DE2633560A1

DE2633560A1 - Verfahren zur herstellung von gusskoerpern durch die aktivierte anionische polymerisation von lactamen

Info

Publication number: DE2633560A1
Application number: DE19762633560
Authority: DE
Inventors: Franz Prof Dipl Ing Fischer; Arthur Ing Grad Handtmann; Guenter Ing Grad Haupt
Original assignee: ELTEKA KUNSTSTOFF
Current assignee: ELTEKA KUNSTSTOFF
Priority date: 1976-07-26
Filing date: 1976-07-26
Publication date: 1978-02-09
Also published as: GB1590406A; FR2359868A1; FR2359868B3; US4182843A

Description

ELTEKA KUNSTSTOFF-TECHNIK GMBH, BIRKENALLEE, 795 BIBERACH (RISS)

Verfahren zur Herstellung von Guikörpern durch die aktivierte anionisohe Polymerisation von Lactamen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern durch die aktivierte anionisohe Polymerisation von
Lactamen, insbesondere Laurinlaotam, bei dem zwei getrennt
mit einem Katalysator und einem Aktivator aufbereitete Lac- tamsohmelzen drucklos in den Hohlraum einer im wesentlichen auf die Temperatur der Schmelzen erwärmten Form fließen und in dieser polymerisiert werden.

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8TADTePARKASSEMONCHEN. KTO. NR. 29-Il6621 BLZ 701SOOOO
POSTSCHECKKONTO MÖNCHEN NR. 227098-807 BLZ 70010080

In der DT-OS 1 9I0 175 ist für ein Verfahren der vorgenannten Art ausgeführt, daß dafür wegen der Dünnflüssigkeit der Schmelzen entsprechend flüssigkeitsdichte Formen zu verwenden sind und keine die Polymerisation störende Stoffe, wie insbesondere Wasser, in der Schmelze anwesend sein dürfen. Es ist weiterhin angedeutet, daß bei der in ihrer Geschwindigkeit temperaturabhängig ablaufenden Polymerisation regelmäßig eine anfängliche Temperaturerhöhung von etwa 5O⁰C auftrete und daß zur Vermeidung von Lunkern und Spannungen im Fertigteil angestrebt werden müsse, die Temperatur der Formmasse während des Polymerisierens in allen Volumenteilen auf einem konstanten Wert zu halten. Dabei wird zwischen dickwandigen und dünnerwandigen Gußkörpern differenziert und festgestellt, daß sich in den dickerwandigen Gußkörpern leichter Schrumpflunker ausbilden können, weil an der hinsichtlich der Wärmeabgabe kritischen Formwand eine schnellere Polymerisation stattfinde als in den weiter entfernten Zonen der Formmasse.

Ein solcher Temperaturunterschied zwischen dem Kern und der Aussenhaut des jeweiligen Gußkörpers wird dabei generell für das Entstehen von Spannungen und Lunkern im Fertigteil und für das Entstehen von weissliche, monomerenhaltigen und jedenfalls unsauberen Oberflächen verantwortlich gemacht. Um mithin zur Vermeidung solcher gußtechnischer Unregelmäßig keiten diesen Temperaturunterschied zu verhindern, wird für mehr dünnwandige Gußkörper ein Nachheizen der Form während der Polymerisation für ausreichend angesehen. Für mehr diokwandige Gußkörper ist hingegen unter Berücksichtigung auch einer entsprechend einfacheren Verfahrensführung, die Verwen dung von speziellen Formen vorgesehen, die aus einer Kombi nation von besonders wärmebeständigen und nicht wärmebeständichen Stoffen gefertigt sind und infolge einer gegenüber Metallformen stark herabgesetzten Wärmeleitfähigkeit eine

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optimale Temperaturführung der Polymerisation gestatten sollen.

