DE2436874A1

DE2436874A1 - Verfahren zur herstellung von kaltverfestigten draehten und profilen

Info

Publication number: DE2436874A1
Application number: DE2436874A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Grimm; Karl Heinz Dipl Ing Dr Scholl
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1974-07-31
Filing date: 1974-07-31
Publication date: 1976-05-26
Also published as: JPS5137967A; NL7509043A; FR2280497B3; GB1506445A; DE2436874B2; FR2280497A1; LU73090A1; DE2436874C3; BE831820A

Description

BASF Aktiengesellschaft

Unser Zeichen: O.Z. 30 693- Wbg/Gl 67OO Ludwigshafen, 29.7.1974

Verfahren zur Herstellung von kaltverfestigten Drähten und Profilen

Verfahren der Kaltverfestigung und Kaltverformung haben bislang auf dem Gebiet der Kunststoffverarbeitung noch keine Bedeutung erlangt, während solche Verfahren bei der Metallverarbeitung eine überragende Rolle spielen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von kaltverfestigten Drähten und Profilen auf Basis von thermoplastischen Kunststoffen zu entwickeln. Derartige Drähte und Profile sollen durch Kaltverformung zu hochwertigen Formkörpern, beispielsweise zu Schrauben, weiterverarbeitet werden können.

Als wichtigste Verfahren der Kaltumformung sind das Kaltstauchen, Ziehen und Fließpressen zu betrachten oder Kombinationen aus den genannten Verfahren. Die herausragenden Merkmale der Verfahren sind deren hohe Wirtschaftlichkeit bei optimaler Materialausnutzung.

Die Anforderungen, die die Verfahren der Kaltumformung an die Qualität des umzuformenden Werkstoffs stellen, sind unter anderem:

1. Grundsätzliche Verformbarkeit,

2. hohe Maßtoleranzen in Bezug auf den Querschnitt des Halbzeugs und über dessen Länge,

3. Verformbarkeit auch bei hohen Umformgeschwindigkeiten, i\. geringe Rückdeformation nach erfolgter Umformung,

5. Formtreue des durch Umformung hergestellten Fertigteile. Von den genannten Kriterien erfüllen die für eine Kaltumformung in Frage kommenden Kunststoffe allenfalls Punkt 1.

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Die fehlenden Voraussetzungen zur Erfüllung der Punkte 2 bis 5 sind letztlich die Ursache dafür, daß die Verfahren der Kaltumformung in der Kunststoffverarbeitung bisher kaum Eingang gefunden haben.

Bekanntlich lassen sich unverstärkte Thermoplaste zwar durch Kaltverformung verarbeiten, die Fertigteile sind jedoch nicht formbeständig. Mit üblichen verstärkenden Füllstoffen, wie Glasfasern, versehene Thermoplaste erleiden bei der Kaltverformung Gefügezerstörungen.

Es wurde nun gefunden, daß mit Aluminiumnadeln verstärkte Thermoplaste in hervorragender Weise geeignet sind für die Herstellung von kaltverfestigten Drähten und Profilen. Derartige Drähte und Profile können nach üblichen, für die Metallverarbeitung gebräuchlichen Kaltverformungsverfahren zu hochwertigen Formkörpern, wie Schrauben, weiterverarbeitet werden»

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von kaltverfestigten Drähten und Profilen aus mit Aluminiumnadeln verstärkten thermoplastischen Kunststoffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man thermoplastische Kunststoffe in der Schmelze mit 5 bis 40 Gewichtsprozent (bezogen auf die Mischung) Aluminiumnadeln der Länge 0,3 bis 6 mm, einem mittleren Durchmesser von 0,02 bis 0,1 mm und einem Verhältnis Länge zu mittlerem Durchmesser zwischen 3 und 100 vermischt, das Gemisch zu einem Draht oder Profil extrudiert, in welchem die Aluminiumnadeln weitgehend axial ausgerichtet sind, und diesen Draht bzw. dieses Profil durch Kaltverformung verfestigt.

Geeignete Ausgangsstoffe sind sämtliche thermoplastischen Kunst-* stoffe, wie Polyolefine, Polyvinylaromaten, Polyvinylhalogenide, Polycarbonate, gesättigte Polyester, Polyamide und Polyacetale. Von besonderer Bedeutung ist das neue Verfahren für hochwertige

2 Thermoplaste, die einen Elastizitätsmodul zwischen 100 N/mm bis 2000 N/mm aufweisen und eine Dichte zwischen 0,9^ und 1,50 g/cm·⁵, insbesondere für Polyamide, wie Nylon 6, Nylon 6,6, Nylon 6,10 und Nylon 12. Andere gut geeignete Thermoplaste sind

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hochmolekulare Polyolefine, insbesonder Polyäthylen, das einen Ε-Modul von 240 N/mm² 1
von 0,94 bis 0,97 hat.

