DE2650581A1 - Warmformverfahren zur herstellung von formteilen aus kunststoff-welltafelmaterial - Google Patents

Warmformverfahren zur herstellung von formteilen aus kunststoff-welltafelmaterial

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DE2650581A1 DE19762650581 DE2650581A DE2650581A1 DE 2650581 A1 DE2650581 A1 DE 2650581A1 DE 19762650581 DE19762650581 DE 19762650581 DE 2650581 A DE2650581 A DE 2650581A DE 2650581 A1 DE2650581 A1 DE 2650581A1
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Description

Warmformverfahren zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff-Welltafelmaterial
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Warmformverfahren für die Herstellung von Formteilen aus geriffeltem bzw· Kunststoff-Welltafelmaterial mit kleinen Krümmungsradien (R) und lokalen tiefen Einziehungen, die bei derartigem Welltafelmaterial schwierig auszubilden sind.
Bisher wurden solche Formteile aus Kunststoff-Welltafelmaterial, im folgenden auch einfach als "Welltafeln" bezeichnet, durch unter Wärmeeinfluß erfolgendes Verformen von Welltafeln oder Verbund-Welltafeln in Form einer geriffelten Kunststofflage als Grund- oder Trägermaterial und einer oder mehreren Laminierschichten hergestellt. Hierbei sind jedoch die Größe des Krümmungsradius R und das (Tief-) Ziehverhältnis (Höhe/Breite) durch die Form der Rippen oder Riffelungen begrenzt, welche die Welltafel bzw. das Trägermaterial bilden.
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Da Kunststoff-Welltafelmaterial, d.h. sog. Kunststoff-"Wellpappe", in Form zweier Lagen oder Folien und einer Wellrippenlage mit parallel verlaufenden Rippen bzw. Wellungen beim Warmformen unterschiedliche Streckung in Maschinen- oder Längsrichtung und in Querrichtung besitzt, ist die Größe des durch Warmformen herstellbaren Krümmungsradius R auf 8 bis 20 mm beschränkt, während das maximale Ziehverhältnis ebenfalls nur 0,15 beträgt.
Wenn solche Formteile mit kleinem Krümmungsradius R oder einem großen lokalen Ziehverhältnis gefertigt werden, können die aus dem Welltafelmaterial hergestellten Formteile, auch wenn sie sich thermisch formen lassen, aufgrund des hohen Ungleichmäßigkeitsgrads ihrer Längung oder Streckung leicht brechen.
Auch wenn ein solches Material in einem X-förmigen Muster angeordnete Rippen besitzt und daher beim Warmformen keinen Streckungsunterschied zwischen der Längs- und der Querrichtung zeigt, ist die Größe des erzielbaren Krümmungsradius R auf 4 bis 5 mm und das maximale Ziehverhältnis auf 0,3 beschränkt. Wenn daher ein derartiges Welltafelmaterial durch Warmformen zu Formteilen verformt wird, die eine lokale Formunregelmäßigkeit über die angegebenen Grenzwerte des Krümmungsradius und des maximalen Ziehverhältnisses hinaus besitzen, wird das Aussehen der Formteile durch die ungleichmäßige Streckung und das Rippenmuster beeinträchtigt, das durch das Wandmaterial der Tafeln hindurch sichtbar wird.
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Die gleiche Tendenz läßt sich bei Verwendung von Kunststoff Welltafelmaterial beobachten, das auf seiner Oberfläche eine oder mehrere Laminierschichten aufweist. In diesem Fall wird aufgrund der Flexibilität der Laminierschichten insbesondere das Ziehverhältnis klein und der Krümmungsradius R groß, wobei beim Warmformen Bruch oder ungleichmäßige Streckung der Lage(n) auftritt.
Es könnte zwar daran gedacht werden, diese Nachteile durch ein Warmformverfahren auszuschalten, bei dem das ganze Kunststoff-Welltafelmaterial auf eine etwas höhere Temperatur als. üblich erwärmt wird. Dieses Vorgehen ist allerdings mit dem Nachteil behaftet, daß die gesamte Rippenstruktur dieses Materials verschwindet, woraus eine erhebliche Verringerung der Steifheit dieses Materials resultiert.
