DE2924788B1 - Verfahren zur Herstellung von Formkoerpern aus Acrylglas mit erhoehter Waermeformbestaendigkeit - Google Patents

Description

• Dadurch wird zwar eine hoch-glänzende Oberfläche erhalten, jedoch Orientierungen im Innern der Formkörper nicht beseitigt. Gemäß der deutschen Patentanmeldung R 9382 IVc/39b vom 1. 7. 52 werden Kunststoffe in Gegenwart von Wasserdampf auf 100 bis 150 C und anschließend in trockener Atmosphäre auf 100 bis 1600 erhitzt. Bei diesem Verfahren wird der thermoplastische Zustandsbereich noch nicht erreicht. Man weiß heute, daß es die Wirkung hat, nicht umgesetzte Reste der Monomeren aus dem Kunststoff zu entfernen. Die dadurch erreichte Eigenschaftsverbesserung beruht nicht auf dem Abbau von Molekülonentierungen, die durch Umformung entstanden sind. Schließlich ist aus der CH-PS 3 00 954 die Härtung von Formkörpern aus Mischpolymerisaten des Acrylnitrils bei Temperaturen zwischen 150 und 2400C bekannt. Di: Acrylnitril-Mischpolymerisate besitzen keinen thcrmoelastischen Zustandsbereich. Durch eine innere Vernetzung werden sie beim Erhitzen lediglich thermoelastisch. Durch weiteres hohes Erhitzen nimmt die Vernetzung zu, was zu einer Verbesserung bestimmter mechanischer und thermischer Eigenschaften führt. Auch bei diesem Verfahren werden die durch Umformen erzeugten Orientierungen nicht beseitigt.
• Die erhöhte Beständigkeit der erfindungsgemäß erzeugten Formkörper geht aus dem in der Abbildung dargestellten Diagramm hervor. Darin ist der Grad der Rückschrumpfung bei der Wiedererwärmung eines durch Umformen einer ebenen Tafel erzeugten Formkörpers in Abhängigkeit von der Temperatur bei der Wiedererwärmung dargestellt. Die vollständige Rückschrumpfung des Formkörpers bis zur ebenen Tafel wird als eine Rückschrumpfung um 100% bezeichnet. Kurve 1 zeigt das Rückschrumpfverhalten eines Formkörpers aus gegossenem Acrylglas, das keinen thermoplastischen Zustandsbereich besitzt. Kurve 2 gilt für einen Formkörper aus extrudiertem Acrylglas mit einem Molekulargewicht von 200 000, das im thermoelastischen Bereich bei 1580C umgeformt worden ist. Die Kurven 3 und 4 geben das Verhalten von erfindungsgemäß hergestellten Formkörpern aus Acrylglas vom gleichen Molekulargewicht wie bei Kurve 2 wieder, die im Falle der Kurve 3 bei 1850C und im Falle der Kurve 4 bei 2000C umgeformt worden sind. Die erfindungsgemäß erzeugten Formkörper weisen eine Wärmeformbeständigkeit von etwa 1300 auf, während die in herkömmlicher Weise im thermoelastischen Zustand hergestellten Formkörper nur eine Wärmeformbeständigkeit von 80 bis 900C haben.
• Im thermoplastischen Zustand zeigt der Kunststoff ein flüssigkeitsähnliches Verhalten, dem bei der Formgebung Rechnung getragen werden muß. Wenn die Formgebung selbst im thermoplastischen Zustand vorgenommen wird, dürfen nur niedrige Umformkräfte angewendet werden und die Umformungsge#chwindigkeit muß so niedrig sein, daß das Material der fortschreitenden Formgebung durch plastische Fließvorgänge folgen kann. Vorzugsweise wird das der Schwerkraft folgende Fließverhalten in den Formgebungsvorgang einbezogen. Bei der Herstellung von Lichtkuppeln wird beispielsweise der Rand der umzuformenden Tafel in einen Rahmen eingespannt und die Kuppel nach unten gewölbt. In der Regel reicht ciie Schwerkraft für die Formgebung aus, d. h. es bedarf keines Gasüberdruckes an der Innenseite der Kuppel.
• Man kann sogar, um ein zu starkes Durchsacken der Kuppel zu vermeiden, ein Gaspolster unterhalb der entstehenden Kuppel anwenden. Ein nachteiliger Einfluß der Schwerkraft läßt sich gegebenenfalls dadurch vermeiden, daß man die Tafel bei der Umformung mit Gasüberdruck um eine waagerechte Achse langsam rotieren läßt. Eine sehr genaue Formgebung wird bei waagerechter Umformung erreicht, wenn unterhalb des Einspannrahmens eine Negativform angeordnet ist, auf die sich die plastisch erweichte Kunststofftafel absenkt. Dabei wird die Oberfläche der Negativform genau abgeformt, so daß sich auf diese Weise auch Formkörper mit bestimmten Oberflächenstrukturen herstellen lassen.