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Ε-Modul von 240 N/mm bis 300 N/mm aufweist und einen Dichte

Als Verstärkungsmittel werden Aluminiumnadeln verwendet, die eine Länge von 0,3 bis 6 mm, vorzugsweise 1 bis 6 mm, einen mittleren Durchmesser von 0,02 bis 0,1 mm und ein Verhältnis Länge zu mittlerem Durchmesser zwischen 3 und 100, vorzugsweise zwischen 40 und 80 aufweisen. Man verwendet die Aluminiumnadeln, in einer Menge von 5 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gemisch, vorteilhaft in einer Menge von 10 bis 30 Gewichtsprozent. Mit besonderem Vorteil werden Aluminiumnadeln verwendet, die weitgehend frei von Oxidschichten sind. Zweckmäßig behandelt man daher handelsübliche Aluminiumnadeln mit Säuren, beispielsweise etwa 20 #iger Salzsäure, um die Oxidschicht zu entfernen.

Der thermoplastische Kunststoff wird in der Schmelze mit den Aluminiumnadeln vermischt. Hierzu bedient man sich zweckmäßig eines üblichen Extruders, dessen Schnecke so ausgewählt wird, daß während des Aufschmelz- und Mischgangs die Form der Aluminiumnadeln weitestgehend erhalten bleibt. In der Regel verwendet man eine flach geschnittene Schnecke, die in der Einzugszone (Aufschmelzzone) eine Gangtiefe von 1,2- bis 1,5-fachen der Länge der Aluminiumnadeln aufweist.

Bei der anschließenden Extrusion zu einem Draht oder Profil sollen zur Erzielung der vorteilhaften Eigenschaften die Aluminiumnadeln weitgehend axial ausgerichtet werden. Zu diesen Zweck wählt man zweckmäßig eine Schnecke, die in der Austragszone eine Gangtiefe aufweist, die kleiner ist als die Länge und größer ist als die Dicke der Aluminiumnadeln.'Beispielsweise wähltman eine Gangtiefe vom 0,4- bis 0,8-fachen der Länge der Aluminiumnadeln.

Die Scheckenspitze bildet zusammen mit dem Extruderflanschgehäuse einen konischen Ringspalt, dessen engste Stelle größer ist als der mittlere Durchmesser der zugemischten Aluminiumnadeln, jedoch kleiner als deren Länge«,

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Nach dem Konus öffnet sich der Kanal zur Austragsdüse, deren Formgebung durch die Anforderungen an das herzustellende Halbzeug bestimmt ist. Um einen störungsfreien Extrusionsablauf zu gewährleisten, empfiehlt es sich, im übergang vom konischen Ringspalt zur Düse eine Drosselstelle einzubauen.

Die aus dem Extruder austretende plastische Formmasse wird einer Kühlstrecke zugeführt. Zur Vermeidung von Mikrolunkern, die sich um die eingelagerten Aluminiumnadeln in den thermoplastischen Formmassen bilden können, ist es zweckmäßig, diese Kühlstrecke in mehrere getrennt temperierbare Zonen aufzuteilen. Die Temperatur der ersten Temperierzone sollte ca. 20° unterhalb des Kristallitschmelzpunktes der verwendeten thermoplastischen Formmasse liegen. Die Temperaturen der folgenden Kühlzonen sollen so gewählt werden, daß das extrudierte Halbzeug der Volumenkontraktion beim Abkühlen folgen kann. Am Austritt der Kühlstrecke sollte das Halbzeug nicht mehr als 50 bis 60 C warm sein. Bei diesen Temperaturen läßt sich das extrudierte Halbzeug durch Kaltumformung weiterverarbeiten. -

Bei der Drahtherstellung auf Basis von Nylon 6 wählt man ,beispielsweise in der ersten Temperierzone eine Temperatur von etwa 160 bis 180⁰C; der Draht wird dann auf etwa 80 bis 100⁰C gekühlt (zweite Temperierzone) und soll schließlich auf etwa 40 bis 60⁰C abgekühlt werden (dritte Temperierzone).

Zum Zweck der Verfestigung wird anschließend der extrudierte Draht bzw. das extrudierte Profil kaltverformt, insbesondere durch Verstrecken in einer Ziehdüse. Vorteilhaft führt man den Verstreckungs· Vorgang nach der für das Ziehen von Metalldrähten üblichen Weise durch, indem man beispielsweise den Draht auf das 2- bis 10-fache der Länge, entsprechend dem 0,5- bis 0,1-fachen Querschnitt ver- . streckt.

Für den Fall einer Drahtherstellung ist die Ziehdüse konzentrisch ausgelegt mit einem konischen Einlaufspalt. Der Konus liegt zweckmäßigerweise zwischen 30 und 90 Winkelgraden. Die Umformzone der

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Düse ist zylindrisch mit einer Kantenlänge des Zylinders von 0,1 bis 0,4 mal Drahtdurchmesser. Hinter der Umformzone öffnet sich die Düse konisch mit ca. 3 bis 10 Winkelgraden. Der Durch-¹ messer der Umformzone wird bestimmt von der Höhe des gewünschten Reduktionsgrades bzw. von der Höhe der gewünschten Verfestigung. Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, sind schon bei mittleren Längsformänderungen erhebliche Verfestigungen zu erzielen.