In der DT-OS 1 570 25I ist angedeutet, daß das Inhomogenitäten im Fertigteil verursachende Einziehen von Luftblasen während des Einfließens von Lactamschmelzen in die Form durch Anlegung eines Vakuums verhindert werden können. Die der vorliegenden Erfindung vorausgegangenen Untersuchungen haben gezeigt, daß im Falle von Laurinlactam eine solche dauerhafte Vakuumbeaufschlagung keine spannungs- und lunkerfreien Gußkörper ergibt. Unter sonst gleichen Voraussetzungen wurden Im Gegenteil bessere Ergebnisse dann erzielt, wenn eine Beaufschlagung mit dem Umgebungsdruck erfolgte und eine wenigstens anfängliche Blasenbildung in der polymerisierenden Formmasse sogar gefördert wurde. Diese Feststellung stim mt überein mit den noch in der DT-OS 1 570 318 angedeuteten Erkenntnissen für ein ähnliches Gießverfahren, bei dem der Staudruck, der sich beim Durchperlen eines Gasstromes durch die Formmasse ausbildet, als Anzeige- oder Regelgröße zum Steuern der Eintauchtiefe der Zufuhrleitung einzelner Reaktionskomponenten benutzt wird. Die entsprechenden Versuche, auch dieses bekannte Verfahren zur Aufbereitung von Laruinlactam zu benutzen, sind bis jetzt jedoch ebenfalls fehlgeschlagen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde besonders bei den Arbeiten mit Laurinlactam die vorrangige Erkenntnis gewonnen, daß unter den verschiedenen Parametern, welche die Herstellung einwandfreier Gußkörper beeinflussen, hauptsächlich das Verhältnis der Oberfläche zum Volumen des jeweiligen Gußkörpers für das Ausmaß der vorgeschilderten Inhomogenitäten maßgebend ist. Abhängig von diesem Verhältnis ist das Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Maßnahme, daß die Polymerisation der Lactamschmelzen in der Form unter einer Vakuumbeaufschla-

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gung eingeleitet wird, die beim Erreichen eines gerade nicht mehr rührfähigen, hochviskosen Polymerisationszustandes aufgehoben und durch eine Beaufschlagung mit dem Umgebungsdruck ersetzt wird.

Mit dieser primären Maßnahme wird erreicht, daß sonst feststellbar gewesene weissliehe Einschlüsse, die am besten als Blasenlunker definiert werden könne, nicht mehr auftreten. Der hochviskose und gerade nicht mehr rührfähige Polymerisationszustand ist dabei im wesentlichen der Zustand der Formmasse, der mehr oder weniger unmittelbar nach einem anfänglich feststellbaren, relativ starken Aufschäumen eintritt, wobei die Intensität dieses Aufschäumens direkt abhängig ist von der Größe des angelegten Vakuums. Diese Größe ist wieder abhängig von dem Verhältnis der dem Vakuum ausgesetzten Oberfläche zum Volumen des betreffenden Gußkörpers. Wird nach der Beendigung des relativ starken Aufschäumens im dann noch latenten Bereich der Polymerisation die Vakuumbeaufschlagung nicht aufgehoben, so werden alle sich danach noch perlenförmig bildenden Gasblasen bei der fortschreitenden Polymerisation praktisch eingefroren. Es ist mithin dann nicht mehr möglich, mittels sonstiger Maßnahmen solche eingefrorenen Gasblasen wieder aus dem Gußkörper zu entfernen.

In diesem Zusammenhang ist noch wichtig, daß das erwähnte anfängliche Aufschäumen möglichst stark sein sollte, um in der Form eine ergänzende Homogenisierung der beiden getrennt aufbereiteten Lactamsehmelzen zu erreichen. Diesbezüglich kann ohne größere Schwierigkeiten empirisch ermittelt werden, wie hoch die jeweilige Vakuumbeaufschlagung sein sollte, um •in Verbindung mit einer genügenden Standzeit des Vakuums Fertigteile zu erhalten, die frei von solchen Blasenlunkern sind.

