DE3843577A1 - Verfahren zur herstellung von formteilen aus kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von dicken Formteilen oder Formteilen mit Bereichen unter­ schiedlich starken Querschnitts, wie Kammer- und Membranfil­ terplatten, aus thermoplastischem Kunststoff, bei welchem man in eine Preßform einen in einem vorgeschalteten Arbeitsgang wie Extrudieren oder Gießen und ggf. Pressen, hergestellten Vorformling oder Teile eines solchen Vorformlings einlegt, um den Vorformling unter Druck und ggf. Wärme zu dem fertigen Formteil zu verpressen.

Die Herstellung von dicken plattenförmigen Formteilen oder Formteilen mit Bereichen unterschiedlich starken Querschnitts, wie Kammer- und Membranfilterplatten, bereitet erhebliche Schwierigkeiten, weil durch die große bzw. durch die unter­ schiedliche Materialstärke beim Abkühlen in der Preßform nach der Herstellung aus auf Schmelztemperatur gebrachten und geschmolzenem Kunststoff die Bildung von Lunkern, Einfall­ stellen in der Oberfläche und Spannungen, die bis zu Rißbil­ dungen führen können, auftreten. Daher muß bisher die Abküh­ lung der Preßform sehr langsam und vorsichtig unter stehen­ bleibendem Preßdruck vorgenommen werden.

Um bei Formteilen mit unterschiedlichem Querschnitt ein homogenes Materialgefüge ohne Lunkerbildung, Einfallstellen und dgl. Störungen zu erzielen, ist in der DE 31 58 857 C2 ein Verfahren beschrieben, bei welchem in die Preßform vorgefer­ tigte Teilformlinge, nämlich ein den fertigen Rand einer Filterplatte bildender Rahmen sowie Stütznocken, eingelegt werden. Sodann werden die übrigen in der Preßform verbleiben­ den Hohlräume mit Kunststoffgranulat gefüllt und dann mit dem vorgefertigten, den Rand bildenden Rahmen und den Stütznocken unter Beheizung der Preßform verpreßt. Während des Heiz- und Preßvorgangs werden das Granulat und Oberflächenbereiche der vorgefertigten Rahmen- und Nockenteile auf Schmelztemperatur gebracht und miteinander verbunden. Man erhofft sich, daß dann während der Abkühlung der Fertigformling überall um den gleichen Betrag schrumpft. Spannungen und Rißbildungen treten hierbei jedoch immer noch am Übergang von den dünneren zu den dickeren Materialbereichen, also insbesondere im Bereich zwischen Plattenspiegel und Randbereich einerseits sowie Plattenspiegel und Nockenbereich andererseits auf. Dies liegt insbesondere daran, daß das Kunststoffmaterial gerade in diesen Übergangsbereichen durch die von der Preßform her in das Kunststoffmaterial eingebrachte Wärme verhältnismäßig schlecht aufgeschmolzen wird. Dieses bekannte Verfahren ist außerdem kostenaufwendig, weil zunächst einmal die Teilform­ linge gesondert hergestellt werden müssen, während des gesamten Abkühlprozesses die Preßform belegt ist und daher nur geringer Durchsatz erzielt werden kann.

Aus der DE 31 38 858 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung von Fertigformlingen unterschiedlichen Querschnitts aus thermo­ plastischem Kunststoff bekannt, bei dem eine aus einem Ober­ und Unterteil bestehende beheizbare Preßform ein plattenför­ miger Vorformling in die geöffnete Form eingelegt, die Form geschlossen und der Vorformling unter Wärme und Druck zum Fließen gebracht, die Preßform dadurch vollständig gefüllt und nach Öffnen der Form der Fertigformling entnommen wird. In einer ersten Phase wird dabei der Vorformling mit geringem Druck beaufschlagt, um ihn durch die erhitzte Preßform zu schmelzen, und dann in einer zweiten Phase in zeitlicher Anpassung an den Oberflächenschmelzvorgang des Vorformlings der Abstand zwischen Ober- und Unterteil der Preßform durch Drucksteigerung zunehmend vermindert. Das an beiden Ober­ flächen des plattenförmigen Vorformlings geschmolzene Material wird durch den Druck der Preßform in den Randbereich gedrängt und füllt schließlich den gesamten Randbereich aus. Auch diese Art der Herstellung erfordert einen hohen Aufwand an Zeit und technischer Erfahrung und schließt dabei die Bildung von Lunkern, einfallenden Stellen und dgl. Störstellen in der Oberfläche des Fertigformlings sowie sich bildende Spannungen, welche zu Rißbildungen führen können, nicht mit Sicherheit aus.

