DE3107489A1

DE3107489A1 - Verfahren zur herstellung von halbzeugen und formteilen direkt aus stromdurchflossenem thermoplastgranulat

Info

Publication number: DE3107489A1
Application number: DE19813107489
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Breil; Georg Prof. Dr.-Ing. Menges; Helmuth Dipl.-Ing. 5100 Aachen Reichstein
Original assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Current assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Priority date: 1981-02-27
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1982-09-16

Description

Bezeichnung: Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen
und Formteilen aus direkt stromdurchflossenem Thermoplastgranulat oder Pulver Mit dem durch die Patentansprüche beschriebenen Verfahren kann elektrisch leitfähiges Thermoplastgranulat unmittelbar durch elektrischen Stromfluß aufgeheizt werden.
Dadurch ist es möglich, Formteile und Halbzeuge von beliebiger Dicke in kurzen Zeiten (10 sec bis 3 min) herzustellen und direkt zu entformen, wodurch lange Kühlzeiten entfallen. Der Vorteil des Verfahrens liegt auch in einer homogenen Wärmeverteilung, da die Wärme nicht über die Werkzeugwände zugeführt wird, sondern dem Material direkt.
Die für den Verfahrensablduf notwendigen Vorauss<;#tzu#i##en sind.
dadurch gegeben, ~daß: - das zu verarbeitende Granulat durch geeignete Zusätze, z. B.
von Ruß oder Graphit, elektrisch leitfähig ist, - der Druckbehälter aus einer Anordnung Von elektrisch gut leitenden Elektroden und elektrisch isolierenden Wänden besteht.
Der Verfahrensablauf beginnt mit dem Einfüllen des entspre#chend geeigneten Granulats in den Druckbehältet, wo es anschließend vorgepreßt werden muß, um eine genügend homogene Leitfähigkeit im Material zu erreichen.
Dann wird an die Elektroden eine Spannung angelegt, die einen entsprechenden Stromfluß über die durch ihren elektrischen Widerstand gekennzeichnete Probe zur Folge hat. Dabei kommen sowohl Gleich-, als auch Wechsel- und Stoßspannungen in Frage, da für die Erwärmung des Materials im wesentlichen die zugeführte (lektische Energie maßgeblich ist. Diese, karn# Silber dl e Stroms@ärke und die Stromflußdauer direkt und den Preßdruck indirekt yeregelt werden.
Der Preßdruck kann bei dem Verfahren vor, während oder nach dem.
Stromfluß bis zu seinem Maximalwert gesteigert werden, um für den jeweiligen Materialtyp die optimale Verbindung der Granulatkorn-Oberflächen zu erreichen. Der plastisch verformbare elektrisch erwärmte Formkörper kann als Halbzeug verwendet werden oder durch einen unmittelbar anschließenden Umformvorgang, z. B.
Pressen oder Tiefziehen, in die endgültige Endform gebracht werden.
Das Verfahren ist besonders gut für die Verarbeitung von Thermoplasten mit hoher Schmelzeviskosität geeignet, da diese Materialien bisher mit einem zeit- und energieaufwendigen Sinterverfahren behandelt wurden. Dabei werden Werkstoffe wie ültrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE) und Polytetrafluorethylen (PTFE) als vorgepreßt Vorformlinge in einen Sinterofen gebracht und müssen dort für den oft stundenlang dauernden Sintervorgang verweilen. Dadurch werden sehr lange Zykluszeiten und ein hoher Energioaufwand für die Beheizung des Ofens bedingt.
Die Herstellung der Formteile nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden in einem Versuchs zylinder aus gewebeverstärktem Epoxyharz mit Metallummantelung durchgeführt. Die Stromzuführung und die Aufbringung des Preßdrucks wurde durch zwei Kupferkolben erreicht.
Als stnlaterial wurde UtIM2PE mit 10 % Graphitanteil verwendet, das in dem Versuchszylinder zunächst mit einem Druck von 120 bar vorgepreßt wurde. Dann wurde über die Probe eine Minute lang ein Wechselstrom von 10 Ampere geleitet und anschließend der Preßdruck erhöht. Das Ergebnis war nach dem Abkühlen ein Zylinder aus homogenem zusammengesinterten Material, das sich in der Struktur von herkömmlich gesinterten Proben nicht unterschied.
Die Vorteile dieses Verfahrens gegenüber herkömmlichen Sinterverfahren zur Herstellung dickwandiger Formteile sind: - Der Verfahrensablauf ist einfacher und kürzer.
- Der Aufwand an Maschinen und Geräten ist geringer.
- Der Energieaufwand ist geringer.
Eine weitere Anwendung des Verfahrens bietet ein Extruder, dessen Zylinder die eine, dessen Schnecke oder Stempel oder Torpedoeinsatz die andere Elektrode trägt. Ein elektrisch leitfähiger Kunststoff kal (Iann in den Schneckengängen bzw. Zwischenräumen zwischen den Elektroden sehr schnell erwärmt werden.
Die Erwärmung kann auch in einem Vorsatz hinter einer reinen Förderschnecke erfolgen.
Eine weitere Nutzung bietet das Verfahren für elektrisch nicht leitfähige Kunststoffe, die als Granulat an den Oberflächen leitfähig gemacht wurden. Hier erwärmt sich bei Anlegen eines Stroms nur die Oberfläche der Partikel. Bei einer sofort anschließenden Formgebung fließt die Wärme aus den Füge zonen in das Granulatkorninnere ab, sodaß das Teil schnell erkaltet. Formteile beliebiger Dicke können praktisch unrtlittelbar entformt werden.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen oder Formteilen aus Kunststoffgranulat oder Pulver, dadurch gekennzeichnet, daß elektrischer Strom durch das Haufwerk geleitet wird, wodurch dieses sich erwärmt, sodaß die kerner an der Oberfläche verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung durch beliebige Stromarten (Gleichstrom, Wechselstrom usw.), die direkt durch das Material fließen, erfolgen kann
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 zur Herstellung von Forrte##<:n oder Halbzeugen beliebiger Dicke, dadurch gekennzeicnnet r daß die Formkörper entweder vor, nach oder während des Stromflusses mit mechanischem Druck beaufschlagt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Einwirkung von Druck und Temperatur entweder Endprodukte oder Formkörper entstehen, die ohne weitere Zwischenbehandlung in formgebenden Werkzeugen weiterverarbeitet werden können.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Kunststoffes nicht in einem Formnest, scnceitn in einem Extruder erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder des Extruders die eine, die Schnecke die andere Elektrode trägt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung zwischen den Elektroden in einem Aufsa auf eine reine Förderschnecke erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein nicht elektrisch leitender Kunststoff in Granulatform mit einer leitfähigen Substanz überzogen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 und 8, dadurch gekennzeichr.Et, daß die Erwärmung so schnell erfolgt, daß nur die Partikelobcrflächen aufschmelzen, sodaß die auftretende Wärme ins Granulatkorninnere abfließen kann, um eine schnelle Entformbarkcit tjeliebig dicker Formteile zu ermöglichen.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein reaktionsfähiges Gemisch aus Polymer mit oder ohne Füllstoffe handelt, das nach der Formgebung in der durch die Widerstandswirkung entstandenen Wärme ausvernetzt.