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Hinsichtlich einer entsprechenden Verfahrensführung liegen hier die beiden erfundungsgemäßen Erkenntnisse vor, daß in Abhängigkeit vom Verhältnis der dem Vakuum ausgesetzten Oberfläche zum Volumen des Gußkörpers die Vakuumbeaufschlagung auf einen Wert zwischen etwa 80 und 450 Torr eingest eUt werden sollte. Dabei gilt, daß das stärkere Vakuum für das kleinere Verhältnis der dem Vakuum ausgesetzten Oberfläche zum Volumen des betreffenden Gußkörpers ausgewählt wird und umgekehrt. Weiterhin sollte das Produkt aus diesem Verhältnis der dem Vakuum ausgesetzten Oberfläche, zum Volumen des Gußkörpers und der Standzeit des Vakuums, die also kürzer ist als die Polymerisationszeit, einen konstanten Wert haben. Hinsichtlich des nachfolgenden Ersatzes der Vakuumbeaufschlagung durch die Beaufschlagung mit_; dem Umgebungsdruck kann dabei noch von Wichtigkeit sein, ob dieser Ersatz nach dem Brreichen der betreffenden Standzeit des Vakuums momentan oder bis zu diesem Zeitpunkt fortschreitend durchgeführt wird. Ein momentan erfolgender Ersatz wird in der Regel unter dem Gesichtpunkt zu bevorzugen sein, daß dadurch eine entsprechend einfachere Verfahrensführung möglich 1st." Hier gilt beispielsweise, daß ein Zylinder mit 200 mm Durchmesser und 300 mm Höhe, für dessen Gießen eine Füllzeit der Form von etwa ²K) Sek. benötigt wird, eine einwandfreie Oberfläche erhält, wenn die Vakuumbeaufschlagung von etwa 130 Torr nach etwa 90 Sek. vom Beginn des Füllvorganges der Form an gerechnet aufgehoben wird.

Das sekundäre Hauptmerkmal der Erfindung ist aüfdie Erzielung einer maximalen Festigkeit und einer maximalen thermischen Beständigkeit ausgerichtet. Hier schlägt die Erfindung vor, nach der Aufhebung der unter den vorerwähnten Gesichtspunkten durchgeführten Vakuumbeaufschlagung eine · mindestens während dir Polymerisation des Gußkörpers andauern·

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de thermische Behandlung L-ei einer Temperatui durchzuführerij die «ti.a 10 bis 20°C tiefer liefet als aer Kristallisations-Cchmelzbereich des Gußkörpeis. Auch hierbei v;iru wieder das Verhältnis von der Oberfläche- zuri. Volumen des Gußkörpers zu berücksichtigen sein, Für ;.-·,] ijht-.n in ö-r l-:·:- tel ein Kristallisations-Schmelzbereich von im Mittel etwa l80°C gilt, weil bei ein^m gi'ößeren Verhältnis der Oberfläche zum Volumen der Temperaturunterschied zwischen dem Kern und der Außenhaut des jeweiligen Gutökörperri verhältnismiißi/:; klein ist, rar an einer relativ dünnen Platte li-icht zu erkennen ist, wird insoweit nach den Erkenntnis π--n der vorliegenden Erfindung eine solche abschliei3er.u3 thermische Behandlung zur Ei"-zielung entsprechend optimale·]- --.-urtc weniger wichtig sein, üobr-ld eher dr. .s Verhältnis der Oberfläche zum Volumen wie bei einem Zylinder oder bei einer Kugel kleiner ist, so herrscht dann ein doch größerer Temperaturunterschied zwischen dem Kern und der Außenhaut vor. Mithin wird in diesem Fall durch die thermische Behänd]ugn erreicht, daß dit Außenhaut eine Annäherung an die Temperatur der: Kerns erfährt, aus welchem die Wärme unter desto größeren Schwierigkeiten abströmen kann, desto ungünstiger das Verhältnis der Oberfläche zum Volumcm ist. Wenn die in der Regel über mehrere fitunden andauernde thermische Behandlung bei den angegebenen Temperaturen durchgeführt wird, dann wird dadurch im übrigen auch noch die mögliche Bildung von Sehrumpflunkern weitgehend unterdrückt. In diesem Zusammenhang gilt noch der Hinweis, daß nach weiteren Erkenntnissen der vorliegenden Erfindung selbst solche Schrumpflunker in bestimmten Einzelfällen hingenommen werden können, ohne daß damit eine wesentliche Beeinträchtigung bestimmter Festigkeitseigenschaften des Fertigteils auftritt.

