DE2853302A1

DE2853302A1 - Formkoerper aus extrudiertem acrylglas

Info

Publication number: DE2853302A1
Application number: DE19782853302
Authority: DE
Inventors: Friedrich Hanstein; Theodor Peter Moench
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1978-12-09
Filing date: 1978-12-09
Publication date: 1980-06-26
Also published as: NL7908820A; AT370476B; US4278723A; CA1140718A; ATA711779A

Description

Formkörper aus extrudiertem Acrylglas

Formkörper aus gegossenem Acrylglas werden in großem Umfang in solchen Anwendurigsbereichen eingesetzt, wo sie korrodierenden Einflüssen der Witterung, feuchter Luft oder aggresiver Chemikaliendämpfe', gegebenenfalls unter gleichzeitiger Einwirkung von ultraviolettem Licht ausgesetzt sind. Bekannte Beispiele derartiger Formkörper sind Lichtkuppeln, beleuchtete Werbeanlagen und Lampenabdeckungen. In der Beständigkeit gegenüber den genannten korrodierenden Einflüssen werden Formkörper aus gegossenem Acrylglas von keinem anderen Kunststoff übertroffen. Die Herstellung von gegossenem Acrylglas ist aufwendig und teuer. Es wird deshalb seit langem versucht. Formkörper, die durch Umformen von extrudierten Acrylglasplatten hergestellt worden sind, für die gleichen Anwendungsgebiete einzusetzen. Extrudiertes Acrylglas läßt sich sogar noch leichter umformen als gegossenes Material. Dennoch blieb die Anwendung derartiger Formkörper auf Bereiche beschränkt, in denen korrodierende Einflüsse üblicherweise nicht auftreten, z.B. für Leuchtenabdeckungen in Innenräumen.

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Formkörper aus Acrylglas werden z.u einem erheblichen Teil so hergestellt, daß man eine ebene Acrylglasplatte an ihrem Rand in einen Rahmen einspannt, die eingeschlossene Fläche über die Erweichungstemperatur erwärmt und beispielsweise durch einseitig einwirkende Druckluft umformt. So hergestellte Formkörper haben einen in der Ebene der ursprünglichen Platte liegenden Rand und einen darin eingeschlossenen, dreidimensional umgeformten Bereich, z.B. eine Kuppel. Stellt man einen derartigen Formkörper aus extrudiertem Acrylglas her, so erweist sich der dreidimensional umgeformte Bereich als fast ebenso korrosions- und witterungsbeständig wie ein Formkörper aus gegossenem Acrylglas. Dagegen ist der in der ursprünglichen Plattenebene liegende Randbereich deutlich empfindlicher gegen mechanische und korrosive Beanspruchung. Die Stoßempfindlichkeit der Außenkante läßt sich zwar nach dem Verfahren der DE-OS 25 14 740 vermindern, jedoch bleibt der meist mehrere Zentimeter breite ebene Randbereich von dieser Maßnahme unbeeinflußt. Als besonders schadenanfällig erweist sich der Übergang von dem ebenen Rand zu dem dreidimensional umgeformten Bereich des Formkörpers; hier treten Risse und Sprünge auf, insbesondere wenn der Formkörper nicht spannungsfrei montiert worden ist. Diese Schäden sind häufig der Ausgangspunkt zum Bruch des Formkörpers. Es hat in

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Yielen Fällen den Anschein, als ob die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit des Acrylglases in diesem Obergangsbereich geringer ist als die des ebenen extrudierten Ausgangsmaterials.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Formkörper durch Umformen einer ebenen extrudierten Platte aus Acrylglas mit einem in der Ebene der ursprünglichen Platte liegenden Rand und einem darin eingeschlossenen, dreidimensional umgeformten Bereich bereitzustellen, deren mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit den Anforderungen genügt, die bei freier Bewitterung oder bei der Anwendung in einer korrodierenden Umgebung gestellt werden. Insbesondere sollen die Nachteile vermieden werden, die sich bei den in herkömmlicher Weise aus extrudierten Acrylglasplatten hergestellten Formkörpern im ebenen Randbereich und in der Obergangszone zu dem dreidimensional umgeformten Bereich ergeben.

