DE2616309C2 - Verfahren zum Herstellen von Verbundwerkstoffen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Verbundwerkstoffen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art. Die hergestellten Verbundwerkstoffe oder -teile sind für verschiedene Anwendungsgebiete geeignet: Elektrotechnik, Feinwerktechnik, Maschinenbau, Bauwesen, Sanitärtechnik, im Möbelsektor und Verpackungssektor.
Es ist bekannt, daß Verbundwerkstoffe herstellbar sind, indem ein in geeignete Form gebrachter Thermoplast in festem Zustand mit einem gefüllten und verstärkten Gießharz beschichtet wird. Dabei härtet das Harz je nach Verarbeitungsverfahren kalt oder warm aus. Für dieses häufig angewandte Handverfahren eignen sich nur ganz bestimmte Stoffpaarungen. So sind z. B. für den Sanitärbereich Polyester — Plexiglas (UP-PMMA) — Verbundstoffe sowie Polyester — PVC-Rohre in Anwendung usw.
Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist aus der DE-OS 20 01 962 bekannt. Bei diesem Verfahren werden die beiden Schichten zunächst in Form einer thermoplastischen Folie oder Platte und eines mit einem hitzehärtbaren Harz imprägnierten Deckbogens vorgebildet. Diese Schichten werden dann unter erhöhtem Druck und bei erhöhter Temperatur unter Aushärtung des Harzes des Deckbogens miteinander zu dem Verbundwerkstoff verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der bekannten Art so auszugestalten, daß das Urformen und Verbinden der Schichten ineinandergreifend und praktisch ohne Einschränkung bei dr.- Auswahl der Kunststoffe für die Schichten durchführbar ist. Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist im Hinblick auf Verarbeitungseigenschaften wie Schwindung, Verzug des Teils sowie Verarbeitungszyklus die Reaktion des aushärtenden Harzes derart geführt, daß die thermische Ausdehnung während der Abkühlung beider Stoffe nach der Reaktion nahezu gleich wird. Damit ist auch für den Gebrauch eine spannungsarme Grenzschicht gewährleistet
Bei jeder Werkstoffpaarung ist die chemische Reaktion so zu führen, daß zum einen ein fortgeschrittener und über die Teildicke zum nicht reagierenden Partner hin immer weniger fortgeschrittener Aushärtungszustand vorliegt, zum anderen die verfahrenstechnischen Parameter der zweiten Phase (Druck, Temperatur, Aufbringungsgeschwindigkeit) in Hinblick auf Schwindung und Nachschwindung des zu fertigenden Teils in Abhängigkeit von der thermischen Schwindungskurve dieser zweiten Phase eingestellt werden.
Die physikalischen bzw. chemisch-physikalischen Vorgänge, die bei dem vorgeschlagenen Verfahren genutzt werden, beruhen im weitesten Sinne auf Adhäsion in ihren verschiedenen Erscheinungsformen. Eine genaue Klärung der in der Grenzfläche zwischen zwei miteinander verbundenen Stoffen wirkenden Mechanismen ist bislang nicht gelungen. Die vorliegenden Adhäsionstheorien weisen jedoch Richtungen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorte..« sind wie
so nachstehend aufgezählt:
1. Ein Verbund zwischen zwei Stoffen in praktisch einem Arbeitsablauf wird möglich.
2. Das Verfahren kann in Verbindung mit fast allen Kunststoffverarbeitungsverfahren angewandt werden, bei denen mit einer Schmelze gearbeitet wird, wie Spritzgießen. Extrudieren, Pressen, Spritzblasformen.
3. Es kann eine größere Anzahl von Stoffen als bisher ohne Hinzunahme eines dritten Stoffes (etwa Haft' Vermittler oder Klebstoff) miteinander gepaart und verbunden werden. Selbst Polyolefine, die bei den bisher bekannten Verarbeitungsverfahren in Form von Trennfolien verwendet werden, lassen sich durch das Verfahren direkt zu Verbundteilen mit anderen Stoffen paaren.
4. Das Verfahren ist sehr wirtschaftlich, da es automatisch oder vollautomatisch durchführbar ist.
5. Die für das Verfahren benötigten Maschinen und Geräte sind für bisher angewandte Verfahren bereits vorhanden.
6. Da das Verfahren den Gießprozeß für das meistens flüssige Harz enthält, lassen sich im Hinblick auf Verstärkung und Einlegen von Festteilen die aus der Thermoplastverarbeitung bekannten Verfahren erweitern.
7. Die Verbundteile enthalten schweißbare und nichtschweißbare Stoffe, so daß über die Beteiligung des Thermoplasten bei vielen Teilen und entsprechender Gestaltung eine mittelbare Verbindbarkeit der Duroplaste durch Schweißen erzielt wird.
