DE2520497B2 - Verfahren zum herstellen eines formkoerpers aus thermoplastischem hochmolekularem material - Google Patents
Verfahren zum herstellen eines formkoerpers aus thermoplastischem hochmolekularem materialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus thermoplastischem hochmolekularem
Material, bei dem ein Rohling in eine Form gebracht und darin durch Pressen bei einer Temperatur
oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg zu dem Formkörper umgeformt wird und der Formkörper danach
abgekühlt wird.
Zur Herstellung von Formkörpern aus hochmolekularen Materialien, insbesondere thermoplastischen
hochmolekularen Materialien, bediente man sich bisher üblicher Spritzgußverfahren. Beim Spritzgußverfahren
werden jedoch ähnlich wie beim Gießen von Metallen Gießköpfe und Gießrinnen benötigt. Weiterhin
lassen sich hierbei dickwandige Formkörper nur fehlerhaft herstellen. Obwohl bereits verschiedene Vorschläge
gemacht wurden, um diesen Nachteilen auf dem Gießsektor zu begegnen, bildet ein hochmolekularen
Materialien eigener Nacheffekt ein Problem. Weiterhin ist ein großer Nachteil des Spritzgußverfahrens
die Dimensionsinstabilität des Formkörpers über die Zeit hinweg.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus
thermoplastischem hochmolekularem Material zu schaffen, bei welchem sich das betreffende Material
innerhalb kurzer Zeit unter geringem Ausformdruck zu einem Formkörper ausformen läßt, der über die Zeit
hinweg keine durch eine elastische Nachwirkung her- so vorgerufene Dimensionsänderung erfahrt.
Die Erfindung liegt aufgrund umfangreicher Untersuchungen bezüglich der Umwandlungssuperplastizität
von metallischen Materialien die Erkenntnis zugrunde, daß sich die Glasübergangstemperatur hochmolekularer
Materialien bezüglich der Materialeigenschaften ähnlich verhält wie der Phasenumwandlungspunkt eines
metallischen Materials. Aufgrund dieser Erkenntnis hat es sich gezeigt, daß sich die Formgebung,
wenn sie unter Ausnutzung des Superplastizitätsphänomens bei der Glasübergangstemperatur Tg des jeweiligen
hochmolekularen Materials durchgeführt wird, innerhalb kurzer Zeit mit geringem Formdruck
ausführen läßt und daß man hierbei einen Formkörper erhält, der keine durch eine elastische Nachwirkung f>s
bedingte Dimensionsänderung über die Zeit erfährt.
Gegenstand der Erfindung ist folglich ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß der Rohling auf eine Temperatur geringfügig unterhalb seiner Glasübergangstemperatur
Tg erwärmt, dann der Fteßdruck angelegt und der Vorformling unter Formdruck bis auf 20 bis 5O0C
über die Glasübergangstemperatur Tg erhitzt wird und schließlich der Formkörper auf eine Temperatur unterhalb
der Glasübergangstemperatur Tg abgekühlt wird. Aus der DT-OS 17 04 292 ist es zwar bereits bekannt,
zum Herstellen von dimensionsstabilen Formkörpern aus thermoplastischem hochmolekularen Material
unter geringem Ausformdruck und innerhalb kurzer Zeit einen Vorformling aus diesem Material oberhalb
der Glasübergangstemperatur Tg zu dem Formkörper umzuformen.
Bei dem bekannten Formgebungsverfahren wird der Formdruck auf das zu verformende thermoplastische
Material erst nach Erreichen bzw. Überschreiten der Glasübergangstemperatur Tg angelegt. Demgegenüber
wird erfindungsgemäß der Formdruck bereits bei einer Temperatur geringfügig unterhalb der Glasübergangsiemperatur
Tg des betreffenden thermoplastischen Materials angelegt und dieses dann unter Formdruck
auf eine Temperatur von 20 bis 50°C über der Glasübergangstemperatur Tg erhitzt. Auf diese Weise, d. h.,
beim Durchschreiten der Glasübergangstemperatur Tg unter Formdruck, erreicht man einen dem Superplastizitätszustand
von metallischen Materialien ähnlichen Zustand des thermoplastischen Materials, in dem dann
- anders als bei dem bekannten Verfahren, bei dem sich der »superplastische« Zustand des zu verformenden
thermoplastischen Materials nicht einstellt - ein Formdruck, angewandt werden kann, der weit geringer
ist als der bei dem bekannten Verfahren erforderliche Formdruck und nur etwa ein Zehntel der Zugfestigkeit
des betreffenden thermoplastischen Materials bei Raumtemperatur beträgt. Dies stellt gegenüber dem
bekannten Verfahren einen wesentlichen technischen Fortschritt dar.
