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Verfahren zur Herstellung von dekorativen Verbundstoffen
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Dekorative Verbundstoffe werden seit vielen Jahren als Oberflächenmaterialien
von Gegenständen für Heim und Industrie verwendet, wobei ästhetische Wirkungen außer
funktionsgerechtem Verhalten, zum Beispiel gegen Abnützung, Wärme und Verschmutzung,
erwünscht sind. Derartige Verbundstoffe werden beispielsweise zur Ausbildung von
Oberflächen auf Wänden, Tischen, Ladentheken, Möbeln und Türen verwendet. Solche
dekorativen Verbundstoffe werden im allgemeinen aus einem tragenden Grundbestandteil,
gewöhnlich einer Preßstoff-Platte, oder einer Mehrzahl von harzimprägnierten Kernfolien,
die üblicherweise aus Kraftpapier, das mit einem wärmehärtbaren Harz, insbesondere
mit einem wärmehärtbaren wasserlöslichen oder wasserunlöslichen Phenolharz imprägniert
worden ist, und einer Schmuckfolie hergestellt. Nach dem Imprägnieren des Kraftpapiers
mit dem wärmehärtbaren Harz werden die Folien getrocknet und auf die passende Größe
geschnitten. Anschließend wird eine Mehrzahl dieser harzimprägnierten Folien zu
einem Stapel übereinandergelegt. Die Anzahl der Folien in dem Stapel richtet sich
nach dem Verwendungszweck des Verbundstoffs. Für die meisten Zwecke beläuft sich
die Zahl dieser Kernfolien auf etwa 6 bis 9, kann jedoch auch 12 bis 15 umfassen.
Bei Verwendung von Preßplatten
werden solche bevorzugt, die aus
mit wärmehärtbarem Harz imprägnierten Holzteilchen erzeugt sind, die durch Wärme
und Druck zu einer Mischstruktur verfestigt wurden. Diese Preßplatten werden gewöhnlich
auch als Kunstholzplatten, Schuppenplatten und dergleichen bezeichnet und sind allgemein
bekannte Produkte.
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Auf den Stapel von Kernfolien oder die Preß- oder Kunstholzplatte
wird dann die Schmuckfolie aufgebracht, die im allgemeinen ein Blatt aus alpha-Cellulosepapier
ist, das ein gedrucktes Muster trägt oder eine helle Farbe hat und mit einem edlen
wärmehärtbaren Harz imprägniert ist, das bei der Einwirkung von Wärme keine wesentliche
Verfärbung erleidet.
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Für Schmuckfolien geeignete Harze sind die Aminotriazinharze und insbesondere
die Melaminformaldehydharze, die Benzguanaminformaldehydharze, die ungesättigten
Polyesterharze und verwandte Harze. Bei der Herstellung dieser Schmuckfolien, insbesondere
solcher, die mit den Kraftkernschichten hergestellt werden, ist es im allgemeinen
zweckmäßig, ein Schutzauflageblatt zu verwenden, das als oberstes angeordnet wird
und im wesentlichen der Schmuckfolie gleicht, aber praktisch kein Muster aufweist
und in Verbindung mit dem fertigen Verbundstoff durchsichtig ist. Die übereinandergelegten
Verbundstoffbestandteile werden dann in eine Schichtstoffpresse eingebracht und
mit Wärme und Druck zu einer einheitlichen Struktur verarbeitet. Während der Verarbeitungsstufe
werden die wärmehärtbaren Harze in den wärmegehärteten Zustand übergeführt, so daß
ein äußerst hartes attraktives und dauerhaft verbundenes Produkt erhalten wird.
Aus naheliegenden Gründen der Wirtschaftlichkeit ist es insbesondere bei der Herstellung
der kraftpapierverstärkten Schichtstoffe üblich, eine Mehrzahl dieser einzelnen
Schichtstoffanordnungen zu einer großen Anordnung zu verfestigen oder die durch
eine Trennfolie voneinander getrennten Stapel durch Druck in einen Packen zu überführen
und dann diesen Packen der Verfestigung durch Wärme und Druck zu unterwerfen.
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Beim Verfestigen der Verbundstoffbestandteile nach den ursprünglichen
am meisten angewandten Arbeitsweisen wird jede einzelne Anordnung mit ihrer Schmuckauflage
an eine stark polierte Druckplatte aus korrosionsbeständigem Stahl angelegt. Die
Funktion der Druckplatte ist eine doppelte. Erstens bietet sie glatte fehlerfreie
Oberflächen für eine Seite des Schichtstoffs.
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Zweitens dient sie in Verbindung mit den kraftpapierverstärkten Systemen
zum Trennen von Paaren von Rücken an Rücken liegenden Anordnungen, wodurch es möglich
wird1 eine Mehrzahl dieser Anordnungen in einem Betriebsdurchgang zu Verbundstoffen
zu verfestigen, was gewöhnlich in einer Rücken-an-Rücken-Zuordnung geschieht. Auf
diesem Gebiet der Technik werden mit Kraftpaier verstärkte Verbundstoffe als Hochdruck-Verbundstoffe
bezeichnet, was offensichtlich auf die Drücke zurückzuführen ist, die während der
Verfestigungsvorgänge angewandt werden.
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Die auf diese Weise erzeugten Verbundstoffoberflächen sind im allgemeinen
stark glänzend, und im Laufe der Zeit waren die Bedürfnisse der Verbraucher auf
weniger glänzende Oberflächen gerichtet. In der Frühzeit der Hochdruckverbundstoffherstellung
wurde die während des Preßvorgangs erzeugte glänzende Oberfläche durch Schleifen
mit Bimsstein zunächst in öliger Aufschlämmung, später in wäßriger Aufschlämmung,
mattiert. Eine derartige ebene glatte oder weniger glänzende Oberfläche wird im
folgenden als eine "Klasse I"-Oberfläche bezeichnet. Eine schwach strukturierte
Oberfläche kann durch Pressen der Verbundstoffoberfläche gegen eine Aluminiumfolienstammmasse
erzeugt werden, wie dies noch näher erläutert wird. Eine solche Oberfläche wird
im folgenden als "Klasse II -Oberfläche und als "ministrukturiert" bezeichnet, weil
bei diesen Strukturen die Abstände von Gipfel zu Talboden etwa 12,7 bis 25,4 p (0,5
bis 1,0 mil) betragen. Etwas grobere Strukturen, die manchmal als "Flachrelief"-Oberflächen
bezeichnet werden, können durch ein Druckverfahren erzeugt werden, das als "Schwertintenmethode"
bekannt ist, wie es beispielsweise in US-PS 3 373 068 angegeben ist. Diese Strukturen
haben
Höhenunterschiede von Gipfel zu Talboden von etwa 76 bis 127 F (3 - 5 mil) und werden
im folgenden als Klasse III"-Oberflächen bezeichnet. Schließlich kann eine sehr
stark strukturierte Oberfläche nach den in den US-PS 3 860 470 und 3 718 496 mitgeteilten
Methoden erzeugt werden. Die Höhenunterschiede zwischen Gipfel und Talboden dieser
Strukturen liegen in der Größenordnung von 500 ji (20 mil). Diese Strukturen werden
im folgenden als Klasse IV"-Oberflächen bezeichnet.
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Zur Zusammenfassung der vorstehenden Angaben: Höhenunterschied zwischen
Gipfel Rauhheit, p und Talboden Klasse Art der Erzeugung (micro inches) ß (mil)
I Schleifen mit 0,2-0,9 ( 8- 35) nicht meßbar Bimsstein II Aluminiumfolien- 1,2-3
(50-120) 12,7-25,4 (0,5-1,0) stammasse III Schwertinte -- 76-127 (3-5) IV Substitut-Knäuel
-- etwa 500 Die Oberflächen der Klasse II haben sich als besonders bedeutsam erwiesen,
da sie sich angenehm anfühlen und damit die Obertragung von Verbindungsstellen,
Kleblinien, Grobkörnigkeit und anderen Ungleichmäßigkeiten beseitigt ist, die bei
modernen Möbelkonstruktionen auftreten können, insbesondere bei solchen mit Rahmenkonstruktionen
im Gegensatz zu Platten aus einem Stück, zum Beispiel bei Tischplatten. "Obertragung"
dient in der Industrie zur Beschreibung und Definition des Vermögens einer Kunststoffolie,
auf ihrer Oberfläche jede Struktur der Unterlage zu reproduzieren, auf der sie aufliegt.
Viele Jahre lang bestand daher die beste Art von Hochdruckverbundstoffen darin,
Sperrholz mit glatten Hartzholzfurnieren gewöhnlich aus Birke oder Ahorn zu verwenden.
Mit der Einführung
von verbesserten Holzpreßplatten als Verbundstoffunterlagen
wurde es allgemein üblich, Dreischichtenkonstruktionen zu verwenden, wobei durch
eine glattgeschliffene Lage von "Feinbestandteilen" auf ihren für die Verbindung
zur Verfügung stehenden Oberflächen eine "Ubertragung" beseitigt wurde.