8. Der Verbundwerkstoff kann gasundurchlässig hergestellt werden.
9. Es lassen sich viele elektronische Bauteile im automatischen Betrieb herstellen.
Bekanntlich durchläuft ein Reaktionssystem während des Vernetzens vom flüssigen über den Gel-, den thermoplastischen, thermoelastischen bis zum Duroplastzustand alle Zwischenzustände im Stoffbildungsvorgang. Daher kann das unter Verwendung eines Extrudats erzeugte Produkt vor der endgültigen Aushärtung noch verformt und gestaltet werden.
Es folgt die Besci .reibung eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens nach der Erfindung, und zwar am Beispiel der Verwendung des Spritzgießens zum Aufbereiten und Aufbringen der Schmelze.
In dem Hohlraum eines auf unterschiedliche Temperaturen der beiden Hälften eingestellten Werkzeugs wird ein gefülltes und/oder verstärktes Harz bzw. Preßmasse mittels Vakuumgießeinrichtungen, Kolben- oder Schneckenplastifiziereinheiten eingebracht, im Werkzeug beginnt die Aushärtungsreaktion des Harzes bzw. der Preßmasse derart gerichtet, daß von der wärmeren zur kälteren Werkz-'ughälfte hin der Aushärtungszustand zu jedem Zeitpunkt vor dem Einbringen der Schmelze unterschiedlich ist.
Ist ein von der Art der beteiligten Stoffe abhängiger Zustand erreicht, bei dem der der wärme.-en Werkzeughälfte anliegende Duroplast bereits fest ist, während die entgegengesetzte mit dem Thermoplast zu verbindende Grenzschicht einen geringeren Aushärtungsgrad (Gelzustand) aufweist, so kann die Schmelze aufgebracht werden.
Der Werkzeughohlraum wird jetzt vergrößert und in den so entstandenen Hohlraum wird die Schmelze eingebracht. Letzterer Vorgang ist in diesem Fall einem Spritzgießvorgang identisch.
Das Aufbringen der Schmelze veranlaßt den reagierenden Stoff des Duroplasten in der Grenzschicht zu beschleunigter Aushärtung, da die Schmelztemperaturen wesentlich höher sind, als die für das Anspringen der Reaktion erforderlichen Temperaturen. Somit setzt setzt auch von dieser Seite her die Aushärtungsreaktion ein, deren zeitlicher Ablauf in tiie Nachdruck- und Abkühlphase des Spritzgießvorgangs fällt. Kühlt der Thermoplast auf Werkzeugtemperatur ab, so kann bereits entformt werden.
Wichtig für das Verfahren ist die von einer Werkzeugwanü zur anderen gerichtete Reaktion, was eine Temperaturspreizung der Werkzeughälften bedingt, die je nach verwendetem Aushärtungssystem bis zu 60°C erreichen kann. Gleichzeitig kann je nach Teilgestalt und Aushärtungssystem die wärmere Werkzeughälfte eine Temperatur von 90°C bis 1400C annehmen.
Die Vorgänge unter Verwendung einer aus der Extrusion stammenden Schmelze verlaufen ganz analog. Hier wird jedoch kontinuierlich aus dem Extrusionswerkzeug gearbeitet und die für das Verfahren relevanten Parameter werden hinsichtlich des zeitlichen Ablaufs der Reaktion und der Vereinigung des vernetzenden mit dem schmelzflüssigen zweiten Partners am Werkzeug

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von Verbundwerkstoffen mit einer ersten Schicht aus einem Duroplast oder einem chemisch entsprechend reagierenden Elastomeren und einer unmittelbar damit verbundenen zweiten Schicht aus einem aus einer Polymerschmelze urformbaren Kunststoff, bei dem die Materialien der Schichten unter Druck zusammengebracht und zu dem Verbundwerkstoff verfestigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus ihrem Ausgangsmaterial in einer Form mit vergrößerbarem Hohlraum gebildet und auf einer Seite von der Form her erwärmt wird und daß das Material der zweiten Schicht als Schmelze unter einem Druck, wie er beim Spritzgießen angewandt wird, in der Form auf die andere Seite der ersten Schicht zu einem Zeitpunkt aufgebracht wird, bei dem die erwärmte Seite der ersten Schicht bereits fest ist und die andere Seite einen geringeren Aushärtungsgrad aufweist und sich noch im Gelzustand oder einem geladäquaten Zustand befindet und der Hohlraum der Form der zweiten Schicht entsprechend vergrößert ist
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Material der zweiten Schicht ein Thermoplast, ein Elastomeres oder eine schmelzbare Preßmasse verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmateria! der ersten Schicht mit Füll- und/oder Verstärkungsmitteln versehen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumvergrößerung mit Schiebern und/oder beweglichen Kernen realisiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlraumvergrößerung mittels Wendewerkzeug oder Transferwerkzeug vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht mit Durchbrechungen gebildet wird und diese Durchbrechungen beim Aufbringendes Materials der zweiten Schicht gefüllt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht in einer Dicke im Bereich von 03—10 mm und die zweite Schicht im Bereich von 0,5—6 mm gebildet werden.
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