Aus der DE 31 49 701 C2 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Filterplatten mit Dichtrand und ebenem Zentralbereich aus thermoplastischem Kunststoff oder dgl. bekannt, mit zwei jeweils im wesentlichen ebene obere und untere Preßtische aufweisenden Stapelpressen, wobei die Pressentische der einen Presse heizbar und die Pressentische der anderen Presse kühl­ bar sind und bei der die Pressentische unter Druckbeauf­ schlagung mit regelbarem Druck gegeneinander bewegbar sind, mit einer im wesentlichen horizontal angeordneten heiz- und kühlbaren, aus einem Ober- und einem Unterteil bestehenden Form, wobei die Form mit Unter- und Oberteil separat von den Pressentischen ausgebildet und nacheinander in die Heizpresse und in die Kühlpresse einsetzbar ist, und mit einer Trans­ porteinrichtung zum Einbringen der mit Kunststoff-Ausgangs­ material gefüllten Form in die Heizpresse zum Weitertransport derselben in die Kühlpresse nach Beendigung des Schmelzvor­ ganges und zum Austransport der Form aus der Kühlpresse. Dabei werden in die offene Preßform an den Stellen, an denen Materialverdickungen hergestellt werden sollen, nämlich im Bereich des Dichtrandes und von Stütznocken der herzustellen­ den Filterplatte, ein entsprechend der herzustellenden Außen­ kontur vorgefertigter Kernrahmen sowie Kernnocken aus massivem Kunststoffmaterial eingelegt und der Rest des Formhohlraumes mit Kunststoffgranulat ausgefüllt. Die Gesamtmenge des eingefüllten Kunststoffmaterials ist dabei so bemessen, daß sich nach Fertigstellung der Filterplatte die gewünschten Dimensionen ergeben. Beim Preßvorgang wird das Kunststoff­ material aufgeschmolzen und unter konstanter, verhältnismäßig geringer Druckbeaufschlagung werden die Formteile aufeinander zubewegt, bis sie praktisch aneinanderliegen. Danach wird die Preßform von der Heizpresse in die geöffnete Kühlpresse gefördert, um dort allmählich abgekühlt zu werden. Für dieses Verfahren ist ein erheblicher Anlagen- und Zeitaufwand erforderlich, obgleich durch die Verwendung der Vorformlinge die erforderliche Aufschmelz- und Formzeiten in der Heizpresse selbst herabgesetzt werden können. Spannungen und Rißbildungen im kritischen Übergangsbereich zwischen den verhältnismäßig dünnen und den verhältnismäßig dicken Bereichen der Filter­ platte können auch hier nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein wirtschaft­ liches Verfahren zur Herstellung von dicken Formteilen oder Formteilen mit Bereichen unterschiedlich starken Querschnitts aus thermoplastischem Kunststoff vorzuschlagen, mit welchem Endprodukte einheitlichen Materialgefüges ohne die Gefahr von Spannungen oder Rißbildungen, Lunkerbildung, eingefallener Stellen oder dgl. Störungen erhalten werden.