Erfindungsgemäß wurden nun ausgedehnte Untersuchungen mit dem Ziel der Überwindung der geschilderten Probleme angestellt, wobei es sich herausstellte, daß diese Probleme durch das im folgenden beschriebene Verfahren zufriedenstellend gelöst werden können. Nach diesem Verfahren lassen sich Kunststoff-Welltafelmaterial mit durch entsprechend geformte Rippen gebildeten inneren Hohlräumen oder Verbund- bzw. Schichtplatten mit dieser Welltafel als Grund- oder Trägermaterial und einer oder mehreren Laminierschichten durch Warmformen zu Formteilen formen, die lokal kleine Krümmungsradien R und tiefe Einziehungen besitzen, indem das Material an den auf kleine Krümmungsradien oder zu tiefen Einziehungen zu verformenden Stellen intensiver erwärmt wird als an anderen Stellen und auf
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die erstgenannten Stellen Druck ausgeübt wird, wodurch die Rippenstruktur nur an diesen Stellen, nicht aber in den anderen Bereichen verquetscht bzw. zusammengedrückt wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die mit kleinen Krümmungsradien oder tiefen Einziehungen zu verformenden Bereiche zu einer massiven oder "Voll"-Platte umgewandelt, weil die Rippenstruktur in diesen Bereichen durch lokales Erwärmen und Druckausübung zusammengedrückt wird. Infolgedessen wird eine ungleichmäßige Streckung infolge der Rippenstruktur vermieden.
Da weiterhin die Größe des ausformbaren Krümmungsradius R bei mindestens 2 bis 3 mm liegt, wird es möglich, Formteile mit im Vergleich zu den auf herkömmliche Weise hergestellten Formteilen sehr kleinem Krümmungsradius herzustellen. Da zudem beim erfindungsgemäßen Verfahren die mit kleinen Krümmungsradien oder tiefen Einziehungen verformten Bereiche dieses Materials zu einer massiven, d.h. hohlraumfreien Platte verformt werden, besitzen diese Bereiche dasselbe maximale (Tief-) Ziehverhältnis wie das den Grundstoff des Wellplattenmaterials bildende Kunstharz. Infolgedessen läßt sich das Kunststoff-Tafelmaterial im selben weiten Bereich verformen wie der Kunstharz-Grundstoff.
Das Rippengefüge bleibt in den anderen Bereichen als den mit kleinem Krümmungsradius und tiefen Einziehungen verformten Abschnitten unbeeinflußt, da es unter den üblichen Bedingungen erwärmt wird, die keinen Bruch des Gebildes zur Folge haben. Infolgedessen zeigen die Formteile keine Ver-
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ringerung ihrer Festigkeit bei ausgezeichneter Oberflächengüte.
Bei Verbund- oder Schicht-Welltafelmaterial aus Kunststoff, das durch Verkleben einer oder mehrerer Laminierschichten mit der Oberfläche der Wellage hergestellt ist, wird das Ausmaß der ungleichmäßigen Streckung wegen der Flexibilität der Laminierschicht(en) im Vergleich zur Wellage weiterhin klein, wobei die Laminierschicht(en) zudem auch keinen Bruch erleidet (erleiden). Auf diese Weise lassen sich also Formteile mit ausgezeichneter Oberflächengüte, z.B. gutem Aussehen, erzielen.
Die genannte, entsprechend geformte Rippenstruktur ist nicht auf die beschriebenen Konfigurationen beschränkt.
Ein Kunststoff-Welltafelmaterial mit einer Rippenstruktur, die sich besonders für die erfindungsgemäße Warmformung mit lokaler intensiver Erwärmung eignet, besitzt vorzugsweise ein X-förmiges Rippenschema.
Ein solches Material wird in der Weise hergestellt, daß zwei Lagen aus thermoplastischer Kunstharzfolie, die jeweils an der einen Seite angeformte, parallele Rippen besitzen, aufeinander gelegt werden, so daß die parallelen Rippen einander zugewandt sind und sich ihre Verlaufsrichtungen schräg kreuzen, worauf die Rippen an den Schnittpunkten miteinander verbunden und dadurch die beiden Kunstharzfolien bzw. -lagen zu einer einzigen Lage oder Tafel geformt werden.
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Ein solches Welltafelmaterial besitzt eine geringe Anisotropie der mechanischen Eigenschaften, so daß beim Warmformen kaum ungleichmäßige Streckung auftritt. Weiterhin
eignet sich dieses Material besonders gut für das Verformen in verschiedene Formen, weil es einen weiten Bereich
des (Tief-) Ziehverhältnisses besitzt.
Als Materialien für das erfindungsgemäß zu verwendende Kunststoff-Welltafelmaterial lassen sich thermoplastische Kunstharze, wie Polyolefinharze (z.B. Polyäthylen, Polypropylen), Polyvinylchloridharze, Polystyrolharze (z.B. schlagfestes Polystyrol), ABS-Harze, Polyamidharze und dergleichen verwenden. Die Dicke des Wellmaterials liegt bei 2 bis 10 mm und vorzugsweise bei 3 bis 5 mm.
