Pol>äthyleri. als flüssiger Kunststoff ein ungesättigter Polyester und als Verstärkungsrnaterial Glasfasern zugegeben werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis {>, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkungsmalerial ein flockenartiges Material zugegeben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in Pulverform in die Form eingegeben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel vodem Eingeben in die Form mit einem Teil de:> Verslärkungsmaterials vermischt wird.