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gelöst, daß man den Vorformling vor dem Einlegen in die Preßform extern all­ mählich von der Temperatur, wie sie für das Extrudieren oder Gießen bei der Herstellung des Vorformlings erforderlich ist, auf eine möglichst tiefe Temperatur abkühlt oder abkühlen läßt, bei welcher der Vorformling sich aber noch unter dem Preßdruck der Preßform verformen läßt, dann das Verpressen in die endgültige Gestalt des fertigen Formteils vornimmt und das Formteil endgültig auf Umgebungstemperatur abkühlt oder ab­ kühlen läßt. Das Abkühlen oder Abkühlenlassen des Vorform­ lings kann bspw. durch partielle Isolierung oder in einer Temperiervorrichtung unter atmosphärischem Druck im Er­ starrungstemperaturbereich erfolgen. Verwendet man bspw. Poly­ propylen als thermoplastisches Kunststoffmaterial, so wird der Vorformling bzw. werden die Teile eines solchen Vorformlings von einer Temperatur zwischen etwa 180° bis 250°C, mit wel­ cher das Kunststoffmaterial beispielsweise in einer Form vorgeformt wird, bspw. unter partieller Isolierung oder in einer Temperiervorrichtung auf eine möglichst tiefe Tempe­ ratur, aber unter Druck noch verformbar abgekühlt und mit dieser Temperatur in die Preßform für das Verpressen ggf. zusammen mit weiteren thermoplastischen Kunststoffmaterial eingelegt. Im Gegensatz zum Stand der Technik hat der Vorform­ ling also nicht insgesamt Umgebungstemperatur, sondern eine Temperatur, unter welche er noch unter dem Preßdruck verform­ bar ist, so daß z.B. die Rand- und Stütznockenbereiche end­ gültig ausgeformt werden können. Nach dem Verpressen braucht das fertige Formteil nur noch von dieser niedrigen Temperatur auf Umgebungstemperatur abzukühlen, wodurch die Abkühlzeit in der Preßform erheblich abgekürzt wird. Da der Vorformling auch keine Bereiche mehr enthält, in welchen sich das Kunststoff­ material auf hoher Schmelztemperatur befindet, ist auch keine Gefahr der Bildung von Lunkern, eingefallenen Stellen oder dgl. Störungen in den dickeren Materialbereichen mehr vor­ handen. Der Durchsatz der Preßform kann dadurch erheblich gesteigert werden, daß die Abkühlung des fertigen Formteils in der Preßform nicht mehr ausgehend von der ursprünglich hohen Schmelztemperatur, die bei der Herstellung des Vorformlings vorliegt, aus erfolgt, sondern lediglich von der Temperatur wenig oberhalb oder innerhalb des Erstarrungsbereichs des Kunststoffmaterials.