Bei Verwendung eines geschichteten Wellmaterials beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Laminierschicht als
dekorative Außenlage benutzt, die aus einer Kunstharzlage oder -folie, Kunstharzschaumfolie oder -lage, Kunstleder, non-woven-Stoffen bzw. Gespinsten, Geweben sowie Verbundmaterialien daraus bestehen kann. Beispiele für solche Verbundmaterialien sind solche aus Polyäthylenschaum mit Polyvinylchlorid-Kunstleder, Polyäthylenschaumstofflage, Polypropylenschaumstoff lage oder Polyvinylchloridfolie.
Bei der Herstellung dieser Verbundtafeln können die Wellage und die Laminierschicht(en) z.B. durch Verschmelzen, Ankleben mit Hilfe von Klebstoffen, Anheften mit Fäden, Verbinden mittels einer Heftmaschine o.dgl. miteinander verbunden werden. Wahlweise können diese Lagen gleichzeitig mit dem Warmformvorgang miteinander verbunden werden.
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Das erfindungsgemäße Warmformverfahren kann als Vakuum-, Komplementärgesenk-, Druckformverfahren o.dgl. durchgeführt werden. Für das lokale Verquetschen der Rippenstruktur eignen sich verschiedene Vorrichtungen, mit denen ein Druck auf die Gesamtfläche oder einen Teil der Tafel ausgeübt werden kann.
Eine andere Eigenart der Erfindung liegt in folgendem: Auch wenn ein Druck auf die gesamte Welltafel ausgeübt wird, wird die Rippenstruktur lediglich in den lokal intensiv erwärmten Bereichen erweicht und zusammengedrückt bzw. verquetscht, während sie in den anderen Bereichen unter den normalen Erwärmungsbedingungen ihren ursprünglichen Zustand beibehält. Infolgedessen wird das Rippengefüge, d.h. die charakteristische Eigenart der Kunststoff-Welltafel, vor und nach dem Warmformen nicht verändert.
Für das lokale Erwärmen stehen verschiedene Möglichkeiten offen, beispielsweise das bereichsweise Abdecken eines Heizelements mittels Masken, Erhöhung der Heizleistung an einzelnen Stellen, lokale intensive Erwärmung mittels eines an einer Form montierten Heizelements, lokalisiertes Aufblasen von Heißluft, Kontaktieren der lokal zu erwärmenden Bereiche mit einem Heizmedium und dgl.
Genauer gesagt, kann jedes Verfahren angewandt werden, das solche Heizbedingungen zu gewährleisten vermag, daß an den auf kleine Krümmungsradien und zu tiefen Einziehungen verformten Bereichen eine intensive Erwärmung stattfindet, während die anderen Bereiche in einem für das Warmformen des Welltafelmaterials normalen Erwärmungszustand gehalten werden.
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Bei der genannten lokalen intensiven Erwärmung wird die Welltafel lokal auf eine höhere Temperatur als ihre maximale Formtemperatur erwärmt. Eine bevorzugte Erwärmungstemperatur liegt um etwa 10 bis 200C über dieser maximalen Temperatur.
Die maximale Formtemperatur des Materials hängt vom Grundharz der Welltafel und vom Formdruck ab, so daß sie nicht allgemein festgelegt werden kann. Sie läßt sich jedoch als die Höchsttemperatur definieren, bei welcher die Rippenstruktur unter einem bestimmten Formdruck ohne Zusammendrückung bleibt. Diese Temperatur läßt sich ohne weiteres auf dem Versuchsweg ermitteln. Beispielsweise beträgt sie etwa 1500C für Polypropylen-Welltafelmaterial und etwa 125°C für ein solches Material aus hochdichtem Polyäthylen.
Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand der beiliegenden Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Warmformverfahrens vor dem Warmformvorgang und
Fig. 2 eine ähnliche Darstellung nach dem Warmformen.
In den Fig. 1 und 2 sind eine Lage des Kunststoff-Welltafelmaterials mit 1, Heizeinrichtungen mit 2 und 2f, eine Maske mit 3, ein Spannstück mit 4, ein Stempel mit 5 und ein Gesenk bzw. eine Form mit 6 bezeichnet. Die Lage 1 wird zwischen oberen und unteren Spannstücken 4, 4! eingespannt und mit Hilfe der oberen und der unteren Heizein-
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richtung 2 bzw. 2! erwärmt. Wenn hierbei die obere Heizeinrichtung 2 mittels der Maske 3 abgedeckt wird, wird in der Lage 1 ein Temperaturgefälle erzeugt (vgl. Fig. 1).
Sodann wird mittels des Stempels 5 ein Druck auf die Lage 1 ausgeübt, wobei gleichzeitig die mit dem Druck beaufschlagten Abschnitte der Lage über nicht dargestellte, in der Form 6 vorgesehene Bohrungen durch Unterdruck angesaugt werden. Hierbei wird die Rippenstruktur der lokal intensiv beheizten Bereiche zerquetscht bzw. zusammengedrückt und mit kleinen Krümmungsradien R oder tiefen Einziehungen (Fig. 2) verformt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhaft auf die Herstellung verschiedener Behälter, beispielsweise auf Behälter oder "Kästen" für Musikinstrumente, Reisekoffer und sog. Diplomatenkoffer, sowie von Innenausstattungsteilen für Kraftfahrzeuge, z.B. Dach- und Türverkleidungen, anwenden.