Indem sich bei der Buchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens häufig gezeigt hat, daß die fertigen Gußkörper nicht

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BAD ORIGINAL

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immer- eine brauchbare Oberfläche hatten, wurde-letztlich noch nach einem V/eg gesucht,, wie die Erfindung auch in dieser Einzelheit eins Vervollkommnung erfahren könnte. Mithin wiru eine Form, zur Durchführung des erfündungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen.,-.- bei der erfundungsgerriäß alle mit den Schmelzen bzw. mit .dem. Gußstück in Berührung stehenden . V.'ρ nd flächen, der Form gasdicht ausgeführt sind. Die Befolgung dieser Maßnahme bedeutet insbesondere, daß bei einer in der Regel mehrteilig ausgeführten Form jede Trennfuge zwischen zwei. Form'ceilon beispielsweise mittels einer Quetschdichtung so abzudichten ist, daß absolut keine Luft in den Inne.nraum der Form eindringen kann, wenn"die Vakuumbeaufschlagung aufgehoben wird. Ist diese Gasdichtheit nicht eingehalten, dann bildet sich überall dort, wo entsprechend undichte Stellen vorliegen, keine brauchbare Oberfläche an dem Gußkörper aus.

BAD ORiGIWAL

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Gußkörpern durch die aktivierte anionische Polymerisation von Lactamen, insbesondere Laurinlactam, bei dem zwei getrennt mit einem Katalysator und einem Aktivator aufbereitete Lactamschmelzen drucklos in den Hohlraum einer im wesentlichen auf die Temperatur der Schmelzen erwärmten Form fließen und in dieser polymerisiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation der Schmelzen in der Form unter einer Vakuumbeaufschlagung eingeleitet wird, die beim Erreichen eines gerade nicht mehr rührfähigen hochviskosen Polymerisationszustandes aufgehoben und durch eine Beaufschlagung mit dem Umgebungsdruck ersetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Verhältnis der dem Vakuum ausgesetzten Oberfläche zum Volumen des Gußkörpers die Vakuumbeaufschlagung auf einen Wert zwischen etwa 80 und 450 Torr eingestellt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Produkt aus dem Verhältnis der dem Vakuum ausgesetzten Oberfläche zum Volumen des Gußkörpers und der gegenüber der Polymerisationszeit kürzeren Standzeit des Vakuums einen konstanten Wert hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ~$, dadurch gekennzeichnet, daß der Ersatz der Vakuumbeaufschlagung durch die Beaufschlagung mit dem Umgebungsdruck beim Erreiohen des gerade nicht mehr rührfähigen, hochviskosen Polymerisationszustandes momentan oder bis zu diesem Zeitpunkt fortschreitend durchgeführt wird.

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Aufhebung der Vakuumbeaufschlagung eine mindestens während der Polymerisation des Gußkörpers andauernde thermische Behandlung bei einer Temperatur durchgeführt wird, die etwa 10 bis 20⁰C tiefer liegt als der Kristallisations-Schmelzbereich des Gußkörpers.

6, Form zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet , daß alle mit den Schmelzen bzw. mit dem Gußstück in Berührung stehenden Wandflächen der Form gasdicht ausgeführt sind.

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