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Gieß- oder Spritzgießform zum Herstellen von Forinkörpern aus Kunststoff
sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Formen Die Erfindung betrifft eine Gieß-
oder 1#pritzgießform zum Herstellen von Formkörpern mit optischer Oberflächenqualität,
wie Brillenscheiben, Schweißerschutz scheiben oder dergleichen, aus Kunststoff,
wobei die mit der Kunststoffmasse in Berührung kommenden, den Formhohlraum begrenzenden
Formgebungsteile aus gehärtetem Glas hergestellt sind, sowie ein Verfahren zum Herstellen
derartiger Glasformen.
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Durch die DT-AS 1 133 705 sind bereits Gießformen zur Herstellung
von Kunststoff-Formkörpern im Gießverfahren, insbesondere Brillenscheiben, bekanntgeworden,
bei denen die durch einen elastischen Distanzring zusammengehaltenen Formhälften
oder Formgebungsteile aus thermisch gehärtetem Glas bestehen. Die thermische Härtung,
welche erforderlich ist, um den Formgebungsteilen die gewünschte mechanische Festigkeit
zu geben, hat den Nachteil, daß die Formhälften nach dem Härtungsvorgang nochmals
nachbearbeitet, also geschliffen und poliert, werden müssen, weil bei der thermischen
Härtung sowohl die geometrische Form als auch die Oberflächenstruktur der Formgebungsflächen
der Formhälften nicht in der gewünschten optischen Qualität erhalten bleibt.
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Außerdem hat es sich gezeigt, daß auch thermisch gehärtete Glas-Formgebungsteilen
den mechanischen Anforderungen, die beim Gießverfahren auftreten, nicht voll genügen.
Bei derartigen Gießverfahren, bei denen Formkörper beispielsweise aus warmehärtenden
Harzen auf Diallyldiglykolcarbonat-Basis, beispielsweise aus dem unter dem Handelsnamen
CR 39 bekannten Harz, hergestellt werden, treten nämlich insbesondere bei der Herstellung
von Brillenscheiben oder Linsen mit starker Krümmung, also hoher Diotrienzahl, sehr
starke Scher- und Biegebeanspruchungen der Formgebungsflächen auf. Ursache ist die
Volumen-Schrumpfung von ca. 13 % während der Polymerisation. Die Größe der Zug-
und Druckspannungen lassen sich daraus abschätzen, daß beispielsweise bei Kunststofflinsen
mit einem Durchmesser von 65mm nach dem Entformen der fertig gegossenen und auspolymerisierten
Formkörper ein Schrumpfen von nicht weniger als 0,3 bis 0,4 mm beobachtet wird.
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Glasformen, insbesondere thermisch gehärtete Glasformen, weisen auch
nicht die beim Spritzgießverfahren erforderliche mechanische Festigkeit auf, so
daß bereits versucht worden ist (Dt-OS 2 204 830), in Spritzgießformen zum Herstellen
von Formkörpern aus Kunststoff, insbesondere zum Herstellen von Brillenscheiben
aus Kunststoff mit optischen Oberflächen, die plan sein können oder eine vorbestimmte
Krümmung aufweisen können,als Material für die Formhälften oder Formgebungsteile
Glaskeramik zu verwenden. Die Verwendung der Glaskeramik für die Formeneinsätze
von Spritzgießformen dieser Art hat den Vorteil, daß durch das O-Ausdehnungsverhalten
der Glaskeramik auch die beim Spritzgießverfahren auftretenden höchsten thermischen
Belastungen gut aufgefangen werden können.
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Es hat sich aber gezeigt, daß selbst Glaskeramik trotz der an sich
vorhandenen guten mechanischen Belastbarkeit zum Spritzgießen von Formkörpern, die
größer sind als beim Gießen Brillenscheiben, nicht immer geeignet ist.
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Bei großen Scheibendurchmessern treten nämlich derartig starke mechanische
Belastungen der Formhälften auf, daß Glaskeramik diese Belastungen nicht auffangen
kann, wodurch die teuren Formeneinsätze in kurzer Zeit zu Bruch gehen und ersetzt
werden müssen.