Es wurde gefunden, daß die gestellte Aufgabe durch einen solchen Formkörper der im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschriebenen Gestaltung gelöst wird, der in dem nicht dreidimensional umgeformten Randbereich biaxial um wenigstens 25 % gereckt ist. Die neuen Formkörper werden aus einer ebenen, biaxial gereckten Acrylglasplatte- hergestellt, wobei unter Acrylglas Polymethylmethacrylat oder ein zu mehr als 80 Gew.-⁰« aus Methylmethacrylat

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aufgebautes Mischpolymerisat verstanden wird. Kennzeichnend für das Umformverfahren ist, daß der Randbereich unverändert bleibt und der davon eingeschlossene Plattenbereich dreidimensional umge formt wird. Unter einer biaxialen Reckung wird eine im thermoelastischen Zustand vorgenommene und danach durch Abkühlen unter die Erweichungstemperatur eingefrorene Expansion einer Kunststoffplatte in zwei aufeinander senkrecht stehenden, in der Plattenebene liegenden Richtung verstanden, wobei der in Prozent ausgedrückte Reckungsgrad auf die ursprüngliche Dicke" eines aliquoten Längenabschnittes in jeder der beiden Reckrichtungen bezogen ist. Vorzugsweise ist der Reckungsgrad in beiden Richtungen annähernd gleich groß und liegt meistens über 40 I, mit besonderem Vorteil im Bereich von 60 bis 80 %. Unter der dreidimensionalen Umformung wird eine ebenfalls im thermoelastischen Zustand vorgenommene Formgebung verstanden, bei d_er (j_er Formkörper eine aus der ursprünglichen Plattenebene heraustretende Gestalt erhält.

Es ist bekannt, daß die Eigenschaften von Kunststoffen im allgemeinen und von gegossenem Acrylglas im besonderen durch eine biaxiale Reckung verbessert werden. Es war in der Fachwelt allerdings nicht unumstritten, daß eine solche Verbesserung auch bei extrudiertem Acrylglas eintritt. Zwar deuten die verhältnismäßig guten Eigenschaften in dem umgeformten Bereich eines aus extrudiertem Acrylglas hergestellten Formkörpers darauf hin, daß die mit der Umformung verbundene Reckung mit einer Eigenschaftsver-

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besserung einhergeht. Andererseits ist in der oben schon erwähnten Übergangs zone zwischen dem ebenen Rand und dem. umgeformten Bereich eine Eigenc Schaftsverschlechterung festzustellen. Dies steht in Übereinstimmung mit der Feststellung in der US-PS 3 852 387 (Spalte 3D, daß die chemische und Witterungsbeständigkeit von extrudiertem Acrylglas vermindert wird, wenn dieses während

IQ der Extrusion eine gewisse Reckung erfährt. Diese Nachteile sollen bei dem Verfahren der amerikanischen Patentschrift dadurch beseitigt werden, daß man bei der Herstellung des extrudierten Acrylglases mittels aufwendiger Vorrichtungen jegliche Orientierung innerhalb des Acrylglases vermeidet. Das dabei entstehende isotrope Material wird in seinen Korrosionseigenschaften als dem üblichen, schwach orientierten Material überlegen bezeichnet. Die Orientierung in herkömmlichem Acrylglas wird auf die Fließvorgänge des Materials in der Extrusionsdüse zurückgeführt. Derartige Orientierungen lassen sich nachträglich beseitigen, indem man die extrudierte Acrylglasscheibe für eine ausreichend lange Zeit bis über die Erweichungstemperatur erhitzt, jedoch lassen sich auch durch diese Maßnahme nicht die Nachteile im Randbereich eines daraus hergestellten Formkörpers vermeiden. Die Ursache für die Eigenschaftsverschlechterungen,, über die in der erwähnten amerikanischen Patentschrift berichtet wird und die auch in bestimmten Bereichen von Formkörpern festzustellen sind, können als Folge einer im wesent-