Beispiel 1
Ein sog. Arachne-Gewebe (Arachne base cloth) wurde als dekorative Außenlage mit der Oberfläche eines aus Propylen bestehenden Welltafelmaterials mit X-förmigem Rippenmuster unter Verwendung eines Klebmittelfilms aus einem Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymeren wärme verklebt, so daß eine Verbund-Kunststoff lage gebildet wurde. Bei dem genannten Gewebe handelte es sich um ein "Arafnon G-411"-Gewebe, das auf einem Arachne-Webstuhl hergestellt worden war (Produkt der Takayaso Co., Ltd.; Schußfaden: Rayon-Stapelgarn; Kett-
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faden: Nylonfäden; Gewicht: 160 g/m ). Das Polypropylen-Welltafelmaterial bestand aus "Sunply" (eingetr. Warenzeichen der Firma Nippon Sunply Co., Ltd.; Gewicht 850 g/m2, Dicke: 4,5 mm).
Diese Verbundlage wurde nach dem stempelunterstützten Vakuumformverfahren durch Warmformen zu einer Dachverkleidung für Kraftfahrzeuge (Abmessungen: Breite 1300 mm χ Länge 1900 mm χ Höhe 160 mm; Ziehverhältnis etwa 0,12 insgesamt und etwa 1,0 für den Kopfkonsolenteil (head console portion); Krümmungsradius: R = 4 mm) unter den folgenden Bedingungen verformt: Der zur Kopfkonsole (head console) zu verformende Bereich der Lage wurde durch entsprechende Maskierung einer an der Vakuumformmaschine montierten Heizeinrichtung auf einer Temperatur von etwa 165°C gehalten, während die anderen Bereiche auf einer Temperatur von etwa 1400C gehalten wurden (maximale Formtemperatur = etwa 15O0C). Auf diese Weise wurde in die Verbundlage ein Temperaturgefälle eingeführt.
Auf diese Weise wurde eine warmgeformte Dachverkleidung ohne ungleichmäßige Streckung und Rippenstruktur im genannten Kopfkonsolenteil und zudem mit einem maximalen Ziehverhältnis hergestellt, das größer ist als dasjenige des ursprünglichen Polypropylen-Welltafelmaterials. Die anderen Bereiche der Dachverkleidung besaßen eine hervorragende Oberflächengüte und zeigten keine Verminderung der Steifheit, weil die Rippenstruktur verquetschungsfrei blieb.
Darüber hinaus war die Klebfestigkeit zwischen der Welltafel und der dekorativen Außenschicht an dem intensiv er-
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wärmten genannten Konsolenteil wesentlich höher als in den anderen Bereichen.
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Claims (8)

Henkel, Kern, Feiler & Kanzel Patentanwälte Sumitomo Chemical Möhlstraße 37 D-8000 München 80 Company, Limited _ . T Tel.: 089/982085-87 Osaka, Japan Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid Ϊ 4. Nov. 1378 Patentansprüche
1.) Warmformverfahren zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff-Welltafelmaterial mit kleinen Krümmungsradien und tiefen Einziehungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Welltafelmaterial in den mit kleinen Krümmungsradien und tiefen Einziehungen zu verformenden Bereichen intensiver "bzw. stärker erwärmt wird als in den anderen Bereichen und daß auf die erstgenannten Bereiche Druck ausgeübt wird, wodurch die Rippenstruktur in diesen Bereichen verquetscht bzw. zusammengedrückt wird, ohne die Rippenstruktur in den anderen Bereichen zu beeinflussen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff-Welltafelmaterial ein Verbund- oder Schicht-Welltafelmaterial mit einer Welltafel oder -lage als Grund- bzw. Trägermaterial und einer oder mehreren Laminierschichten verwendet wird.
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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius R 2 bis 3 mm beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Laminierschicht eine solche aus Kunstharzlage oder -folie, Kunstharzschaumlage oder -folie, Kunstleder, Gewebe oder non-woven-Material bzw. Gespinst verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formtemperatur in den mit kleinem Krümmungsradius oder tiefen Einziehungen zu verformenden Bereichen um etwa 10 bis 200C höher ist als die maximale Formtemperatur des Welltafelmaterials.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Welltafelmaterial eine Dicke von 2 bis 10 mm besitzt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Welltafelmaterial eine X-förmige Rippenstruktur besitzt.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Welltafelmaterial zu einer Dachverkleidung für Kraftfahrzeuge verformt wird.
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