• Für komplizierte Formkörper, insbesondere solche mit Hinterschneidungen, wie Lampenschalen, ist das oben beschriebene Verfahren nur bedingt geeignet. In diesen Fällen wird in an sich bekannter Weise durch Umformen im thermoelastischen Bereich mittels eines Formwerkzeuges ein Formkörper erzeugt, der zunächst Molekülorientierungen aufweist und daher nur unter Aufrechterhaltung von Formungskräften in Berührung mit dem Formwerkzeug gehalten werden kann. Auch hier werden vorzugsweise Negativwerkzeuge eingesetzt, an die der gebildete Kunststofformkörper durch einen Gasüberdruck angedrückt wird. Während man bei der bekannten Arbeitsweise den gebildeten Formkörper unter die Erweichungstemperatur abkühlen ließ, wird er erfindungsgemäß nach abgeschlossener Umformung bis zu einer Temperatur im thermoplastischen Zustandsbereich des Kunststoffes erhitzt und so lange bei dieser Temperatur gehalten, bis die Molekülorientierung und die Rückstellkräfte verschwunden sind. Erst dann wird unter die Erweichungstemperatur abgekühlt.
• Auch bei dieser Arbeitsweise ist es zweckmäßig, die Umformkräfte, in der Regel einen Gasüberdruck, auch nach dem Verschwinden der Rückstellkräfte bis zur Abkühlung unter die Erweichungstemperatur einwirken zu lassen, um ein Abfließen des Materials unter der Einwirkung der Schwerkraft zu vermeiden.
• Viele Kunststoffe nehmen bei der Lagerung an Luft geringe Mengen Wasser auf. Beim Erhitzen auf Temperaturen im thermoplastischen Zustandsbereich können Dampfblasen in dem Kunststoff entstehen. Um dies zu vermeiden, wird vorzugsweise der Wassergehalt des Kunststoffes vor dem Eintritt in den thermoplastischen Zustand auf weniger als 0,8 Gew.-% gesenkt. Dies kann durch Vortrocknen der zu verarbeitenden Kunststofftafel im Warmluftstrom, gegebenenfalls bei der Verarbeitung selbst geschehen. Im letztgenannten Fall beläßt man die Acrylglastafel so lange bei einer Temperatur unterhalb des thermoplastischen Zustandsbereichs, bis der Wassergehalt unter die genannte Grenze abgesunken ist und erhitzt dann weiter. Das gleiche gilt gegebenenfalls für andere flüchtige, d. h.
• unterhalb der Verarbeitungstemperatur siedende Bestandteile.
• Das Verfahren der Erfindung dient insbesondere der Herstellung von großflächigen Formkörpern, wie Lichtkuppeln oder Lampenschalen, aus ebenen Kunststofftafeln von beispielsweise 0,1 bis 2 qm Größe. Die Dicke der Tafel nimmt im allgemeinen mit der Größe zu und liegt beispielsweise zwischen 1 und 8 mm.
• Geeignete Kunststofftafeln können durch Extrusion einer thermoplastischen Formmasse aus einer Breitschlitzdüse in an sich bekannter Weise erzeugt werden.
• Unter Acrylglas werden Polymerisate des Methylmethacrylats oder Mischpolymerisate aus wenigstens 80 Gew.-% dieses Esters und höchstens 20 Gew.-% Comonomeren, wie anderen Alkylestern der Methacrylsäure oder Acrylsäurealkylestern, wobei die Alkylreste im allgemeinen nicht mehr als 4 C-Atome enthalten, verstanden. Als weitere, weniger bevorzugte Comonomere sind Acryl- und Methacrylnitril, Styrol und seine Homologen und Vinylester niederer aliphatischer Carbonsäuren zu nennen. Vernetzende Monomere mit mehr als einer polymerisierbaren Doppelbindung oder anderen vernetzungsfähigen Gruppen sind nicht geeignet. Das Molekulargewicht des Acrylglases (Gewichtsmittel) soll nicht über 500 000 liegen und beträgt vorzugsweise 100000 bis 200 000. Der für die Durchführung des Verfahrens geeignete thermoplastische Zustandsbereich für diese Polymerisate erstreckt sich von 170 bis 220°C.
• Die Kunststoffe können glasklar oder mit Pigmenten oder löslichen Farbstoffen eingefärbt und gewünschtenfalls mit flammhemmenden Zusätzen, UV-Stabilisatoren, Weichmachern und anderen Verarbeitungshilfsmitteln versetzt sein, soweit dadurch nicht die thermoplastische Verarbeitbarkeit beschränkt wird.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Acrylglas mit erhöhter Wärmeformbeständigkeit durch Umformen von ebenen Tafeln aus einen thermoelastischen und einen thermoplastischen Verformbereich aufweisendem Acrylglas mit einem mittleren Molekulargewicht nicht über 500 000 im thermoelastischen Bereich, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Tafel bzw. der Formkörper während oder nach der Umformung auf eine im thermoplastischen Zustandsbereich des Acrylglases liegende Temperatur zwischen 170 und 220°C erwärmt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Tafel im thermoelastischen Zustand mittels eines Formwerkzeugs umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des gebildeten Formkörpers auf eine Temperatur im thermoplastischen Zustandsbereich in Berührung mit dem Formwerkzeug durchgeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststofftafel bzw. der Formkörper vor dem Eintritt in den thermoplastischen Zustand so lange auf eine Temperatur unterhalb von diesem erwärmt wird, bis sein Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, insbesondere Wasser, auf weniger als 0,8 Gew.-% gesunken ist.

