DE2459305A1 - Umformen thermoplastischer kunststoffe - Google Patents

Description

GmbH Darmstadt ^HJJOUJ

Pat.Dr.B/Emm/9

Umformen thermoplastischer Kunststoffe

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Umformen thermoplastischer Kunststoffe _} im thermoelastischen. Zustand zu Körpern mit gleichmäßiger oder mit einer in einem gewünschten Sinne unterschiedlichen Wandstärke. Unter "thermoplastischen Kunststoffen" sollen nach verbreitetem Sprachgebrauch auch jene Kunststoffe verstanden werden, die z.B. wegen einer gewissen Vernetzung oder wegen eines sehr hohen Molekulargewichts beim Erwärmen zwar in den thermoelastischen Zustand übergehen, den der Thermoplastizitat jedoch nicht erreichen.

Pur die Kunststoffgruppe der Thermoplaste ist deren Umformbarkeit im thermoelasbischen Zustand eine charakteristische Bearbeitungsmöglichkeit, in der sich diese Kunststoffe von den Duroplasten unterscheiden. Im gummiartig elastischen, eben dem thermoelastischen Zustand, lassen sich die in Frage stehenden Kunststoffe mit einem relativ geringen Kraftaufwand umformen. Beim Abkühlen unter Aufrechterhaltung der Formungskraft wird die Formänderung "eingefroren" und der Werkstoff wird wieder fest und formstabil. - Pur das Umformen sind zahlreiche, arbeitstechnisch verschiedene Verfahren entwickelt worden. Die Wahl des jeweiligen Verfahrens richtet sich nach der Gestalt des Formteiles, nach dessen Eigenschaften und nach wirtschaftlichen Erwägungen. Diese Verfahren lassen sich grob in folgende Gruppen einteilen:

das Biegeumformen, d.h. das Abwinkein von Halbzeug um Biegeaxenj

das Druckumformen, d.h. das Prägen oder Stauchen des Werkstoffteilsj

das Zugumformen, das entweder mechanisch mit Hilfe eines Stempels oder pneumatisch durch Gasüber- oder -unterdruck erfolgt.

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Bei diesem sogenannten Streckziehen ist der Werkstoff, z.B. eine auf Verformungstemperatur erwärmte Platte aus Acrylglas,-fest zwischen Niederhalter und Pormring eingespannt. Der in der Formöffnung befindliche Teil erfährt beim Streckziehen eine Oberflächenvergrößerung und gleichzeitig eine Dickenabnahme, die im maximalen Formungsbereich am größten ist. Beim pneumatischen Streckzieh-Verfahren durch Blasen oder Saugen kann in den freien Raum oder in ein Gegenwerkzeug gearbeitet werden. Der überdruck beträgt beispielsweise beim Umformen von Acrylglas etwa 6 atü, während beim Vakuumverformen mit einer Formungskraft von etwa 0,95 Kp/cm gearbeitet wird.

Beim Umformen mittels eines Stempels, und zwar mit oder ohne Gegenwerkzeug, kann ebenso wie beim Tiefziehen mittels Ziehring und Formstempel durch besondere apparative Vorrichtungen so gearbeitet werden, daß der Werkstoff während des Umformens zwischen dem Ziehring und dem Niederhalter nachgleitet, so daß sich Formteile mit annähernd gleicher Werkstoffdicke ergeben. Wie bereits angedeutet, entstehen bei dem in der Praxis wichtigsten Umformverfahren, bei dem als Vakuumverformen bezeichneten Streckziehen durch Saugen, soweit nicht mit aufwendigen kombinierten Verformungstechniken gearbeitet wird, Formkörper mit unterschiedlicher Wandstärke. Bei der Herstellung einer Lichtkuppel mit einem Durchmesser von z.B. 6o cm und einer Scheitelhöhe von 30 cm beträgt die Wandstärke der aus 5 mm dickem Material gefertigten Kuppel im Scheitelpunkt & J> mm. - Während bei mechanisch nicht beanspruchten Formkorpern, z.B. bei der eben erwähnten Lichtkuppel, auch eine drastische Verringerung der Wandstärke in Kauf genommen werden kann, muß die gleiche Erscheinung bei der Herstellung von mechanisch belasteten Formkorpern, z.B. bei einer durch Vakuum- oder Preßluftverformung hergestellten Badewanne, durch nachträgliche Stützmaßnahmen kompensiert werden. In der Patentliteratur finden sich zahlreiche Vorschläge zur Sicherung der während des Verformungsvorganges entstandenen dünnen Wandungen, die, wie bereits ausgeführt, an den Stellen stärkster Verformung entstanden sind.