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In der Möbelindustrie hat man die Erfahrung gemacht, daß die oben
beschriebenen Oberflächen der Klasse II eine sehr viel rauhere Klebfläche des Substrats
tolerieren und trotzdem keine Übertragung zeigen. Dies ist darauf zurückzuführen,
daß die Oberflächen der Klasse II nicht vollkommen eben sind, sondern eine schwache
Strukturierung aufweisen, die die Wirkung der "übertragung verbirgt, so daß sie
für den Betrachter nicht mehr erkennbar ist.
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Es sei darauf hingewiesen, daß eine Oberfläche der Klasse II nur schwach
strukturiert ist und daß derjenige, der die fertige Ware gebraucht, die Höhenunterschiede
in der Struktur praktisch nicht wahrnimmt. Ein derartiger strukturierter Verbundstoff
liefert beispielsweise bei der Verwendung als Schreibtischauflage eine gut geeignete
Schreibfläche.
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Bei den Oberflächen der Klassen III und IV wird eine "Ubertragung"
gleichfalls vermieden, doch ist bei ihnen die Abweichung von einer nur angenäherten
Planarität so groß, daß sie den ästhetischen Forderungen nicht mehr genügen und
die von solchen angenähert planaren Oberflächen erwartete Brauchbarkeit fehlt.
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Wegen dieser einzigartigen Strukturabmessungen, d. h. einer Struktur,
die grob genug ist, um "Ubertragung" zu verbergen, andererseits aber glatt genug
ist, um alls planar angesehen zu werden, haben sich die Verbundstoffe mit "ministrukturierten"
Oberflächen einer ständig wachsenden Beliebtheit erfreut und machen gegenwärtig
mehr als 50 % aller in den Vereinigten Staaten von Amerika erzeugten und im Handel
befindlichen Verbundstoffe aus.
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Früher wurden geprägte, maschinenbehandelte oder geätzte dreidimensionale
Metallpreßplatten zur Herstellung solcher dekorativen Verbundstoffe direkt mit diesen
Platten verwendet.
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Für die Herstellung von geprägten Platten ist die Herstellung einer
geprägten Form oder Walze erforderlich, die ihrerseits aufwendig ist. Geprägte Muster
müssen eine Tiefe von wenigstens 51 p (0,002 inch) haben, damit der Abnutzung der
Form Rechnung getragen wird, die sonst zu einer Änderung des Charakters des geprägten
Musters führen würde. Durch Maschinenbehandlung können gewöhnlich nur Platten mit
geometrischen Mustern erzeugt werden. Außerdem ist der Maschinenbehandlungsvorgang
langwierig und aufwendig und ist für die Herstellung von Platten in großer Zahl
wenig geeignet. Maschinenbehandelte Platten oder Formen werden gewöhnlich in kleinen
Stückzahlen hergestellt, aber, zur Erzeugung vieler Druckprodukte, gewöhnlich in
Millionenhöhe verwendet. Geätzte Platten sind allgemein bekannt, aber der Kapitalbedarf
für die dafür benötigten Ätzbäder, photographischen Ausrüstungen und dergleichen
ist sehr hoch. Darüber hinaus sind für die Durchführung des Verfahrens hochqualifizierte
Fachleute erforderlich. Aus den angegebenen Gründen ist jedes dieser Verfahren von
Anfang an sehr aufwendig, was durch die Betriebsfåhighaltung der fertigen Platten
noch gesteigert wird. Es läßt sich nämlich nicht vermeiden, daß diese Platten selbst
bei ihrer normalen Verwendung durch das Hantieren beschädigt werden.
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Derartige Schäden sind nicht auf irgendwelche dem Verfahren innewohnende
Faktoren, wie Abnutzung, Korrosion, Ermüdung und dergleichen, sondern auf mehr zufällige
Vorgänge, wie Kratzen, Biegen, Anbrennen und dergleichen, zurückzuführen, wenn die
Platten mit anderen harten, scharfen oder schleifenden Gegenständen ohne Absicht
in Berührung kommen. Ein kleiner Kratzer von nur 2 bis 5 cm Länge kann eine ganze
Preßplatte von 12 x 30 cm unbrauchbar machen. Deshalb ist es von großer Wichtigkeit,
daß solche Platten leicht repariert werden
können. Dies ist bei
geprägten, maschinenbehandelten oder geätzten Platten nicht der Fall, die in das
Verfahren, durch welches sie hergestellt wurden, nicht wieder zurückgeführt werden
können. Das hierin beschriebene, mit einer Pinne arbeitende Verfahren zur Herstellung
der Platten für das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch mit der gleichen Platte
mehrmals wiederholt werden, wodurch die identische Struktur mit sehr geringem Aufwand
erhalten wird.
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Andere Fachleute auf diesem Gebiet haben angeregt, die Platten aus
anderem Material als Metall herzustellen, doch wurden damit keine befriedigenden
Ergebnisse erhalten, weil diese Materialien, die bei der Verbundstoffherstellung
angewandten hohen Temperaturen und Drucke nicht aushalten. Mit Papier verbundene
Aluminiumfolie, d. h. Aluminiumfolienstammasse, ist, wie oben erwähnt, besonders
bei der Herstellung der Hochdruckverbundstoffe während der vergangenen 10 Jahre
als strukturisierendes Mittel bei der Herstellung von strukturierten Verbundstoffen
verwendet worden. Diese Kombination aus Papier und Folie wird zwischen das Auflageblatt
und die Druckplatte mit der Folienseite gegen das Auflageblatt eingelegt, vergl.
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Ingram 0. Robertson, Jr., "Use of Aluminum Foil Release Sheets in
Decorative Laminates", TAPPI Plastics-Paper Conference, Chicago, 1971, oder TAPPI
Journal, Bd. 55, 5. 1341-1344, 1972. Durch die Wahl der Ausgestaltung auf der Folie
und der Struktur des zu ihrer Stützung verwendeten Papiers können die verschiedensten
Strukturen in den Verbundstoffen erzeugt werden.
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Zwei bestimmte Kombinationen aus Aluminiumfolie und Papier haben besondere
Beliebtheit erlangt. Bei beiden wird 1235-Legierungsaluminiumfolie mit einer Stärke
von 12,7 A (0,0005), matt, verwendet In einem Fall wird die Folie mit Naturpapier
mit maschinell erzeugtem Glanz und einem Gewicht von 65 g/m2 verbunden. In dem anderen
Fall wird ein beschichtetes
Lithopapier mit etwa dem gleichen Gewicht
rait der Folie verbunden.
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Nachteiligerweise sind die Gestehungskosten von Aluminiumfolienstammassen
verhältnismäßig hoch, weshalb in den letzten Jahren versucht wurde, wohlfeilere
Ersatzstoffe zu finden.
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Einer der am häufigsten angewandten Ersatz stoffe ist ein durchsichtiges
Papier mit einem glatten Überzug aus einem polymeren Material, das ein Trennmittel
enthält. Obwohl leichter zugänglich, werden mit diesem Material Verbundstoffe erhalten,
deren Säuberung schwieriger ist als derjenigen mit Stammasse hergestellten und die
in stärkerem Maße Oberflächenunregelmäßigkeiten zeigen, die den Hoch- und Niederdruckverbundstoffen
gemeinsam sind und als "Sprenkeln" bezeichnet werden, die von dem Papier herrühren,
das in der Glashauttrennfolie verwendet wird. In der Stammasse wird offensichtlich
die Struktur des Papiers der Verbundfolie erfolgreich maskiert, wodurch die Sprenkeln,
wenn auch nicht völlig ausgeschaltet, so doch vermindert werden, was bei Glashautpapier
nicht der Fall ist. Die Glashautfolie ist außerdem viel flexibler als die Stammasse
und erfährt deshalb während der Verbundstoffherstellung häufig ein Verkrumpeln,
was zu unannehmbaren Produkten führt. Außerdem leidet glashautartiges Material auch
am Fehlen eines gleichmäßigen Glanzes der Polymerisattrennbeschichtung, was zu Schwankungen
in den Eigenschaften der Verbundstoffoberflächen führt.
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Versuche, die Stammasse nach einem Preßvorgang wieder zu verwenden,
haben sich wegen der Notwendigkeit, die Folie zwischen den Verwendungen sorgfältig
zu reinigen, und wegen ihrer raschen Verschlechterung durch Fett- und Schmutzbildung
darauf als vergeblich erwiesen. Versuche, härtere Folien zu verwenden, haben lediglich
den Beginn des Schlechterwerdens hinausgeschoben.
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Eine weitere Untersuchung mit dem Ziel, die Verwendung von Stammasse
in Verbindung mit Druckplatten zu vermeiden, hat sich ebenfalls als erfolglos erwiesen.