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Ausgehend von dem vorstehend abgehandelten Stand der Technik liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Gieß- sowie Spritzgießform und ein Verfahren
zur Herstellung derartiger Formen anzugeben, durch welche die vorstehend beschriebenen
Nachteile vermieden werfen können, wobei also ein Formhälften-oder Foragebungsteil-Material
angegeben werden soll,
welches den hohen mechanischen Belastungen
gewachsen ist, wie sie bei der Herstellung von Linsen ungewöhnlicher Dicke oder
mit geringem Krümmungsradius im Gießverfahren sowie beim Spritzgießen von Formkörpern
sehr großen Querschnittes auftreten. Die Herstellung der Gieß- oder Spritzgießformen
soll dabei mit möglichst geringen Kosten und in möglichst wenigen Arbeitsgängen
erfolgen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Gieß-oder Spritzgießform
der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß die Formgebungsteile aus chemisch
gehärtetem Glas bestehen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Gieß- oder Spritzgießform
der genannten Art, bei dem die Formgebungsteile gehärtet und ihre Formgebungsflächen
zur Erzielung der optischen Oberflächenqualität geschliffen und poliert werden,
zeichnet sich dadurch aus, daß zunächst die Formgebungsflächen der Formgebungsteile
fertig bearbeitet und anschließend die Formgebungsteile unterhalb der Transformationstemperatur
des verwendeten Glases ohne Beeinflussung der erzielten optischen Oberflächenqualität
und ohne Änderung der geometrischen'Form chemisch gehärtet werden.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird also in überraschend
einfacher Weise dadurch gelöst, daß als Material für die Formhälften bzw. Formgebungsteile
von
Gieß- oder Spritzgießformen chemisch gehärtetes Glas verwendet wird. Es hat sich
herausgestellt, daß chemisch gehärtetes Glas im Gegensatz zu ungehärtetem Glas,
zu thermisch gehärtetem Glas sowie zu Glaskeramik über die erforderliche mechanische
Belastbarkeit verfügt. Derartige Glasformen werden nicht nur den Anforderungen beim
Gießen von optischen Formkörpern ungewöhnlicher Dicke oder mit kleinem Krümmungsradius
gerecht, sondern eignen sich auch zum Spritzgießen von Formkörpern sehr großen Querschnittes.
Die Herstellung der Formgebungsteile oder Formhälften gestaltet sich sehr einfach,
weil nämlich die Formhälften vor dem Härten fertig bearbeitet, also geschliffen
und/oder poliert ~werden können, woraufhin dann beim Härten nach der -Erfindung
keinerlei Veränderung der Formgebungsflächen mehr erfolgt.
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Die Erkenntnis, daß chemisch gehärtetes Glas sich ausgezeichnet zur
Verwendung für die Formhälften oder Formgebungsteile im Gieß- oder Spritzgießverfahren
zur Herstellung von Formkörpern aus Kunststoffen eignet, ist vollkommen überraschend,
da der Fachmann annehmen mußte, daß eine Verbesserung der Eigenschaften von thermisch
gehärtetem Glas oder aber von Glaskeramik nicht mehr erreicht werden konnte. Offenbar
beruht die überraschende Eignung von chemisch gehärtetem Glas darauf, daß durch
den nur an den Glasoberflächen erfolgenden Ionenaustausch eine besondere Zähigkeit
und Festigkeit gegenüber Scher- und Zugbeanspruchungen an der Formgebungsoberfläche
erreicht wird, wie sie für den erfindungsgemäßen Anwendungszweck besonders erforderlich
ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in der zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gieß-oder Spritzgießfora
anhand der schematischen Zeichnung im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt: Fig.
1 ein Ausführungsbeispiel einer Gießform nach der Erfindung mit zwei aus chemisch
gehärtetem Glas bestehenden Formgebungsteilen im Längsschnitt; Fig. 2 eine Spritzgießform
mit zwei Formgebungsteilen aus chemisch gehärtetem Glas, ebenfalls im Längsschnitt.
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Bei der in Fig. 1 gezeigten Gießform 10, die zur Herstellung von Formkörpern
mit optischer Oberflächenqualität, insbesondere von Brillenscheiben mit hoher Dioptrinzahl
und dementsprechend starker Krümmung, im Gießverfahren dient - beispielsweise zur
Herstellung vtsn Brillenscheiben aus einem wärmehärtenden Harz auf Diallyldiglykolcarbonat-Basis,
zum Beispiel dem unter dem Handelsnamen CR 39 bekannten Harz -, weist zwei die Formhälften
bildenden Formgebungsteile 12, 14 auf, die aus chemisch gehärtetem Glas bestehen.
Die beiden Formgebungsteile 12, 14 sind am Rand durch einen elastischen Distanzring
16 bekannter Art zusammengehalten. Zusammen mit dem Distanzring bilden die aus chemisch
gehärtetem Glas bestehenden Formgebungsteile 12, 14 einen Formhohlraum 18, in dem
sich die Kunststoffmasse, aus welcher die Brillenscheibe oder Linse gebildet werden
soll, befindet.
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Die Formgebungsteile 12, 14 sind in Fig. 1 in Schrägschraffur dargestellt.
Der Distanzring 16 ist in
Kreuzschraffur gezeigt, während der Formhohlraum
18, der mit der zu polymerisierenden Kunststoffmasse gefüllt ist, mit einer Punktschraffur
versehen ist.
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Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt
es sich um eine Spritzgießform zur Herstellung planer Brillen- oder Schutzscheiben
großen Durchmessers. Die im ganzer mit 20 bezeichnete Spritzgießform weist als Formgebungsteile
zwei aus chemisch gehärtetem Glas nach der Erfindung bestehende Formhälften 22,
24 auf, die einen Formhohlraum 26 einschließen. Die Formhälften 22, 24 der Spritzgießform
20 sind in Schrägschraffur dargestellt, während der Formhohlraum 26 in Punktschraffur
gezeigt ist.