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Es wurde nun gefunden, daß das pneumatische Zugumformen thermoplastischer Kunststoffe durch Gasüber- oder -unterdruck, und zwar mit oder ohne Gegenform, in einfacher Weise derart durchgeführt werden kann, daß ein Formkörper mit praktisch gleicher Wanddickenverteilung oder in manchen Fällen auch mit einer in einer gewünschten Zone verdickten Wand hergestellt werden kann. Das Verfahren besteht darin,, den Formkörper unter Anwendung von Preßluft oder Unterdruck in eine Flüssigkeit hineinzuformen, die nach Maßgabe der jeweiligen Gegebenheiten eine bestimmte Temperatur aufweist. Die Form kann zum Teil oder vollständig mit dieser Flüssigkeit gefüllt sein. Der Flüssigkeitsbehälter kann gleichzeitig die Negativform für den entstehenden Formkörper darstellen. Die während des VerTormungsvorganges verdrängte Flüssigkeit tritt z.B., wie dies in den Figuren I und II dargestellt ist, aus dem Verformungsgefäß (1) in das Auffanggefäß (2). Die Platte aus thermoplastischem Kunststoff (j5) liegt auf dem Formrand (4) auf. Die bei (5) eintretende Preßluft drückt die im thermoelastischen Zustand vorliegende Platte (3) formgetreu in das Verformungsgefäß (1). Unter Aufrechterhaltung des Preßluftdruckes läßt man den entstandenen Formkörper (j5 a) bis unterhalb der Glasumwandlungstemperatur des entsprechenden Kunststoffes - bei der Verwendung von Acrylglas etwa auf 100⁰C - abkühlen, verschließt das Absperrventil (6), löst die Einspannvorrichtung (7) und entnimmt den harten Formkörper. Bei der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform des Verfahrens war das Verformungsgefäß (l) bereits vor Beginn des Verformungsvorganges vollständig mit Wasser gefüllt. In anderen Fällen kann es zweckmäßig sein, zunächst in den Luftraum des nur teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Gefäßes hineinzuverformen (Figur III), und zwar unter Inkaufnahme einer Verjüngung der Wanddicke im Bereich der Zone (8), Beim Eintauchen des Formkörpers in die Flüssigkeit entsteht eine Zone mit dickerer Wandstärke, so daß es möj,ich ist, die im vorstehenden beschriebene Veränderung der Wanddicke beim Vakuumoder beim überdruckverfahren, d.h. die auftretende Verjüngung der Wandstärke, unter Ausbildung der dünnsten Wand im Scheitel-

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punkt des Formkörpers "umzukehren" und einen Formkörper entstehen zu lassen, dessen Wanddicke im Scheitelpunkt am größten ist-.

Die Umformung im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann auch durch Vakuum erfolgen, beispielsweise derart, wie dies in Figur IV zeichnerisch dargestellt ist, daß die Evakuierungs· stutzen (9 a, 9 b und 9c) über die Vakuumleitung (10) miteinander verbunden sind. Die Vakuumleitung (ΙΟ) führt in das Wasserauffanggefäß (11) mit dem daneben befindlichen Vakuumgefäß (12), das über die Vakuumleitung (lj5) ^mit der Saugpumpe (l4) in Verbindung steht. - Bei dem Betrieb der Verformungsanlage, die hinsichtlich des Aufbringens der zu verformenden Scheibe (5) mit der Vorrichtung gemäß den Figuren I und II identisch sein kann, entsteht bei geöffneten Ventilen (15* und 17) im Verformungsgefäß (l) ein Unterdruck, der die Scheibe (3) in das Gefäß hineinzieht. Gleichzeitig wird das Wasser durch das Ventil (15) über die Vakuumleitung (10) in die Wasserfalle (11) gezogen.

Von den Kunststoffen, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens umgeformt werden können, seien das bereits erwähnte Acrylglas (Polymethylmethacrylat oder ein zum überwiegenden Teil aus Methylmethacrylat aufgebautes Copolymerisat), Polystyrol, Polyvinylacetat, Celluloseacetobulijyrat, Poly· carbonat oder Copolymerisate des Acrylnitrils und Methacrylsäuremethylester beispielhaft genannt.

Die Verformung der genannten Kunststoffe kann, wie bereits erwähnt, in Wasser erfolgen, das bei Zimmertemperatur oder bei erhöhter Temperatur zur Anwendung kommt. Je größer die Temperaturdifferenz zwischen dem zu verformenden Material und dem Flüssigkeitsbad, d.h. Je stärker die Abkühlung des zu verformenden Teiles ist, umso geringer ist die Dickenabnahme des Materials. - Außer Wasser haben sich Äthylen-

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glykol (Kp 198°), Diathylenglykol (Kp 245° oder Glycerin (Kp 290°) als wasserlösliche und ungiftige Mittel bewährt. Die Verwendung anderer hochsiedender Flüssigkeiten, die nicht wasserlöslich sind, z.B. öle, können grundsätzlich auch verwendet werden, jedoch läßt die Schwierigkeit der nachträglichen Reinigung des Formkörpers ein solches Vorgehen als nicht geraten erscheinen.

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Verfahren zum pneumatischen Zugumformen von bis zum thermoelastischen Zustand erwärmten thermoplastischen bzw. thermoelastischen Kunststoffen durch Gasüber- oder -unterdruck mit und ohne Gegenform,

. dadurch gekennzeichnet,

daß der Formkörper während seiner Entstehung in eine Flüssigkeit eintaucht, deren Temperatur unter der Glasumwandlungstemperatür des Kunststoffes liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Formgebung mittels einer .Gegenform diese ganz oder zum Teil mit der die Abkühlung des Kunststoffes beschleunigenden Flüssigkeit gefüllt ist.

3· Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den sich bildenden Formkörper verdrängte Flüssigkeit in ein Auffanggefäß eintritt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit Wasser Verwendung findet.

5· Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper, ausgehend von einer auf l40 big- I8o° erhitzten Scheibe, aus Polymethylmethacrylat hergestellt wird.

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