Im Handel erhältliche geprägte Stahlplatten haben den Nachteil gezeigt, daß die
Prägungen zu tief waren und flachere Prägungen nicht erzeugt werden konnten, weil
das Muster auf den zum Prägen der Platten verwendeten Prägewalzen nicht haltbar
genug war, um eine wirtschaftlich gesehen genügend große Anzahl von Platten herstellen
zu können.
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Ferner wurde eine Flammensprühtechnik als technisch brauchbar in Erwägung
gezogen, die zu Druckplatten mit gerade richtiger Rauhheit und dem Glanz, wie sie
für die Erzeugung der Verbundstoffe erforderlich sind, führen sollte.
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Hierbei wurden Platten aus korrosionsbeständigem Stahl durch Flammensprühen
mit Metall und Metalloxiden beschichtet, wodurch Platten erhalten wurden, die mit
tausenden kleiner runder Teilchen bedeckt waren und im Aussehen Sandpapier glichen.
Hinsichtlich ihrer Rauhheit erschienen die Platten zufriedenstellend, wenn aber
versucht wurde, ihren Glanz zu modifizieren, dann war es nicht möglich, auf den
Erhebungen und in den Talböden Gleichmäßigkeit zu erzielen. Damit erzeugte Verbundstoffe
zeigten eine schlechte Oberflächenqualität.
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Es wurde nun gefunden, daß bei der Erzeugung von Verbundstoffen mit
verbesserten Oberflächeneigenschaften Preßplatten aus hartem korrosionsbeständigem
Stahl verwendet werden können, deren Oberfläche durch Pinnenbearbeitung mit praktisch
kugelförmigem Stahlschrot strukturiert wurde und deren Glanz, falls erforderlich,
durch weitere Pinnenbehandlung der Anfangsstruktur unabhängig modifiziert werden
kann.
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Die Pinnenbearbeitung der Druckplatten erfolgt durch Verwendung von
großem Schrot, das ihren Oberflächen die nötige
Struktur und den
nötigen Glanz verleiht, und, wenn erforderlich, durch einen zweiten Beschuß mit
kleinerem Schrot oder sehr schwaches Überblasen mit Sand, was den Glanz weiter vermindern
kann.
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Mit diesen Platten hergestellte Verbundstoffe haben eine ausgezeichnet
strukturierte Oberflächenqualität, da die Grauheit, die mit der Verwendung von Stammasse
insbesondere bei einfarbigen dunklen Verbundstoffen verbunden ist, in starkem Maße
herabgesetzt wird und die normalerweise beobachtete Sprenkelung fehlt. Infolge ihrer
Härte erleiden die Platten beim Hantieren in dem Herstellungsverfahren keinerlei
Beschädigung.
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Wie bereits erwähnt, wurde ein neues Verfahren zur Herstellung von
strukturierten Verbundstoffen mit entsprechend hergestellten Preßplatten gefunden.
Die nach diesem Verfahren hergestellten strukturierten Verbundstoffe sind den bisher
hergestellten überlegen, da sie praktisch keine Grauheit zeigen, d. h. sie sind
wenigstenszu etwa 90 % bis hinauf zu 100 % von Grauheit frei. Außerdem zeigen sie
keine nachteilige Sprenkelung und sind in verbessertem Maße schmutzabweisend, weil
ihr Oberflächenglanz direkt in der Verbundstoffherstellungspresse erzielt werden
kann und keine weitere Oberflächenbehandlung, zum Beispiel Schleifen mit Bimsstein,
erforderlich ist, die notwendigerweise zu Rissen in der Schutzharzoberfläche führt,
die das Schmutzabweisungsvermögen herabsetzen. Außerdem entfällt das Problem der
Beseitigung der Strukturierungstrennfolien (Aluminiumstammmasse oder beschichtetes
Papier) sowie der Aufwand für diese Trennfolie.
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Es wird angenommen, daß die Grauheit von strukturierten Verbundstoffen
auf die Oberflächenbehandlung der Verbundstoffe nach ihrer Entfernung aus der Presse
zurückzuführen ist, die zur Erzeugung eines besseren Oberflächenglanzes vorgenommen
wird.
Ein mit einer glatten polierten Platte gepreßter Verbundstoff sieht so aus, als
habe er eine tiefe reiche Oberfläche und werde sich hinsichtlich seiner Farbe gegenüber
der Farbe der Druckschicht darunter nicht verändern. Wird ein derartiger Verbundstoff,
wie oben erwähnt, mit Bimsstein geschliffen, um seinen Oberflächenglanz zu verringern
und dadurch für bestimmte Anwendungszwecke ästhetisch anziehender zu machen, dann
werden viele tausende kleinster Kratzer auf seiner Oberfläche bewirkt. Jeder dieser
Kratzer streut einen kleinen Lichtanteil an der Oberfläche. Das gestreute Licht
ist gewöhnlich weißes Licht. Deshalb sieht der Betrachter die Hintergrundfarbe durch
einen Vorhang aus weißem Licht, und die Oberfläche erscheint graustichig, und die
Hintergrund-oder Untergrundfarbe erscheint verändert. Tatsächlich ist das gestreute
weiße Licht mit dem Licht von der Untergrund farbe vermischt, und diese Farbe erscheint
dann heller als das Original.
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Bei dem Versuch der Herstellung eines Verbundstoffs mit geringem Glanz
durch Schleifen der polierten Stahlplatte mit Bimsstein stellt man fest, daß dieser
Verbundstoff gleichfalls Grauheit zeigt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die
tausende von Kratzern, die der Preßplatte durch das Schleifen mit Bimsstein verliehen
werden, mit einem sehr hohen Grad der Genauigkeit auf die Harzoberfläche des Verbundstoffs
übertragen worden sind. Auch ein Ätzen der polierten Platte führt zu gräulichen
Verbundstoffen, weil die lichtstreuenden Eigenschaften einer geätzten Oberfläche
noch ausgeprägter sind.
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Eine Gebläsebehandlung der Plattenoberfläche mit Teilchen aus Siliciumdioxid
oder Aluminiumoxid und dergleichen, die viele scharfe Ecken haben, führt zu einer
derartigen Lichtstreuung, daß nur eine sehr geringe Verminderung des Glanzes der
Platte und/oder des Verbundstoffs eintritt, ohne daß ein unerwünschter Grauton erzeugt
wird. Eine starke Verringerung des Glanzes der Platte durch Gebläsebehandlung kann
so starke Lichtstreuung
verursachen, daß das darunterliegende Muster
auf dem Druckpapier vollkommen unsichtbar wird. Es sei darauf hingewiesen, daß das
Sandstrahlen mit Luft, mit Hilfe eines Rades oder durch Schwerkraft oder auf beliebige
andere Weise bewirkt werden kann. Das Endergebnis ist das gleiche, weil die wegschleifenden
Teilchen scharfe Kanten oder spitze Ecken haben.
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Es wurde nun gefunden, daß die Grauheit von Verbundstoffoberflächen
durch Pinnen der Metalldruckplattenoberfläche mit Teilchen ausgeschaltet werden
kann, die praktisch glatt und abgerundet sind, wie Metallschrot oder -kugeln mit
Biegungsradien von etwa 0,076 bis 1,27 mm (0,003 bis 0,050 inch). Die glatten kugeligen
Teilchen verändern die Plattenoberfläche unter Bildung der darin erforderlichen
Kontur in Form von Kratern, aber kratzen sie nicht. Deshalb erfolgt keine Lichtstreuung.
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Da die Plattenoberfläche nicht mehr eben ist, wird Licht von diesen
halbkugelförmigen Kratern in vielen verschiedenen Winkeln reflektiert, und es scheint,
daß der Glanz vermindert worden ist, da der Betrachter von einem einzigen Blickwinkel
aus nicht mehr das gesamte reflektierte Licht sehen kann.
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Die erfindungsgemäß verwendeten pinnenbehandelten Platten haben eine
Oberfläche, die mit einer Myriade von kleinen Kratern bedeckt ist, deren Biegungsradien
mit denen der verwendeten Pinnenteilchen identisch sind, deren Innenflächen gebogen
sind und deshalb keine planaren Spiegelbildreflexionen erzeugen, die aber trotzdem
glatt genug sind, daß die damit erzeugten Verbundstoffe keine Grauheit zeigen.
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Eine Sprenkelung ist andererseits eine geringe Abweichung des Oberflächenglanzes
auf der gesamten Oberfläche eines Verbundstoffs, die in den Augen des Betrachters
hellere und dunklere Gebiete hervorruft, wenn er die Verbundstoffoberfläche anschaut.
Es wird angenommen, daß die Ursache der Sprenkelung letzten Endes auf das Papier
zurückzuführen ist, das in der
Strukturtrennfolie verwendet wird,
zum Beispiel der Stammmasse. Die Papierfasermenge in jedem einzelnen kleinen Abschnitt
der Folie unterliegt während ihrer Herstellung Schwankungen von Gebiet zu Gebiet.
Deswegen schwankt das Ausmaß der von jedem Abschnitt übermittelten Zusammendrückkraft.