Während der temperierte Vorformling beim Einbringen in die Preßform im wesentlichen die Gestalt einer Platte von im wesentlichen gleichmäßiger Stärke haben kann, ist nach einem weiteren vorteilhaften Erfindungsmerkmal vorgesehen, daß man einen Vorformling verwendet, welcher bereits der Gestalt des fertigen Formteils angenähert ist. Hiernach braucht bei der Fertigstellung des Formteils nur noch eine geringe Preßver­ formung des Vorformlings unter dem Preßdruck der Preßform zu erfolgen.

Weiteres thermoplastisches Kunststoffmaterial kann man bspw. als ungestaltete Masse in die Preßform einbringen oder als vorgeformte Folie oder dünne Platte von im wesentlichen gleicher Stärke in die Preßform einlegen, und zwar in beiden Fällen vorzugsweise mit der Temperatur im Erstarrungsbereich oder nur wenig oberhalb des Erstarrungsbereichs des Kunst­ stoffmaterials. Im ersteren Falle erfolgt in der Preßform unter dem Preßdruck ein Verdrängen des Kunststoffmaterials auch in die Randbereiche der Preßform, in welcher noch kein weiteres thermoplastisches Kunststoffmaterial vorhanden ist, während beim Einlegen von Folien oder dünnen Platten diese bereits beidseitig den Vorformling bzw. die Teile eines solchen Vorformlings überdecken können und beim Verpressen des fertigen Formteils im wesentlichen nur die genaue Oberflächen­ gestalt des fertigen Formteils ausgebildet wird. Bei der Verwendung einer ungestalteten Masse als weiteres thermo­ plastisches Kunststoffmaterial kann dieses bspw. der Preßform aus einem Extruder zugeführt werden. Bei der Herstellung des Vorformlings mit einem Extruder kann aus einem Kunststoff­ granulat eine Schmelze hergestellt werden, welchem ein Kunst­ stoffgranulat zugemischt wird, wobei die Temperatur der Schmelze und des dieser zugemischten Granulats so aufeinander abgestimmt werden, daß die Schmelze-Granulat-Mischung, welche die Extruderdüse verläßt, die gewünschte Temperatur in den Erstarrungsbereich oder wenig oberhalb des Erstarrungsbereichs des Kunststoffmaterials hat. Bei der Temperatureinstellung kann ferner berücksichtigt werden, daß das der Schmelze zu­ gemischte Granulat lediglich oberflächlich angeschmolzen wird, während die Kernbereiche des Granulats fest bleiben, wodurch trotz inniger Einbindung des Granulats in die Schmelze der Abkühlvorgang des weiteren thermoplastischen Kunststoff­ materials noch weiter beschleunigt werden kann.

Insbesondere dann, wenn für die Herstellung des Vorformlings ein Kunststoffmaterial von geringerer Qualität verwendet wird, kann es mit einem weiteren Merkmal der Erfindung zweckmäßig sein, in Angrenzung an den Vorformling in die Preßform eine flächenförmige, im wesentlichen sämtliche Bereiche des Vor­ formlings überdeckende Verstärkungseinlage, z. B. ein impräg­ niertes Verstärkungsgewebe, einzulegen. Auf diese Weise er­ halten insbesondere auch die kritischen Übergangsbereiche zwischen stärkeren und weniger starken Materialbereichen des fertigen Formteils eine zusätzliche Stabilisierung gegen Riß­ bildung und Bruch.

Dabei kann zur weiteren Vereinfachung der Verfahrensführung die Verstärkungseinlage bspw. Bestandteil des folien- oder plattenförmigen weiteren Kunststoffmaterials sein, so daß die Verstärkungseinlage nicht gesondert in die Preßform eingelegt zu werden braucht.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich darge­ stellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch im Schnitt eine Preßform zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit eingelegtem Vorformling und

Fig. 2 die Preßform entsprechend Fig. 1, nachdem das Form­ teil seine endgültige Gestalt angenommen hat.

Die Preßform 1 besteht aus einem Unterteil und einem Oberteil, welche zur Ausübung eines Preßdruckes auf das darin zu bil­ dende Formteil aufeinanderzufahrbar sind, sowie aus einem Rahmen 2. Die Preßform 1 kann in herkömmlicher Weise, bspw. mittels entsprechend temperierter Medien, heizbar und/oder kühlbar sein. Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in die geöffnete Preßform 1 ein Vorformling 2 eingelegt, welcher nach vorheriger Herstellung z.B. in einer Vorform bereits aus der Schmelzentemperatur von - bei Polypropylen - etwa 180° bis 250°C auf eine Temperatur in oder wenig ober­ halb des Erstarrungsbereichs des Kunststoffmaterials, bei Polypropylen also etwa auf 140° bis 165°C, z.B. in einer separaten Temperiervorrichtung gleichmäßig abgekühlt worden ist, so daß sich - auch in etwa vorhandenen dickeren Material­ bereichen am Rand des Vorformlings - keine Lunker ergeben haben. Der Vorformling 2, welcher vorzugsweise Plattengestalt hat, wie in Fig. 1 dargestellt, ist also noch unter dem Pressendruck in die endgültige Gestalt des Formteils ver­ formbar. Der Vorformling 2 kann aber auch mehr oder weniger umgestaltet oder auch schon stärker an die endgültige Gestalt des fertigen Formteils 4 angenähert sein.