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Die Formhälften 22, 24 der in Fig. 2 gezeigten Spritzgießform 20 sind
mittels jeweils eines konischen Halteringes 28, 30 auf Formenplatten 32, 34 einer
Stahl-Stammform lösbar befestigt.
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Wie die Zeichnung zeigt, ist der Formhohlraum 26 der Spritzgießform
20 außer am Rande ausschließlich von den aus chemisch gehärtetem Glas bestehenden
Formhälften 22, 24 begrenzt. In stark übertriebenem Maßstab ist in der Zeichnung
dargestellt, daß die Formhälften 22, 24 wegen nicht veriiieidbarer Unebenheiten
der Oberfläche der Stahl-Stammform nicht auf ihrer gesamten Fläche dicht an dieser
anliegen können, so daß sich lokal Bereiche ergeben1 in denen die gesamte beim Spritzgießen
auf die Formhälften 22, 24 ausgeübte Druckkraft (ca. 1500 kp/cm2 Druck bei großflächigen
Eunststoftscheiben) voll durch die Formhälften 22, 24 aufgenommen werden muß. Ein
wesentlicher Vorteildes
Erfindungsgedankens,#für die Formhälften
von Spritzgießformen chemisch gehärtetes Glas zu verwenden, besteht darin, daß die
Formhälften 22, 24 auch bei großflächigen Brillenscheiben oder der: gleichen diese
Spannungen ohne weiteres aushalten können.
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Als Material für die in Fig. 1 und 2 gezeigten Formgebungsteile bzw.
Formhälften 12, 14, 22, 24 kann beispielsweise mit besonderem Vorteil das in der
DT-OS 2 205 844 beschriebene Glas verwendet werden, welches, in Gew.-%, 50,5 bis
61,0% SiO2, 7,0 bis 17,5% Al203, 2,0 bis 6,1% B203, 0 bis 1,0% Ei20, 12,0 bis 15,0%
Na20, 2,5 bis 3,5% K20, 0 bis 4,1% CaO, 0 bis 0,3% BaO, 5,0 bis 10,0% ZnO, 0 bis
0,5% PbO, 0,1 bis 0,9% TiO2, 0 bis 0,5% As203 und 0 bis 1,0% So203 enthält, wobei
die Summe der Alkalioxide 14,5 bis 18,0 Gew.-% beträgt, die Summe von CaO, BaO und
ZnO kleiner als 10 und größer als 6, 3 Gew.-% ist und As203 und Bb20, alternativ
zur Läuterung benutzt werden. Die Herstellung der Formgebungsteile bzw. Formhälften
erfolgt erfindungsgemäß in der Weise, daß diese aus einem chemisch härtbaren Glas,vorzugsweise
dem der angegebenen Zusammensetzung, zunächst in der gewünschten Form hergestellt
und an ihren Formgebungsflächen zur Erzielung der gewünschten optischen Oberflächenqualität
geschliffen und poliert werden. Anschließend erfolgt die chemische Härtung der Formhälften,
wobei keinerlei Beeinträchtigung der bereits hergestellten optischen Oberflächenqualität,
weder bezüglich der Oberflächenstruktur noch bezüglich der Form, eintritt, weil
die chemische Härtung unterhalb der Transformationstemperatur
des
Glases ausgeführt werden kann, wodurch sich im Gegensatz zur thermischen Härtung
keinerlei Veränderungen der Formgebungseigenschaften mehr ergeben. Zur chemischen
Härtung werden die fertig geschliffenen und polierten Formgebungsteile bzw.
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Formhälften 12, 14, 22, 24 insbesondere in einem Temperaturbereich
zwischen 4500C und 370ºC, der für die Formtreue des Glaskörpers besonders vorteilhaft
ist, in ein im wesentlichen aus Kaliumnitrat bestehendes Schmelzbad eingetaucht.
Vorzugsweise werden dem Schmelzbad 0,1 bis 2,0 Gew.-% Kaliumdihydrogenphosphat (KH2PO4)
zugesetzt, wobei sich ein Zusatz von 0,25 Gew.-% tH2PQ4 besonders bewährt hat. Die
sich bei einem Zusatz von 0,1 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise 0,25 Gew.-% EH2P04, in
der Salzschmelze ergebenden Gew. -% von P205 können dabei in Form anderer Phosphorverbindungen
eingebracht werden, vorzugsweise als Phosphorpentoxid, als saure Phosphate oder
als Polyphosphate bzw. Polyphosphor-Säuren.
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Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung chemisch geharteter Formgebungsteile
bzw Formhälften sowohl beim reinen Gießverfahren als auch beim SprstzguB-verfahren,
bei dem die Brillenscheiben oder dergleichen aus thermoplastischem Material mit
hoher Geschwindigkeit hergestellt werden können, beträchtliche Vorteile mit sich
bringt. Diese Vorteile bestehen zunächst einmal darIn, daß die Herstellung der Formhälften
nur geringe Kosten verarsacht, weiS nämlich nach der chemischen Härtung keine Nachbearbeitung
der vorher lertiggeschliffenen und polierten Formgebungsflächen mehr erforderlich