Diejenigen Abschnitte, die sich unter einer größeren Masse von Cellulosefasern befinden,
sind dem vollen Druck ausgesetzt, wohingegen diejenigen unter Gebieten mit unzureichendem
Fasergehalt geringeren Druck auszuhalten haben G Genauer ausgedrückt, die gesamte
Kraft, die bei der Erzeugung des Verbundstoffs angewandt wird, wird von den höheren
Stellen in dem Papier getragen, und diese Kraft wird von einem hohen Punkt zu dem
nächsten überbrückt. Diese Druckunterschiede verursachen die Unterschiede im Oberflächenglanz,
die ihrerseits als Sprenkelung definiert werden. Im Fall von polymerbeschichtetem
Trennpapier wird die Sprenkelung durch die Neigung der Polymerbeschichtung zum leichteren
Einfließen in die durch die Trennpapierherstellung entstandenen Hoch- oder Niederdruckstellen
erhöht. Deshalb wird der Glanzkontrast gesteigert, und die Sprenkelung erscheint
noch stärker, weil sie auffälliger ist.
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Aluminiumfolienstammasse vermindert den Kontrast, weil sie sich praktisch
immer gleich verhält, unabhängig von Hoch-oder Niederdruckstellen, führt jedoch
immer noch zur Ausbildung von unerwünschten Sprenkelungsgebieten.
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Die erfindungsgemäß verwendeten strukturierten pinnenbehandelten Preßplatten
erzeugen Verbundstoffe, die von einer Sprenkelung völlig frei sind, weil sie bezüglich
der Verbundstoffbestandteile inkomprimierbar sind. Deshalb führen sie zu einer gleichmäßigen
Zusammendrückung der Verbund stoffe über ihre gesamte Oberfläche, was zu einem gleichmäßigen
Glanz und zum Fehlen von Sprenkeln führt.
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Eine Pinnenbehandlung mit Schrot ist als Methode zur Behandlung von
Metalloberflächen seit langem bekannt. Es handelt sich dabei um eine Methode der
Kaltbearbeitung, wobei in den exponierten Oberflächenschichten von Metallgegenständen
durch das direkte Auftreffen eines Stroms von Schrot auf die Metalloberfläche mit
hoher Geschwindigkeit und unter gesteuerten Bedingungen Kompressionsspannungen erzeugt
werden, vgl.
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"Shot Peening", The ASM Committee on Shot Peening, Metals Handbook,
8. Aufl., Bd. 2, S. 398-405, 1964, American Society for Metals, Metals Park, Ohio,
V.St.A.
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Dem Fachmann auf dem Gebiet der Metallbearbeitung ist geläufig, daß
es zahlreiche Mittel zur Schaffung von Metallplatten gibt, die mit einer Myriade
von runden Kratern bedeckt sind, deren Innenflächen vernältnismäßig glatt sind und
die Licht nicht über Mikrodimensionn dieser gerundeten Oberfläche streuen. Einige
dieser Methoden sind im folgenden aufgeführt.
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1. Pinnenbearbeitung mit einem von Hand gehaltenen Hammer oder ähnlichem
Werkzeug zur Erzeugung von runden Kratern, die bei einer gegebenen Schlagkraft um
so größer sind, je weicher das Metall ist. Durch diese Methode wird gehämmertes
Kupfer, Messing, Zinn und Aluminium erzeugt.
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2. Prägen mit Hilfe einer Walze oder einer Form. Wenn die Struktur
der Prägeform selbst glatt und abgerundet ist, dann nimmt das Metall die gleiche
Gestalt an (in Intaglio). Weiche Stahl- und Aluminiumfolien werden meist auch nach
dieser Mehode erzeugt.
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3. Galvanische Erzeugung einer Kopie einer Druckplatte aus einer Oberfläche,
die nicht metallisch zu sein braucht, aber die erwünschte glatte, aber gewellte
Oberfläche aufweist. Beispielsweise wird bei der Galvanotypie der Oberfläche
eines
Verbundstoffs aus Aluminiumfoliestammassen die Galvanotype mit Typenmetall zur Erzeugung
einer Platte mit einer Dicke von etwa 2,5 mm (1/10") gefüllt, und diese Platte wird
zur Erzeugung weiterer Verbundstoffe durch übliches Verpressen verwendet. Der so
erzeugte Verbundstoff läßt sich von den zur Herstellung der Galvanotype verwendeten
nicht unterscheiden.
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4. Pinnenbearbeitung durch das Aufprallenlassen von Schrot, Glaskugeln
oder anderen gerundeten Geschossen auf die Oberfläche einer Metallplatte. Die Grundlage
dieser Methode ist in dem oben erwähnten ASM, Metals Handbook beschrieben.
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5. Pinnenbearbeitung mit einem rotierenden Manschettenrad, das runde
Teilchen enthält, nach US-PS 3 857 750.
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Zahlreiche weitere Einrichtungen können zur Schaffung von sphäroiden
Einbuchtungen in Metallen durch Beschießen oder Schlagen der Metalloberfläche mit
einem abgerundeten Gegenstand angewandt werden.
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Bei der Wahl der günstigsten Methode für die Erzeugung der erfindungsgemäß
verwendeten Platten ist zu berücksichtigen, daß es bei der Hochdruckverbundstoffherstellung
seit vielen Jahren üblich ist, Preßplatten aus korrosionsbeständigem 410-Stahl zu
verwenden, der so hart ist (etwa 35-45, Rockwell C Skala), daß er nur durch die
Anwendung von Hochenergieverkeilungen bearbeitet werden kann. Die Schrotbehandlungstechnik
nach der oben beschriebenen Methode 4 eignet sich besonders gut für diesen Zweck
und ist tatsächlich bevorzugt, weil sie Strukturen von beträchtlicher Tiefe erzeugt,
was zu Rauhheiten von bis zu etwa 5 p (200 microinches) führt. Die Manschettenradpinnenbehandlung
der Methode 5 eignet sich zwar für eine beschränkte Anzahl von Fällen,
doch
erfordert sie gewöhnlich eine wiederholte Bearbeitung von korrosionsbeständigem
410-Stahl, damit Strukturen erhalten werden, die eine Rauhheit von nur etwa 0,4
bis 0,5 S (16 - 22 microinches) haben.
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Zum besseren Verständnis der Natur der Platte werden im folgenden
verschiedene Arbeitsweisen des Abtragens und Strukturierens von Platten beschrieben,
die zu keinen befriedigenden Ergebnissen führen.
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1. Wie bereits erwähnt, ist das Prägen mit Walzen oder Formen unbefriedigend,
weil Metallplatten, die so hart sind wie korrosionsbeständiger 410-Stahl wegen des
Verschleißes der Prägewalze auf diese Weise praktisch nicht prägbar sind.
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2. Das Elektrotypenverfahren ist außerordentlich aufwendig, auf verhältnismäßig
kleine Flächen beschränkt (einige Quadratdezimeter) und auf harten korrosionsbeständigen
Stahl nicht anwendbar.
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3. Das Reibverfahren mit Bimsstein, wobei rotierende Bürsten aus steifen
Borsten eine Aufschlämmung über den Verbundstoff reiben, während dieser sich unter
den Bürsten bewegt, schafft tausende winziger Kratzer, die zu klein sind, um vom
menschlichen Auge einzeln wahrgenommen zu werden. Die auf die Bürsten angewandte
Kraft, die Teilchengröße, Konzentration und Härte des Schleifmittels und dergleichen
können so eingestellt werden, daß je nach der gewünschten Wirkung ein Glanz im Bereich
von 60 bis 70 bis herab zu 3 bis 5 erzeugt wird. Derartige Oberflächen sind zwar
eben, doch sind sie im Mikromaßstab nicht glatt, weshalb sie Licht streuen und diffus
machen, so daß die Verbundstoffoberfläche um so grauer erscheint, je stärker die
Intensität der erzeugten Verkratzung den Glanz vermindert.
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4. Ein Abtragen der Oberfläche der Preßplatte führt zu einer ähnlichen
Wirkung. Die gebildete Verbundstoffoberfläche ist jedoch sogar noch grauer, als
wenn sie direkt abgetragen worden wäre. Dies ist vermutlich auf winzige Brüche der
Verbundstoffoberfläche während der Entfernung des Verbundstoffs von der Preßplatte
zurückzuführen. Um die abgetragenen Stellen in der Platte zu reproduzieren, muß
das Melamin in jedes Detail dieser Ausnehmungen einfließen. Da das Harz dann wärmegehärtet
wird, erfolgt ein gewisses Maß an Bruchbildung, wenn die Verbundstoffoberfläche
extrahiert wird. Diese zusätzlichen Brüche verursachen sogar noch mehr Lichtstreuung
und erhöhen die Grauheit.