Beim Zusammenfahren von Oberteil und Unterteil der Preßform 1, was in Fig. 1 durch Pfeile dargestellt ist, wird das Werkzeug auf einer solchen Oberflächentemperatur gehalten, daß der Vorformling 2 unter dem Preßdruck in die endgültige Gestalt des fertigen Formteils 4 gebracht wird. Danach kann das end­ gültige Abkühlen des fertigen Formteils in der Preßform 1 erfolgen, was jedoch gegenüber herkömmlichen Herstellungs­ verfahren nur noch verhältnismäßig wenig Zeit in Anspruch nimmt, da lediglich noch eine Abkühlung aus dem Temperaturbe­ reich des Erstarrungsbereichs des Kunststoffmaterials oder wenig darüber auf Umgebungstemperatur erfolgen muß. Hierbei besteht nicht mehr die Gefahr von Lunkerbildungen in den stärkeren Materialbereichen, weil die Viskosität der etwa noch vorhandenen Schmelze schon sehr hoch ist oder weil in dem Teilkristallisationsbereich zum Teil gar keine Schmelze mehr vorhanden ist. Aufgrund des nur noch erforderlichen geringeren Temperaturabfalls erfolgt ein im wesentlichen gleichmäßiges Schrumpfen über das gesamte Formteil. Die Preßform 1 bleibt daher nur für diese kurze Abkühlzeit belegt, so daß ein höherer Durchsatz erzielt werden kann.

Während der Abkühlung in der Preßform 1 kann der Preßdruck verändert und so hoch wie möglich eingestellt werden. Der Rahmen 2 kann einige Male kurzzeitig über die Schmelztempe­ ratur der Kunststoffe aufgeheizt werden, so daß ein Austrieb 4 entsteht.

Bezugszeichenliste:

1 Preßform
2 Vorformling
3 Rahmen
4 Austrieb

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von dicken Formteilen oder Form­ teilen mit Bereichen unterschiedlich starken Querschnitts, wie Kammer- und Membranfilterplatten, aus thermoplastischem Kunst­ stoff, bei welchem man in eine Preßform einen in einem vor­ geschalteten Arbeitsvorgang, wie Extrudieren oder Gießen und ggf. Pressen hergestellten Vorformling oder Teile eines solchen Vorformlings einlegt, um den Vorformling unter Druck und ggf. Wärme zu dem fertigen Formteil zu verpressen, dadurch gekennzeichnet, daß man den Vorformling vor dem Einlegen in die Preßform extern allmählich von der Temperatur wie sie für das Extrudieren oder Gießen bei der Herstellung des Vorform­ lings erforderlich ist auf eine möglichst tiefe Temperatur abkühlt oder abkühlen läßt, bei welcher der Vorformling sich aber noch unter dem Preßdruck der Preßform verformen läßt, dann das Verpressen in die endgültige Gestalt des fertigen Formteils vornimmt und das Formteil endgültig auf Umgebungs­ temperatur abkühlt oder abkühlen läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen z.B. plattenförmigen Vorformling verwendet, welcher bereits der Gestalt des fertigen Formteils angenähert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man außer dem Vorformling oder von Teilen eines solchen weiteres thermoplastische Kunststoffmaterial als ungestaltete Masse in die Preßform einbringt oder als vorgeformte Folie oder dünne Platte von im wesentlichen gleicher Stärke in die Preßform einlegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man in Angrenzung an den Vorformling in die Preßform eine flächenförmige, im wesentlichen sämtliche Be­ reiche des Vorformlings überdeckende Verstärkungseinlage, z. B. ein Verstärkungsgewebe, einlegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinlage Bestandteil des folien- oder plattenförmigen weiteren Kunststoffmaterials ist.