   Die Erfindung betrifft die Herstellung von Formkörpern durch Umformen ebener Tafeln aus thermoplastischem Acrylglas. Derartige Tafeln wurden bisher ausschließlich im thermoelastischen Zustand des Kunststoffes umgeformt und die erzeugte Gestalt durch Abkühlung unter die Erweichungstemperatur festgehalten. Der thermoelastische Zustand ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der Umformung eine elastische Rückstellkraft auftritt, so daß die verformende Kraft bis zur Abkühlung unter die Erweichungstemperatur aufrechterhalten werden muß. Beim erneuten Erwärmen des Formkörpers bis zum thermoelastischen Zustand schrumpft er auf die ursprüngliche Gestalt der ebenen Kunststofftafel zurück.

   Dieses Verfahren zur Herstellung von Formkörpern wird beispielsweise bei der Herstellung von Lichtkuppeln aus Acrylglastafeln angewendet. Dabei wird vorwiegend hochmolekulares, gegossenes Acrylglas eingesetzt, das zwar einen thermoelastischen, aber keinen thermoplastischen Zustandsbereich besitzt. Bei der Verarbeitung von Tafeln aus extrudiertem Acrylglas, das oberhalb des thermoelastischen einen thermo plastischen Zustandsbereich aufweist, wurde bisher ausschließlich die gleiche Arbeitsweise angewendet, d. h. die Umformung wurde ausschließlich im thermoelastischen Bereich vorgenommen.

   Die Gebrauchstemperatur der im thermoelastischen Bereich erzeugten Formkörper liegt weit unterhalb der Erweichungstemperatur, die den Übergang vom Glaszustand in den thermoelastischen Zustand bezeichnet Während die Erweichungstemperatur von Acrylglas bei 105 bis 1 150C liegt, ist schon bei 70 bis 800C eine beginnende Rückschrumpfung des Formkörpers bemerkbar, so daß die Gebrauchstemperatur nicht über diesem Bereich liegen darf.

   Die Rückschrumpfung bei Temperaturen unterhalb der Glastemperatur des Kunststoffes ist auf eine Orientierung der Polymermoleküle in dem Kunststoff zurückzuführen, die an der elastischen Rückstellkraft zu erkennen ist. Bei der Formgebung im thermoplastischen Zustand tritt im allgemeinen keine nennenswerte Molekülorientierung ein, so daß in diesem Zustand erzeugte Formkörper keine Rückschrumpfung unterhalb der Glastemperatur aufweisen. Dieser Idealfall wird jedoch bei der technischen Anwendung der thermoplastischen Umformung, dem Spritzgießverfahren, nicht erreicht. Infolge der Fließvorgänge tritt auch im thermplastischen Zustand eine begrenzte Molekülorientierung ein, die auch die Wärmeformbeständigkeit von Spritzgußformkörpern auf Werte unterhalb der Glastemperatur beschränkt. Als Wärmeformbeständigkeit wird nach DIN 53 458 die Temperatur bezeichnet, bei der eine bestimmte, bleibende Formänderung stattfindet.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Formkörper aus Acrylglas mit erhöhter Wärmeformbeständigkeit durch Umformen von ebenen Tafeln aus einen thermoelastischen und einen thermoplastischen Verformbereich aufweisendem Acrylglas mit einem mittleren Melokulargewicht nicht über 500 000 herzustellen.

   Dabei soll die Wärmeformbeständigkeit der Glastemperatur des Kunststoffes weitestmöglich angenähert werden.

   Es wurde gefunden, daß man Formkörper aus Acrylglas mit erhöhter Wärmeformbeständigkeit dadurch erhält, daß man die Tafel aus Acrylglas mit den oben genannten Verformbereichen während der Umformung oder einen aus der Tafel in bekannter Weise erzeugten Formkörper nach der Umformung auf eine im thermoplastischen Zustandsbereich des Acrylglases liegende Temperatur zwischen 170 und 2200 erwärmt.

   Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird entweder eine Formgebung ohne Molekülorientlerung erreicht oder eine nach der herkömmlichen Formgebung im thermoelastischen Bereich entstandene Molekülorientierung durch nachträgliches Erhitzen bis zum thermoplastischen Zustand aufgehoben. Der thermoplastische Zustand muß in der gesamten Materialdicke erreicht werden, darf also nicht auf die Oberfläche beschränkt bleiben.

   Aus der DE-PS 8 15 616 ist es bereits bekannt, die Oberfläche von Gegenständen aus thermoplastischen Kunststoffen bis zum beginnenden Schmelzfluß zu erhitzen und die Erhitzung dann sofort abzubrechen.