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5. Eine sehr gut wirkende Arbeitsweise zur Erzeugung eines geringen
Glanzes auf Metall besteht darin, es mit Sand oder ähnlichen schleifenden Teilchen
zu beblasen. Sand ist durch scharfe winkelförmige Schneidkanten gekennzeichnet,
die als Folge des natürlichen kristallinen Habitus des Minerals oder des Zerbrechens
der Ausgangsmasse vorkommen, aus der die Teilchen gewonnen wurden. Auf jeden Fall
erzeugt Sand eine Metalloberfläche, die nicht mikroglatt ist, wenn nicht dafür gesorgt
wird, daß ein äußerst geringer Schnitt erhalten wird. Beispielsweise hat eine spiegelblanke
Platte aus korrosionsbeständigem 410-Stahl eine Rauhheit von 25 bis 50 mp (1 - 2
microinches), und führt zur Erzeugung eines Verbundstoffs mit 80 Glanzeinheiten
bei etwa der gleichen Rauhheit.
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Der Verbundstoff erscheint poliert und klar. Wenn die spiegelblanke
Platte nun schwach mit einem Sandgebläse behandelt wird, wird die Plattenrauhheit
geringfügig auf etwa 76 bis 100 mp (3 - 4 microinches) erhöht, und der Glanz der
Platte liegt dann bei etwa 78 Einheiten. Wenn mit dieser Platte ein Verbundstoff
gepreßt wird, dann beträgt sein Glanz etwa 20 Einheiten, und er nimmt eine grauere
Färbung an als derjenige, der mit der polierten Platte gepreßt worden ist.
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Dieser Grauheitsgrad war bisher bei technischen Anwendungen
tolerierbar,
da kein Mittel bekannt war, ihn zu vermeiden.
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Durch fortgesetzte Gebläsebehandlung der Platte mit Sand kann die
Rauhheit etwa auf 127 m;i (5 mikroinches) erhöht und der Glanz auf etwa 10 Einheiten
vermindert werden. Bei diesem Punkt hat ein damit verpreßter Verbundstoff eine ähnliche
Rauhheit, aber einen Glanz von nur etwa 2 Einheiten. Die sich ergebende Grauheit
wird jedoch in unannehmbarer Weise wahrnehmbar, eine deutliche Farbänderung ist
zu bemerken, und das gedruckte Muster, wo eines verwendet wird, wird in seiner Schärfe
und Klarheit eindeutig beeinträchtigt. Sand ist somit ein ungeeignetes Mittel zur
Verstärkung der Struktur einer Platte und/oder eines Verbundstoffs, wenn optische
Klarheit und Wiedergabetreue bei dem gewünschten normalen Glanz erhalten bleiben
sollen. Die Verwendung von Grus führt zu den gleichen wie oben für Sand beschriebenen
Ergebnissen, und dies aus den gleichen Gründen. In dem oben erwähnten "Metals Handbook",
Seite 364, ist angegeben, daß Grus aus spitzen Metallteilchen (gewöhnlich zerstoßenem
gehärteten Gußstahl ...) mit hoher Schneidkraft besteht.
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6. Metalle können zur Verminderung ihres Glanzes geätzt werden, aber
auch diese Behandlung führt zu einem Oberflächenzustand, der infolge des unterschiedlichen
Umfangs, in welchem das Metall lokal reagiert, der durch seine kristalline Struktur
und Reinheit weiter beeinflußt wird, nicht mikroglatt ist.
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Mit geätzten Platten gepreßte Verbundstoffe können nicht ohne Entwicklung
eines starken Vergrauens oder einer starken Trübung auf einen niedrigen Glanz gebracht
werden.
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Zur Einstellung des Glanzes und der Struktur von mit Preßplatten hergestellten
Verbundstoffen bei gleichzeitiger Verminderung der Grauheit und Sprenkelung auf
ein Minimum ist es erforderlich, das Verhältnis zwischen der Plattenrauhheit und
dem Plattenglanz und denen des damit erzeugten Verbundstoffs zu kennen. Es hat sich
gezeigt, daß Hochdruckmelaminverbundstoffe die Oberfläche, gegen die sie verformt
werden, mit
sehr hoher Genauigkeit wiedergeben. Die mikroskopische
Untersuchung von mit polierten Platten hergestellten Laminaten beispielsweise, zeigt
die Wiedergabe von sehr feinen Kratzern, die selbst nach dem Polieren in der Preßplatte
verbleiben. In der oben genannten Literaturstelle aus KAPPT sind Mikrophotographien
dieser Oberflächen von dekorativem Verbundstoff gezeigt. Es wurde ferner gefunden,
daß eine Preßplatte mit vorgegebener Struktur und der damit hergestellte Verbundstoff
etwa die gleiche Rauhheit haben Ferner wurde gefunden, daß der auf dem Verbundstoff
erzeugte Glanz vorausgesagt werden kann, wenn der Glanz der Preßplatte bekannt ist.
Die Tabelle I zeigt Meßergebnisse einer Reihe strukturierter Preßplatten und der
damit hergestellten Verbundstoffe.
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Tabelle 1 600 -Gardner-Glanz auf Platten aus korrosionsbeständigem
410-Stahl und auf damit gepreßten Verbundstoffen Verbundstoff Platte 1,1 4,5 1,2
6,5 1,8 6,0 1,6 6,5 2,5 9,5 2,6 12,0 5,9 28,0 8,2 38,0 8,4 42,0 10,3 50,2 10,8 50,0
11,1 54,0 12,4 58,0 14,8 67,0 17,0 74,0 19,0 86,0 Daraus ist ersichtlich, daß die
Beziehung zwischen Glanz auf der Platte und Glanz auf dem Verbundstoff sehr weit
geht. In diesem Fall ist der Koeffizient der Beziehung (Handbook of Industrial Statistics",
Bowker & Lieberman, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N. J. (1955), S.
895) größer als 0,99, was einer statistischen Signifikanzhöhe von 0,001 entspricht.
Es wird darauf hingewiesen, daß diese Werte bei nach verschiedenen Methoden hergestellten,
nicht nur durch Pinnenbehandlung mit Schrot erzeugten Preßplatten erhalten wurden.
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Die Beziehung zwischen dem Glanz der Preßplatte und dem des Verbundstoffs
ist somit unabhängig von der Topographie der Oberfläche.
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So liefern einige der Platten, die nicht durch abgerundete Vertiefungen
hergestellt waren, zu graue Verbundstoffe. Deshalb komnlt es zur Beseitigung von
Grauheit auf das Instrument zum Eindrücken an, aber es hat keinen Einfluß auf das
hohe Verhältnis zwischen Plattenglanz und Glanz des erhaltenen Verbundstoffs.
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Zur Messung des Plattenglanzes ist es erforderlich, daß die Oberfläche
sauber und frei von (1) während des Strukturierungsverfahrens entwickeltem Staub,
(2) einem Oxidfilm oder (3-) anderen1 möglicherweise vorhandenen Verunreinigungen
ist. Es wurde gefunden, daß die Reinigung der Oberfläche mit Metallreinigungsmitteln
für Haushaltszwecke sehr gut reproduzierbare Glanzmeßwerte bei strukturierten Platten
aus korrosionsbeständigem 410-Stahl ergibt. Zwei geeignete im Handel erhältliche
Reinigungsmittel sind "PENNY-BRITE(R) der North American Chemical Organization,
Camby, Indiana 46113 und "TWINKLE(R) der Drackett Products Company, Cincinatti,
Ohio. Beim Reinigen der Platte soll die Oberfläche reichlich mit Wasser bedeckt
werden, so daß eine gute Lösung der Reinigungspaste erfolgt und eine chemische Reinigung
eintreten kann. Der Plattenglanz wird mit einem Gardner-600-Glanzmeßgerät gemessen.
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Bei sehr stark glänzenden Platten kann das Meßgerät über das Skalenende
ausschlagen. Dies kann dadurch ausgeglichen werden, daß das Gerät auf einen niedrigeren
Punkt eingestellt wird, als er auf der standardisierenden Keramikplatte vorgeschrieben
wird.
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So wurde beispielsweise der Punkt "60" auf der Skala für die Standardablesung
"92" eingestellt. Auf diese Weise können, wenn erforderlich, Plattenglanzwerte von
über 100 gemessen werden. Dies ist nicht wahrscheinlich bei Platten innerhalb des
Rauhheitsbereichs, der hier von Interesse ist.
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Der Glanz des Verbundstoffs steht auch mit der Rauheit der Preßplatte
in Beziehung, was sich aus der folgenden Tabelle II ergibt.
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T a b e 1 1 e II Rauhheit (AA) auf pinnenbehandelten Platten aus
korrosionsbeständigem 410-Stahl gegen 60 ° Gardner-Glanz auf damit gepreßten Verbundstoffen
Verbundstoffglanz Plattenrauhheit Gardner-Grade mol (mikroinches) 4,3 3,2 (127,5)
4,7 3,3 (130,0) 4,7 3,0 (119,0) 4,8 2,9 (116,3) 4,8 3,3 (131,6) 5,1 2,89 (114,7)
5,1 2,87 (113,7) 5,5 2,97 (117,9) 5,5 2,86 (113,3) 6,0 2,84 (112,0) 7,1 2,14 ( 84,7)
7,3 2,2 ( 86,9) Wiederum ist ein hohes Maß an gegenseitiger Beziehung festzustellen.