Der Zeitpunkt, zu dem der Formdruck auf das Material einwirken gelassen wird, kann beliebig gewählt
werden, solange die Temperatur des zu verformenden Materials unterhalb, jedoch nahe der Glasübergangstemperalur
Tg liegt. Im Falle eines thermoplastischen hochmolekularen Materials mit einer Glasübergangstemperatur
Tg beträchtlich oberhalb Raumtemperatur ist es jedoch in der Regel zweckmäßig, den Formdruck dann auf das Material einwirken zu
lassen, wenn dessen Temperatur einen Wert etwa 1O0C
unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg erreicht hat. Im Falle eines thermoplastischen hochmolekularen
Materials mit einer Glasübergangstemperatur Tg nahe Raumtemperatur kann andererseits bald nach Beginn
des Erhitzens die Temperatur die Glasübergangstemperatur Tg erreichen, so daß in einem solchen Falle
der Formdruck gleichzeitig mit Beginn des Erhitzens appliziert werden kann.
Im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung wird das Material unter Einwirkung des Formdrucks
bis auf eine Temperatur 20 bis 50°C, vorzugsweise etwa 30 C, oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg
erhitzt. Der Grund dafür, warum das Material auf eine Temperatur oberhalb seiner Glasübergangstemperatur
Tg erhitzt wird, besteht darin, daß die Temperatur des gesamten thermoplastischen hochmolekularen
Materials so weit erhöht werden muß, um zu gewährleisten, daß der verformte Teil tatsächlich auf
eine Temperatur oberhalb der GlasübergangstemperaturTggelangt. Obwohl die Erhitzungsgeschwindigkeit
schneller sein kann als die Abkühlungsgeschwindigkeit. besteht, wenn erstere zu schnell ist, die Gefahr, dali
die erforderliche höchste Erhitzuovrstemperatur oberhalb
der Glasübergangsiemperatur Tg überschritten wird, was sich im Hinblick auf einen Verlust an thermischer
Energie nicht empfiehlt. Folglich if. eine Erhitzungsgeschwindigkeit von etwa 10 C/sec zu empfehlen.
U~ eine Überkühlung des Formkörpers zu
vermeiden, sollte zweckmäßigerweisc eine Abkühlungsgeschwindigkeil
im Bereich der sogenannten »Langsamkühlung«, insbesondere eine Abkühlungsgeschwindigkeit
von weniger als 10 C/sec, vorzugsweise von etwa 5 C/sec, eingehalten werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung und der Beispiele näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen im einzelnen
Fig. 1 (A)und 1 (B)schemati^he Queischnittsseitenansichten
einer Formvorrichtung zur Durchführung des Formgebungsverfahrens gemäß der Erfindung, insbesondere
Fig. 1 (A) den Zustand vor dem Pressen und Fig. 1 (B) den Zustand nach dem Pressen.
Das Ausformen eines Polyamidharzes (Nylon 6) wurde in einer Formvorrichtung gemäß Fig. !(A)
und 1 (B) durchgeführt. Bei der Formvorrichtung befinden sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden
Bauteilen 3 und 4 ein beweglicher Pressenstempel 1 und ein fixierter Pressenstempel 2. Die Bauteile 3 und 4
sind mit Heizeinrichtungen 6 zum Erhitzen des auszuformenden Materials 5 versehen. Daneben sind in den
Stellen des beweglichen Pressenstempels 1 und des fixierten Stempels 2, die mit dem auszuformenden
Material 5 in Berührung gelangen, weitere lleizeinrichlungen
7 und 8 vorgesehen. Ferner sind noch Kupfer/ Konstantan-Thermoelemente 9 und 10 zur Messung
der Temperaturen des auszuformenden Materials? und des fixierten Stempels 2 vorgesehen.