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lichen monoaxialen. Reckung gedeutet werden. Sie kommt bei der Herstellung von extrudiertem Acrylglas dadurch zustande, daß das Material mit einer gewissen Kraft von der Extrusionsdüse abgezogen wird. Bei der Herstellung von Formkörpern tritt eine monoaxiale Reckung in der oben schon erwähnten Übergangs zone vom nicht umgeformten Rand zum umgeformten Bereich ein. Geht man jedoch er-

TO findungsgemäß von einer bereits biaxial gereckten Acrylglasplatte aus, so wird in dem genannten Übergangsbereich zwar eine zusätzliche eindimensionale Reckung herbeigeführt, jedoch bleibt die ursprünglich schon senkrecht dazu vorhandene Reckung bestehen. Die besonders korrosionsanfällige, monoaxial gereckte Zone wird dadurch vermieden. Darüber hinaus sind die Eigenschaften in dem ebenen Randbereich gegenüber ungerecktem extrudiertem Acrylglas deutlich verbessert, so daß insgesamt bei freier Bewitterung oder bei anderen korrosiven Einflüssen ein Materialverhalten festzustellen ist, das demjenigen von Formkörpern aus gegossenem Acrylglas weitgehend entspricht.

Obwohl die Erfindung nachträglich als die Anwendung des bekannten Prinzips der Eigenschaftsverbesserung durch Reckung gedeutet werden kann, hat sie dem Fachmann offensichtlich nicht so nahe gelegen, daß er das seit langem bestehende Bedürfnis zur Herstellung von korrosions- und

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witterungsbeständigen Formkörpern aus extrudiertem Acrylglas im Sinne der Erfindung befriedigt hätte. Extrudiertes Acrylglas wird seit Jahrzehnten von zahlreichen Herstellern erzeugt und zu Formkörpern, beispielsweise Lampenabdeckungen für Innenräume, verarbeitet. Die Technologie zur Herstellung von biaxial gerecktem, extrudiertem Acrylglas ist aus der DE-OS 20 S6 697 ebenfalls seit vielen Jahren bekannt. Wenn trotz dieses Kenntnisstandes Formkörper mit den erfindungsgemäßen vorteilhaften Eigenschaften bisher nicht bekannt geworden sind, so kann dies nur darauf zurückzuführen ^sein, daß die zu beobachtenden Nachteile und insbesondere ihr verstärktes Auftreten innerhalb des Randbereiches nicht als Folge unterschiedlicher Reckungsgrade erkannt worden sind. Erst nach dieser Erkenntnis und aufgrund der weiteren Erkenntnis, daß unterschiedliche Reckungs· grade in verschiedenen Richtungen innerhalb des umgeformten Acrylglases dann keine nachteiligen Eigenschaften herbeiführen., wenn in jeder Plattenrichtung eine bestimmte Mindestreckung überschritten wird, war die Lösung der gestellten Aufgabe durch die vorliegende Erfindung möglich.

Wie bereits erwähnt, ist die Herstellung von biaxial um jeweils mindestens 25 % gereckten extrudierten Acrylglasplatten bekannt. Ihre Verarbeitung zu den erfindungsgemäßen Formkörpern bereitet ebenfalls keine Schwierigkeiten, da die

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gleiche Technologie anwendbar ist, nach der gegossenes, gerecktes Acrylglas verarbeitet werden kann. Die erforderlichen Umformkräfte für das e.xtrudierte, gereckte Acrylglas, das in der Regel ein Molekulargewicht im Bereich von 50.000 bis 300.000 hat, sind sogar geringer als bei der Umformung von gerecktem gegossenem Acrylglas mit einem Molekulargewicht von mehreren Millionen.

Zum Zwecke der Umformung kann die kalte, gereckte, extrudierte Acrylgl'asplatte in einem Spannrahmen eingesetzt und mit diesem bis zu einer Temperatur im thermoelastischen Zustandsbereich des Acrylglases erwärmt werden. Dabei werden die in der Platte eingefrorenen Reckkräfte freigesetzt. Man benötigt daher einen stabilen Spannrahmen und hohe Schließkräfte um eine Rückschrumpfung des Materials zu verhindern. Die eingepannt5 Acrylglasplatte kann nun im thermoelastischen Zustand umgeformt werden. Dabei kann jedes bekannte Umformverfahren angewendet werden, so z.B. das freie Aufblasen mit Druckluft zu einer Kuppel, das Umformen mit einer Negativform mittels Vakuum oder Druckluft, die Umformung mittels mechanischer Ziehstempel und Kombination dieser Umformverfahren .