Der Beziehungskoeffizient beträgt -0,89 (negativ, weil Glanz mit steigender Rauhheit
abnimmt).
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Die Rauhheit von Platten und Verbund stoffen wird auf einem Fould
Profilometer SURFANALYZER, Modell 150 bestimmt. Sie wird als arithmetischer Mittelwert
(AA) der Rauhheit angegeben, was dem Durchschnitt entspricht, der von Profilometerinstrumenten
gewöhnlich angegeben wird. In der älteren Literatur ist häufig die durchschnittliche
Wurzel aus dem mittleren Quadrat (RMS) angegeben. Die RMS liegt um etwa 11 % über
der AA (Surface Texture", (ASA B46.1-1962) Am. Soc. of Mechanical Engineers, New
York, N.Y. S. 16).
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Aus den Tabellen I und II ist zu ersehen, daß der Plattenglanz und
die Plattenrauhheit lineare Funktionen des Verbundstoffglanzes sind. Deshalb können
alle drei als Gerade im dreidimensionalen Raum dargestellt werden.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die bevorzugte Arbeitsweise für die
Herstellung von erfindungsgemäß geeigneten Preßplatten in einer Pinnenbearbeitung
von Platten aus korrosionsbeständigem 410-Stahl mit einer ursprünglichen Oberflächenrauhheit
(AA) von etwa 2 bis 20 mit Schrot aus Gußeisen oder Stahl mit Hilfe von im Handel
erhältlichen Pinnenbearbeitungsmaschinen besteht, womit eine Oberfläche von angenähert
sphäroiden, innen glatten Kratern gebildet wird, wobei solche Platten eine Oberflächenrauhheit
(AA) von etwa 0,7 bis 5 mß (30 - 200 mikroinches) und einen Gardner-Glanz von etwa
20 bis 100 Einheiten haben. Das verwendete Schrot soll Größen von etwa S-70 bis
zu S780 (Radien der Biegung 76 p bis 990 p (0,003 - 0,039 inch)) haben. Zur Herstellung
der Platten kann jedoch jedes beliebige harte Metall, wie Kohlenstoffstahl, Eisen
und dergleichen, verwendet werden.
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Manchmal ist festzustellen, daß, obwohl die Skala des strukturierten
Musters, d.h. die Rauhheit, die gewünschte ist, der auf dem Verbundstoff erzeugte
Glanz stärker sein kann als gewünscht.
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Unter Bezugnahme auf die Beziehung von Plattenglanz gegen Verbundstoffglanz
kann man den Plattenglanz bestimmen, der zur Erzeugung des erwünschten Verbundstoffglanzes
erforderlich ist.
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Dann kann man den Glanz der pinnenbehandelten Platte vorzugsweise
durch sorgfältiges Überpinnen mit Schrot, das einen beträchtlich kleineren Durchmesser
hat als das bei der ursprünglichen Pinnenbehandlung verwendete, vermindern. Beispielsweise
kann eine mit S-380 SchroL pinnenbearbeitete Platte mit S-70 oder S-110 Schrot überblasen
werden, um so ihren Glanz zu verringern, ohne Struktur oder Rauhheit zu verändern.
Der Glanz kann auch durch sehr schwaches Oberblasen mit Sand oder vergleichbaren
scharfen Teilchen vermindert werden. Wenn dies jedoch
nicht mit
äußerster Sorgfalt geschieht, tritt wiederum das Problem der Grauheit auf, wie dies
in Verbindung mit scharfen Teilchen in der Regel der Fall ist Es ist bemerkenswert,
daß durch die oben beschriebene Arbeitsweise eine kritische Verfahrenseinschränkung
überwunden wird, wie sie in US-PS 3 526 558 angegeben ist, wonach Platten mit einer
Rauhheit von über 3,8 mZ RMS (entspricht etwa 3,3 mu AA) sich nicht sauber von Verbundstoffen
trennen. Es wurde gefunden, daß pinnenbearbeitete Preßplatten mit einer Rauhheit
von bis zu 200 AA (etwa 222 RMS äquivalent) sich ohne weiteres auf praktisch ihrer
gesamten Oberfläche trennen, wenn sie mit üblichen Trennmitteln, wie Zinkstearatpulver,
verwendet werden. Für den Fachmann auf diesem Gebiet ist ohne weiteres ersichtlich,
das im Gegensatz zu dem von den obengenannten US-PS vermittelten Eindruck jede Metallplatte
ein Trennmittel irgendwelcher Art auf ihrer Oberfläche tragen muß, weil sonst der
Verbundstoff an der sauberen Metalloberfläche haftet. Das Trennmittel kann ein Dauertrennmittel
sein von der Art bestimmter Silikone oder Fluorpolymerisate oder es kann ein mehr
vorübergehend wirkendes sein, zum Beispiel Zinkstearat, das alle paar Druckvorgänge
erneuert wird. Die Platten nach der genannten US-PS müssen jedoch Oberflächen aufweisen,
die zu einem großen Teil von Rauhheit frei sind, d.h.
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die Plattenoberfläche besteht aus glänzenden Teilen und rauhen Teilen.
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Die erfindungsgemäßen Hochdruckverbundstoffe bestehen aus etwa 6 bis
9 oder mehr mit Phenol-Formaldehyd-Harz imprägnierten Celluloseblättern, wie Kraftpapierblättern,
Asbestlagen und Gemischen daraus als stützende Grundlage, auf der sich ein Schmuck-
oder Druckblatt, wie oben beschrieben, befindet, wobei vorzugsweise ein äußeres
Auflageblatt vorgesehen ist, das gleichfalls mit einem Melamin-Formaldehyd-Harz
imprägniert ist. Die Niederdruckverbundstoffe enthalten anstelle der Cellulosekernblätter
der Hochdruckverbundstoffe ein Preßholzplattensubstrat, ein Druckblatt und gegebenenfalls
ein Auflageblatt.
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Die Verbundstoffe werden durch Wärme und Druck erzeugt, die die Verbundstoffbestandteile
mit der strukturierten Oberfläche der pinnenbearbeiteten Preßplatte gegen die Schmuckblattseite
des stützenden Grundteils unter Bedingungen von Temperatur und Druck verfestigen,
die allgemein bekannt sind, d.h. 145 bis 165 OC und 14 bis 25 kg/cm2 im Fall der
Niederdruckverbundstoffe und 130 bis 150 OC und 70 bis 120 kg/cm2 für die Hochdruckverbundstoffe.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Verbundstoffe können
als solche für Schmuckzwecke, zum Beispiel Tischplatten, Wandverkleidungen, Möbel
und dergleichen oder als Vorlagen oder Kopiervorlagen bei der Herstellung von anderen
dekorativen Verbundstoffen verwendet werden, um so die Druckplatte gegen Abnutzung
oder Zufallsschäden zu schützen. Die Verbundstoffvorlagen erzeugen gleichfalls dekorative
Verbundstoffe von ausgezeichnetem Aussehen mit genauer Farh- und Glanzwiedergabe
und frei von Grauheit und Sprenkeln.
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Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.
Teile und Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht, wenn nichts anderes angegeben
ist.
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Bei spiel 1 Eine Platte aus korrosionsbeständigem 410-Stahl mit einer
Stärke von etwa 1,8 mm wird einer üblichen Pinnenbearbeitung unter Verwendung von
S-330 Stahlschrot (Biegungsradius 0,39 mm) unter Ausbildung einer Rauhheit (AA)
von 2,8 mpt, die gleichmäßig über ihre ganze Oberfläche verteilt ist, unterworfen.
Bei Messungen an Verbundstoffen, die mit Aluminiumfolie Kraftpapier-Stammasse hergestellt
worden sind, war vorher festgestellt worden, daß die erforderliche Rauhheit der
Platte bei 2,2 + 0,5 mA liegen muß, damit dem Verbundstoff eine Struktur verliehen
wird, die auf dem Markt Anklang findet.
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Die Platte dient zur Herstellung eines herkömmlichen Hochdruckverbundstoffs
durch Anordnung entsprechender Papierlagen gegen sie wie folgt:
1.
Die Druckplatte ist mit ihrer strukturierten Oberfläche nach unten gerichtet. Sie
wird zuerst mit Trennmittel H-15, einem Nichtsilikontrennmittel der General Mills,
Minneapolis, Minnesota, besprüht. Dann wird sie sauber gewischt und leicht mit Zinkstearatpulver
eingestäubt.
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2. Ein übliches Auflagepapier aus einem reinen alpha-Celluloseblatt
mit einem Papiergewicht von 45 g/m2, das mit etwa 64 % eines handelsüblichen Melaminverbundstoffharzes
mit einem Molverhältnis von etwa 2 Mol Formaldehyd/1 Mol Melamin imprägniert ist.