Tabelle 1

Längsformänderung (*) 5 10 15 20 25 30 35

Nylon 6

+ 15 Gew.# Alu-Nadeln

Zugfestigkeit (kp/mm²) 6,2 6,3 6,5 6,8 7,4 9,2 11,5

Bruchdehnung 5 4,2 3,8 3,1 2,8 2,5 2,3

Längsrückformänderung (%) 8 Std. nach Verformung

^Uj' ^{α 1ί3 ljb lj9 2}

Zugfestigkeit (kp/mm²) 6 6,5 6,8 7,9 9,7 10,2 10,5

Nylon 6 un-gefüllt Zugfestigkeit (kp,

Bruchdehnung {%) 32 45 52 57 60 6l 63

Längsrückformänderung (%) _n q _λ u _o _ofr -, _ο , ο ι,, 8 Std. nach Verformung ⁰'^{8 1}^ ^{2 2}»^{6 3}'^{2 3}»^{8 4}'³

Die für das Ziehen erforderlichen Zugkräfte werden von einer geeigneten Abzugseinrichtung aufgebracht.

Zur Stabilisierung der aufgebrachten Verfestigung ist es zweckmäßig, das umgeformte Halbzeug unter Spannung durch eine Temperstecke zu führen. Man ordnet hierzu die Temperstrecke zweckmäßigerweise zwischen Umformmatrize und Abzugsvorrichtung an. Dies hat den Vorteil, daß weiterer erhöhter apparativer Aufwand vermieden werden kann. Eine Zusammenstellung des Verfahrensablaufs ist in Figur 1 gezeigt. Hierin bedeuten A = Extruder, B = konischer Ringspalt, C = Drossel, D = Werkzeugdüse, E = Kühlring, P = Kühlstrecke, G = Ziehdüse für Kaltverformung, H = Temperierstecke,

I = Wickler bzw. Profilabzug.

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Die vorteilhaften Eigenschaften der Drähte bzw. Profile gemäß dieser Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Eigenschaftstabelle 2.

Tabelle 2

Nylon 6 mit Nylon 6 15 Gew.% unverstärkt Alu-Nadeln

Nylon 6 mit 15 Gew.% Alu-Nadeln durch Verstrecken in einer Zeihdüse kaltverfestigt

Zugfestigkeit G'
(Kp/mnT)

7,3

16

Reißdehnungt 120 %

Elastizitätsmodul E I85 (Kp/mm )

5
284

1,8 345

Relaxation 5,8

(Längsrückformänderung) beim Stauchversuch mit 50 % Längsformänderung

2,5

1,4

Kaltverfestigte Drähte bzw. Profile gemäß der Erfindung zeigen Pudern die überraschende Eigenschaft, daß sich durch Kaltwalzen ihre Duktilität verändern läßt, So läßt sich bei einem kaltverfestigten Draht, dessen Dehnung bei 1,8 % liegt, durch Kaltwalzen die Dehnung bis auf 60 % erhöhen. Das Kaltwalzen des Drahts bzw. des Profils kann nicht nur nach sondern auch vor dem Kaltverfestigen durch Verstrecken in einer Ziehdüse erfolgen.

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Claims

Patentansprüche

\ 1, Verfahren zur Herstellung von kaltverfestigten Drähten und V_ profilen aus mit Aluminiumnadeln verstärkten thermoplastischen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man thermoplastische Kunststoffe in der Schmelze mit 5 bis 40 Gewichtsprozent (bezogen auf die Mischung) Aluminiumnadeln der Länge 0,3 bis 6 mm, einem mittleren Durchmesser von 0,02 bis 0,1 mm und einem Verhältnis Länge zu mittlerem Durchmesser zwischen 3 und 100 vermischt, das Gemisch zu einem Draht oder Profil extrudiert, in welchem die Aluminiumnadeln weitgehend axial ausgerichtet sind, und diesen Draht bzw. dieses Profil durch Kaltverformung verfestigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen und Extrudieren mittels eines Extruders erfolgt, dessen Schmelze in der Einzugszone (Aufschmelzzone) eine Gangtiefe vom 1,2- bis 1,5-fachen der Länge der Aluminiumnadeln und in der Austragszone eine Gangtiefe vom 0,4- bis 0,8-fachen der Länge der Aluminiumnadeln aufweist.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltverformung durch Verstrecken in einer Ziehdüse (Matrize) erfolgt, die eine konische Einlaufzone mit einem Winkel von 30 bis 90⁰C, eine zylindrische Verformungszone der Länge vom 0,1- bis 0,4-fachen des Draht- bzw. Profildurchmessers und eine konische Auflaufzone mit einem Winkel von 3 bis 10° aufweist.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man vor oder nach dem Verfestigen durch Verstrecken in einer Ziehdüse den Draht bzw. das Profil durch Kaltwalzen duktilisiert.

BASF Aktiengesellschaft

Zeichn.

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