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Vorzugsweise wird der durch den Spannrahmen gehaltene Rand nicht miterwärmt. Man kann z.B. die kalt eingespannte Platte mittels Wärmestrahlern erwärmen, wobei der Randbezirk unterhalb der Erweichungstemperatur bleibt. Dabei nimmt der Rand selbst einen Teil der eingefrorenen Rückstellkräfte auf, so daß man mit geringeren Schließkräften und einer leichteren Rahmenkonstruktion auskommt.

Bevorzugter Gegenstand der Erfindung sind Formkörper von erheblicher Größe. Der größte Durchmesser des umgeformten Bereichs beträgt vorzugsweise mindestens 30, besonders bevorzugt mindestens 50 cm, kann jedoch auch eine Länge von mehreren Metern erreichen. Die Scheitelhöhe, d.h. die höchste • Erhebung des Formkörpers gegenüber der ursprünglichen Plattenebene beträgt bei den bevorzugten Ausführungsformen 25 bis 75 % des größten Durchmessers des dreidimensional umgeformten Bereichs.

Der ebene, nicht dreidimensional umgeformte Randbereich braucht nicht in jedem Fall bis zur äußeren Plattenkante zu reichen, wenn dies auch der bevorzugten Ausführungsform entspricht. Die Plattenkante kann aus einem durch Zurückschrumpfen im thermoelastischen Zustand gebildeten Wulstrand bestehen. Sie kann aber auch, Z..B. als Tropfrand für eine Lichtkuppel, in entgegengesetzter Richtung wie der umgeformte Bereich umgebogen sein. Der in der ursprünglichen Plattenebene liegende Rand hat in der Regel eine Breite zwischen 2 und 10 cm und eine Dicke von 1 bis 8 mm. Der dreidimensional

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umgeformte Bereich kann je nach dem örtlichen Reckungsgrad dünner als der Rand sein.

Lichtdurchlässige Formkörper, die als Lichtkuppeln, Oberlichter, Werbeleuchten, Leuchtenabdeckungen und dergl. Verwendung finden, bilden den wichtigsten Gegenstand der Erfindung. Die Formkörper können klar durchsichtig oder milchig trüb, farblos oder farbig durchscheinend sein. Sie können auf einer oder beiden Oberflächen Strukturen aufweisen, die entweder während der Umformung mittels eines geeigneten Prägewerkzeuges erzeugt werden oder schon bei der Herstellung der noch ungereckten extrudierten Acrylglasscheibe im thermoplastischen Zustand geformt wurden.

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Claims

Formkörper aus extrudiertem Acrylglas

: Patentansprüche

M .] Durch Umformen einer ebenen extrudierten Platte ^-^ aus Acrylglas hergestellter Formkörper mit einem in der Ebene der ursprünglichen Platte liegenden Rand und einem darin eingeschlossenen, dreidimensional umgeformten Bereich,

dadurch gekennzeichnet,

daß der nicht dreidimensional umgeformte Randbereich biaxial um jeweils wenigstens 25 % gereckt ist.
2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich biaxial um jeweils 40 bis 80 % gereckt ist.
3. Formkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich 1 bis 8 mm dick ist.
4. Formkörper nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheitelhöhe des dreidimensional umgeformten Bereichs 25 bis 75 % seines größten Durchmessers beträgt.
5. Formkörper nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Durchmesser des umgeformten Bereichs mindestens 30 cm, vorzugsweise mindestens 50 cm, beträgt.

" . ORIGINAL IWSPECTEO

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6. Formkörper nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dreidimensional umgeformte Bereich eine durch freies Blasen mit Oberoder Unterdruck herstellbare Form hat.
7. Formkörper nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Acrylglas ein Molekulargewicht zwischen 50.000 und 300.000 hat.
8. Formkörper nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er lichtdurchlässig ist.

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