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Der Gehalt an flüchtigen Stoffen des Auflagepapiers liegt bei etwa
5 %.
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3. Ein übliches pigmentiertes Schmuckpapier mit einem Korndruck nach
oben gerichtet, das mit etwa 40 % eines handelsüblichen Verbundstoffharzes imprägniert
ist, das dem in der Auflage vergleichbar ist. Der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen
dieses Blatts liegt gleichfalls bei etwa 5 %.
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4. Fünf Lagen eines Kraftsättigungspapiers einer im Handel erhältlichen
Art mit einem Gewicht von 187 g/m2, das etwa 25 % eines üblichen Phenol-Formaldehyd-Harzes
mit einem Verhältnis von etwa 1 Phenyl : 1,5 Formaldehyd enthält. Gehalt an flüchtigen
Bestandteilen etwa 5 %.
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5. Eine Lage aus durchsichtigem Papier als Trennfolie. Die gesamte
Anordnung wird dann in umgekehrter Reihenfolge wiederholt, wodurch eine sogenannte
"Rücken an Rücken"-Anordnung erhalten wird, worauf übliche Lagen aus Polsterpapier
auf die Außenflächen der Preßplatten aus korrosionsbeständigem Stahl aufgebracht
werden, die gesamte Anordnung dann zwischen den entsprechend kaltgewalzten Stahlplatten
eingeschoben und in eine übliche Hochdruckverbundstoffherstellungspresse eingebracht
wird. Es wird ein Druck von 98 kg/cm2 angewandt. In etwa 25 Minuten wird auf 142
OC erwärmt und diese Temperatur wird 12 Minuten aufrechterhalten. Dann wird
die
gesamte Anordnung auf Zimmertemperatur abgekühlt und aus der Presse entnommen, und
die Verbundstoffe werden aus der Anordnung herausgezogen.
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Der Glanz der Platte liegt bei der Messung auf einem Gardner-60°-Glanzmeßgerät
bei 54,0 Einheiten, wohingegen der mit dieser Platte gepreßte Verbundstoff einen
Glanz von 10,5 Einheiten hat. Dies ist in guter Übereinstimmung mit der in der obigen
Tabelle I dargelegten Beziehung. Alle übrigen Eigenschaften des Verbundstoffs sind
ausgezeichnet. Er zeigt weder Grauheit noch Sprenkelung.
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Beispiel 2 Eine andere Platte wird wie in Beispiel 1 beschrieben
einer Pinnenbearbeitung mit S-330 Schrot unterworfen, wodurch eine Platte mit den
gleichen Eigenschaften erhalten wird, nämlich einer Rauhheit von 2,8 mA (110 mikroinches)
und einem Glanz von 54,0. Diese Platte wird durch eine übliche Sandgebläsemaschine
geführt die mit einem Wurfrad in der gleichen Weise arbeitet wie die zum Auswerfen
des S-330 Schrots verwendete Pinnenbearbeitungsmaschine, d.h. die Platte wird sehr
gelinde mit Sandteilchen anstelle von abgerundetem Schrot "beblasen". Sandteilchen
sind selbstverständlich scharf und nicht abgerundet wie Schrot und verursachen eine
Grauheit eines Verbundstoffs, der mit einer Platte verpreßt worden ist, die zu stark
mit Sand oder Grus überblasen worden ist. Durch sorgfältige Einstellung der Maschine
wird der Plattenglanz auf 29,0 Glanzeinheiten vermindert. Beim Verpressen eines
Verbundstoffs mit dieser Platte wird ein Verbundstoff mit einem Glanz von 5,9 Einheiten
erzeugt. Die Rauhheit der Platte ist durch das Überblasen mit Sand nicht meßbar
verändert worden.
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Der Verbundstoff ist frei von Sprenkeln und Grauhheit. Die Rauhheit
des Verbundstoffs beträgt 2,7 mA (108 mikroinches). Er entspricht ungefähr den Verbundstoffen,
die mit Aluminium-Kraftstammmasse gepreßt worden sind, und ist deshalb genauso handelsfähig.
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Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel) Die in Beispiel 2 beschriebene Platte
wird weiter mit Sand überblasen, bis ihr Glanz bei etwa 7 liegt. Ein mit dieser
Platte verpreßter Verbundstoff hat eine 600Glanz von 0,5 bis 1. Er zeigt ein "totmattes"
Aussehen und deutliche Grauheit sowie eine beträchtliche Einbuße hinsichtlich der
Schärfe des Drucks auf der Schmuckfolie. Die Rauhheit der Platte liegt bei 2,7 mß
(106 mikroinches).
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Dieses Ergebnis zeigt, daß der Glanz einer Platte (und der Glanz eines
damit verpreßten Verbundstoffs) beträchtlich verändert werden kann, ohne daß die
Struktur merklich verändert wird (d.h. mittlere grobe Rauhheit-) und daß mit Platten
mit geringem Glanz befriedigende Verbundstoffe nicht erzeugt werden können.
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Beispiel 4 Es wird eine Preßplatte aus korrosionsbeständigem 410-Stahl
verwendet. Diese ursprünglich spiegelblanke Platte wird in einer üblichen Pinnenbearbeitungsvorrichtung
mit S-70 Stahlschrot (Biegungsradien 88 Mikron) überblasen, wodurch ein Plattenglanz
von 79 und eine Plattenrauhheit (AA) von 0,9 mMikron (36 mikroinches) erzielt wird.
Mit dieser Platte wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, ein Verbundstoff verpreßt.
Der erhaltene Verbundstoff hat einen Glanz von 8,0 und eine Rauhheit (AA) von 0,86
mMikron.
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Dieser Verbundstoff ist mit solchen vergleichbar, die mit einer Aluminiumlithopapierstammasse
verpreßt worden sind, d.h. bei Verwendung von markierter Aluminiumfolie von etwa
12 , die an beschichtetes Lithopapier gebunden ist, ergibt sich ein Verbundstoff
mit einem Glanz von 10 bis 11 und einer Rauhheit (AA) von 40 - 45.
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Beispiel 5 Platten aus korrosionsbeständigem 410-Stahl mit den Abmessungen
45 x 50 x 0,18 cm werden mit Eisenschrot in den Größen S-110, S-230, S-390 und S-550
(Biegungsradien 0,12, 0,25, 0,48 bzw.
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0,69 mm) gebläsebehandelt, wodurch auf der gesamten Oberfläche der
einzelnen Platten eine gleichmäßige Struktur erzielt wird. Die Platten werden dann
zur Herstellung von schwarzfarbenen Verbundstoffen nach der in Beispiel 1 beschriebenen
Arbeitsweise verwendet. Zur Erzeugung einer einheitlichen Farbe wird die Schmuckauflage,
die aus einem Blatt Auflagepapier und einem Blatt -des Holzkorndruckpapiers nach
Beispiel 1 besteht, durch ein einziges Blatt aus schwarzem Schmuckpapier mit einem
Papiergewicht von 143 g/mZ ersetzt, das mit Melamin-Formaldehyd-Harz auf einen Harzgehalt
von etwa 45 % imprägniert ist. Die übrige Arbeitsweise wird nicht verändert.
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Messungen an den Platten und Verbundstoffen ergeben die folgenden
Werte: AA-Rauhheit, m;i Gardner-600-Glanz Schrot (mikroinches) Platte Verbundstoff
S-110 2,3 (91) 21,5 4,0 S-230 3,3 (129) 23,4 4,7 S-390 3,9 (158) 29,5 5,7 S-550
4,7 (187) f 29,0 6,0 Die Verbundstoffe haben ein kräftiges schwarzes Aussehen, das
sich mit dem Betrachtungswinkel nur wenig ändert. Eine Sprenkelung ist nicht wahrzunehmen.
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Bei der Betrachtung der Platten durch ein Stereomikroskop bei Vergrößerungen
von etwa dem Zehn- bis Sechzigfachen ist festzustellen, daß die Oberfläche aus Kratern
besteht, die Kugelsegmente mit einem Radius darstellen, der etwa dem des Schrots
entspricht, das für die Pinnenbearbeitung verwendet wurde. Die Überschneidungen
dieser Kugelsegemente sind abgerundet und ohne
scharfe Kanten.
Die Topographie ähnelt der eines Geländes mit sanften Hügeln. Auf der Oberfläche
der Platte sind keine Bruchstücke des Schmuckpapiers des Verbundstoffs zu erkennen.