Zunächst wird das auszuformende und aus einem Polyamidharz (Nylon 6) bestehende Material in die
Formvorrichtung gefüllt. Während die Temperatur des Materials überwacht wird, wird es mit einer Erhit/ungsgeschwindigkeit
von etwa 10 C/sec mit Hilfe von Ni/Cr-Hei/einrichtungen 7, 8 und 6 in dem beweglichen
Pressenstempel 1, dem fixierten Stempel 2 und den Bauteilen 3 und 4 erhitzt. Unmittelbar bevor die
Temperatur des Materials die Glasübergangstemperalur Tg (ungefähr 50 C) des Polyamidharzes (Nylon 6)
erreichte, wird auf das Material mittels des beweglichen
Pressenstempels i ein Preßwerkzeug (mit einer Preßkraf't von et*va 50Üg/mm:) einwirken gelassen. Nachdem
die Temperatur des auszuformenden Materials? einen Wert von etwa 81)"C erreicht hat, wird das
geschilderte Heizsystem abgeschaltet, um da·; Material
ir*it einer Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 5 C/sec
auf Raumtemperatur abkühlen zu lassen. Schließlich wird der Prelidruck aufgehoben.
Bei dem geschilderten Ausformverfahren wurde mit einer FVe!Jkraft von lediglich einigen lOOg/mnr und
in einem einzigen Formvorgang der gewünschte Formkörper
erhalten. Bei dieser Ausfuhrungsform muß die Formvorrichtung nicht aus SpezialStahl bestehen, vielmehr
kann sie aus üblichem Kohlenstoffstahl und Weichstahl bestehen.
Beispiele 2 bis 8
Die folgende Tabelle zeigt die Ausformbedingungen bei verschiedenen thermoplastischen hochmolekularen
Materialien. In der Tabelle bedeutet Tma, die höchste
F.rhitzungstemperatur und Tp diejenige Temperatur, bei der mit dem Anlegen des Preßdrucks begonnen
wird.
Beispiele | Thermoplastisches | Glasübergangs | ' min | Tnux | Druckkraft | Ausform |
hochmolekulares | temperatur Tg | dauer | ||||
Material | ||||||
( Ο | ( C) | ! C) | (g/mm") | (iv in) | ||
2 | Polyacetalharz | ca. 100 | Raumtemp. | 130 | 300 | ca. 12 |
3 | Polyamidharz (Nylon 6/5) | ca. 50 | Raumtemp. | 80 | 500 | ca. 10 |
4 | Polycarbonatharz | ca. 150 | Raumtemp. | 180 | 300 | ca. 15 |
5 | Acrylnitril /Butadien/ | ca. 120 | Raumtemp. | 150 | 300 | ca. 15 |
Styrol-Harz | ||||||
6 | Vinylchloridharz | ca. 87 | Raumtemp. | UO | 200 | ca. 12 |
7 | Methylmethacrylatharz | ca. 105 | Raumtemp. | 1.30 | 400 | ca. 15 |
8 | Tetrafluoräthylen | ca. 12b | Raumtemp. | 160 | 100 | ca. 13 |
Hierzu 1 Blatt | Zeichnungen |
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zum Herstellen eines Formkörper aus thermoplastischem hochmolekularem Material, bei dem ein Rohling in eine Form gebracht und darin durch Pressen bei einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg zu dem Formkörper umgeformt wird und der Formkörper danach abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, ι ο daß der Rohling auf eine Temperatur geringfügig unterhalb seiner Glasübergangstemperatur Tg erwärmt, dann der Preßdruck angelegt und der Vorformling unter Formdruck bis auf 20 bis 50 C über die Glasübergangstemperatur Tg erhitzt wird und schließlich der Formkörper auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg abgekühlt wird.
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