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B e i s p i e 1 6 (Vergleichsbeispiel) Aufgrund der Siebanalysen,
wie sie zum Klassifizieren von Eisenschrot- und -grus verwendet werden, ist es möglich,
Proben mit etwa gleicher Teilchengröße auszuwählen. Unter bezug auf die in Beispiel
5 angegebenen Scbrotgrößen seien die folgenden Äquivalente angegeben: alle fallen
durch alle fallen durch SAE Öffnungen in mm SAE Öffnungen in mm Schrot ( (inches)
Grus (inches) S-110 0,6 (0,0232) G-50 0,7 (0,0280) S-230 1 (0,0394) G-40 1 (0,0394)
S-390 1,7 (0,0661) G-16 1,7 (0,0661) S-550 2 (0,0787 G-14 2 (0,0787 Platten aus
korrosionsbeständigem 410-Stahl werden mit G-50, G-40 und G-16 Grus wie in Beispiel
5 beschrieben, unter Verwendung einer gleichartigen Gebläsemaschine geblasen, wobei
die Steuerparameter so eingestellt werden, daß den Teilchen, wenn sie das Wurfrad
verlasen, die gleiche Energie erteilt wird. Der einzige wesentliche Unterschied
besteht in der Form der abradierenden Teilchen. Alle übrigen Faktoren werden konstant
gehalten. Wiederum werden einfarbig schwarze Verbundstoffe hergestellt, mit denen
die folgenden Werte erhalten werden:
Verbund stoff SAE AA-Rauhheit,
mF Gardner 60 ° Glanz Grus (microinches) Platte Verbundstoff G-50 5,08 (200) 2,9
0,6 G-40 5,64 (222) 3,0 0,5 G-16 6,62 (261) 5,8 1,1 Der Vergleich mit den Werten
von Beispiel 5 zeigt, daß Grusteilchen einer Größe, die der vergleichbarer Schrotteilchen
entspricht, große Unterschiede hinsichtlich Rauhheit und Glanz ergeben; d. h. S-110-Schrot
ergibt eine Rauhheit von 2,3 mu, wohingegen die entsprechenden Grusteilchen (G-50)
eine Rauhheit von 5,08 m,u ergeben. S-230-Schrot führt zu einer Rauhheit von 3,3
mA, der entsprechende Grus von 5,64 m, S-390 Schrot von 4,7 mji und G-16-Grus von
6,62 m,u.
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Wie zu erwarten, sind die Werte der Glanzmessungen auf der Platte
und dem Verbundstoff entsprechend niedrig. Die Glanzablesungen auf dem Verbundstoff
liegen beträchtlich außerhalb des Bereichs, innerhalb dessen das Glanzmeßgerät zuverlässig
abgelesen werden kann.
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Bei der Betrachtung von einer in bezug auf die Ebene des Verbundstoffs
normalen Stellung erscheint seine Farbe gut schwarz, wenn aber der Betrachtungswinkel
verändert wird, variiert die Farbe über viele Töne von grau, bis der Blickwinkel
etwa 300 zur Ebene des Verbundstoffs beträgt. Bei diesem Punkt erscheint die Farbe
als sehr hellgrau und kann nicht mehr als schwarz bezeichnet werden. Selbstverständlich
sind die gleichen Farbveränderungen zu beobachten, wenn der Verbundstoff auf den
Oberseiten von Möbelstücken verwendet wird, weshalb sie dann weder für den Hersteller
noch für den Abnehmer annehmbar wären.
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Bei der Betrachtung der Platten unter dem Stereomikroskop zeigt sich,
daß die Eindrücke unregelmäßig und unterschiedlich sind.
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Sie können jedoch als Intaglioimpressionen von Pyramidensegmenten,
Würfelecken oder Tetraederteilen beschrieben werden, die alle durch scharfe Kanten
gekennzeichnet sind, die an den Uberschneidungen der Ebenen auftreten, die die Fronten
dieser Intaglioimpressionen ausmachen. Dies ist ohne weiteres verständlich, wenn
großer Grus, zum Beispiel G-10- oder G-12-Grus, untersucht wird, der diese scharfen
Kanten für das bloße Auge zu erkennen gibt. Entsprechende Schrotgrößen S-780 oder
S66O (Biegungsradien 1000 bzw. 840 Mikron) sind offenbar ziemlich gleichmäßige Kugeln
und ähneln Bleischrot, wie es in Gewehrpatronen und dergeichen verwendet wird.
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Die Platte weist außerdem viele Bruchstücke der schwarzen Verbundstoffoberfläche
auf, die so stark in jedes kleinste Spältchen der Plattentopographie eingepreßt
sind, daß sie sich von dem Verbundstoff leichter abbrechen als aus den Spältchen
extrahieren lassen. Dadurch wird selbstverständlich die Topographie der Platte verändert,
da viele der Talböden aufgefüllt sind und bei nachfolgenden Pressvorgängen nicht
langer "drucken" Eine weitere Gefahr besteht darin, daß sich einige dieser Bruchstücke
bei nachfolgenden Preßvorgängen losbrechen und Verbundstoffe mit anderer Farbe verunreinigen
können. Beispielsweise kann eine einheitliche schwarze Farbe durch nachfolgende
blaßgelbe Farbe verunreinigt werden.
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Schließlich ist festzustellen, daß im mikroskopischen Maßstab die
Platte nicht über ihre ganze Oberfläche vollständig abgenommen ist, sondern daß
einige Stellen der ursprünglichen Plattenoberfläche unverändert bleiben. So sei
beispielsweise ein Grusteilchen angenommen, das ungefähr die Gestalt eines gleichmäßigen
Tetraeders hat. Ein derartiges Teilchen hinterläßt Eindrücke, deren Projektion auf
die Ebene der ursprc-lichen Platte die eines Dreiecks ist. Die mit G-16-Grus geblasene
Platte zeigt
Dreiecke, deren Seitenlängen zwischen etwa 0,13 und
0,38 mm betragen. Direkt neben den Eindrücken befindet sich eine unveränderte Stelle
von unregelmäßiger Form und etwa doppelter Größe.
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Diese Stelle hat novch den ursprünglichen starken Glanz der Platte.
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Mit dem Ansteigen der Grusgrößen wird der von unveränderten Stellen
eingenommene Anteil der Gesamtfläche der Platte größer. Dies ist der Grund dafür,
daß die offensichtliche Anomalie zwischen Verbundstoffglanz und Plattenrauhheit
beobachtet wird; d. h.
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daß mit dem Ansteigen der Grusgröße von G-50 nach G-40 nach G-16 die
Rauhheit des Verbundstoffs (damit auch der Platte) größer wird. Dies ist zu erwarten.
Gleichzeitig wird jedoch der Plattenglanz und der Verbundstoffglanz größer. Es wäre
anzunehmen, daß der Glanz mit zunehmender Rauhheit abnehmen würde. Die Erklärung
hierfür besteht darin, daß die Rauhheit größer wird, da die größeren Grusteilchen
yrößere und tiefere Eindrücke in der Platte erzeugen. Dies würde zu einer Abnahme
des Glanzes führen. Gleichzeitig wird jedoch der Gesamtanteil der ursprünglichen
Fläche, der unverändert bleibt, größer, weil die größeren Grusteilchen ein gröberes
Muster bilden, wenn sie auf die Platte auftreffen. Die unveränderten Flächen haben
einen starken örtlichen Glanz (den der ursprünglichen Platte) und reflektieren daher
mehr Licht zu dem Fühler des Glanzmeßgeräts. Die Wirkung der größeren unveränderten
Fläche ist etwas größer als die der tieferen Eindrücke, so daß der Glanz mit zunehmender
Grusgröße langsam ansteigt. Dies kann durch Abnehmen während längerer Zeiten oder
mit höherer Wurfenergie überwunden werden, wodurch der Vermehrung unveränderten
Stellen weiter begegnet wird. Unter diesen Umständen wird der Glanz außerordentlich
gering und das Vergrauen noch stärker.
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Beispiel 7 Zwei wie in Beispiel 2 hergestellte pinnenbearbeitete
Platten mit den Abmessungen 121 x 242 cm werden in ein 121 x 305 cm Siempelkamp,
eine schnellschließende hydraulische Presse,
die mit Dampfdruckzylindern
ausgerüstet ist, eingespannt.
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Die Presse wird auf eine Zylindertemperatur von 160 OC erwärmt, die
bei thermischem Äquilibrium gehalten wird. Eine Anordnung, bestehend aus einem trockenen
Druckblatt, das mit einem Niedrigdruckmelamin-Formaldehyd-Harz imprägniert ist,
wird mit der Schauseite nach oben auf eine 19 mm starke, dreischichtige Preßholzplatte,
spezifisches Gewicht 0,72 g/cm3, aufgebracht. Ein gleiches Druckblatt wird mit der
Schauseite nach unten unter die Preßholzplatte gelegt. Die Anordnung wird in die
erhitzte Presse eingebracht, wobei jede ihrer Oberflächen mit einer der pinnenbearbeiteten
Platten in Berührung kommt.
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Die Presse wird geschlossen, und während 60 Sekunden wird ein Druck
von 24,5 kg/cm2 über der gesamten Oberfläche der Anordnung aufrechterhalten. Dann
wird die Presse geöffnet. Die Anordnung trennt sich leicht von den Platten. Die
beiden Oberflächen zeigen Rauhheit und Glanzwerte, die mit denen des Verbundstoffs
von Beispiel 2 übereinstimmen.