DE4427206A1

DE4427206A1 - Verfahren zur Herstellung von Formteilen mittels Polymerisation von Lactamen in Formen

Info

Publication number: DE4427206A1
Application number: DE19944427206
Authority: DE
Inventors: Bernd-Klaus Nusdorfer; Albrecht Peiffer
Original assignee: G Schwartz GmbH and Co KG
Current assignee: Schwartz GmbH
Priority date: 1994-08-01
Filing date: 1994-08-01
Publication date: 1996-02-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen mittels Polymerisation von Lactamen in Formen. Die Erfindung betrifft weiterhin neu artige, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Formteile.

Die technische Herstellung von Formteilen aus Lactamen, vorzugsweise durch die aktivierte alkalische Schnellpolymerisation oder Blockpolymerisation wird seit etwa 30 Jahren angewendet. Unter Formteilen sind im Sinne der vor liegenden Erfindung die mittels der bekannten Gieß- und Poly merisationstechniken herstellbaren Elemente, zu denen Halbzeuge, Form elemente und dgl. gehören, zu verstehen.

Formteile aus Lactamen werden durch die Polymerisation von Lactamen in Gießformen hergestellt und sind gegenüber herkömmlichen Kunststoffelementen beispielsweise auch aus Polyamid im allgemeinen härter, steifer und abriebfester. Dies liegt in erster Linie an der höheren Kristallinität. Durch die Festlegung der verfahrensseitigen Randbedingungen wie Temperatur, Verweilzeit usw., sowie durch die Wahl der zu verwendenden Additive und der Nachbehandlung können die jeweiligen technologischen Eigenschaften der Formteile beeinflußt werden. Die meisten dieser genannten Bedingungen sind allerdings nur mit sehr großem wirtschaftlichen und technischen Aufwand einhaltbar. Die hohe Kristallinität bewirkt vor allem, daß die aus Lactamen hergestellten Formteile auch eine hohe Sprödigkeit aufweisen. So können die aus Lactamen in herkömmlichen Verfahren hergestellten Formteile durch plötzlich auftretende Überlasten durch einen explosionsartigen Bruch aufgrund eines sogenannten Kaltflusses zerstört werden. Für sicherheitsrelevante Bauelemente kann dies zu erheblichen Schäden führen.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu grunde, ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen mittels Polymerisation von Lactamen in Formen dahingehend zu verbessern, daß die Widerstandsfähigkeit der verfahrensgemäß hergestellten Formteile gegen plötzlich auftretende Lastspitzen vergrößert und die Reproduzierbarkeit der definierbaren technologischen Eigenschaften der verfahrensgemäß hergestellten Formteile verbessert werden.

Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Her stellung von Formteilen mittels Polymerisation von Lactamen in Formen vorge schlagen, bei welchem vor dem Polymerisationsvorgang in die Form ein Faser verbundmaterial zur Einbettung in das Formteil eingebracht wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ermöglicht, durch die gezielte Einbringung von Faserverbundmaterial die Reproduzierbarkeit der techno logischen Eigenschaften des Formteilmaterials zu verbessern. Hierzu gehören beispielsweise Zugfestigkeit, E-Modul, Schlagzähigkeit und dergleichen. Unter Faserverbundmaterial sollen im Sinne der Erfindung neben Rovings, Geweben und Matten auch Fliese und Filze verstanden werden, d. h. gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung Nadelfliese bzw. -filze, Gewebe, Rovings, Rovinggewebe und Matten, vorzugsweise aus Glasfasern, bzw. Kunstfasern. Wesentlich ist die Berücksichtigung der Verträglichkeit des Werkstoffes (Matrix) mit dem Gewebe, woraus sich die technologischen Eigenschaften er geben.

Das Faserverbundmaterial wird gemäß einem Vorschlag der Erfindung ortsfest in die Form eingelegt, so daß sich der geometrische Ort des Faserverbund materials im Werkstück sicherstellen läßt. In vorteilhafter Weise wird die Form mit dem eingelegten Gewebe auf eine Temperatur von 120°C bis 190°C, vorzugsweise 145°C bis 180°C gebracht. Gemäß einem Vorschlag der Erfindung werden die Lactame nach dem Einlegen des Faserverbundmaterials in die Form eingegossen. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Lactame mit den erforderlichen Additiven vor dem Eingießen in die Form aufgeschmolzen werden, wobei in vorteilhafter Weise eine Temperatur von 110°C bis 140°C, vorzugsweise 116°C bis 125°C eingestellt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Form nach dem Eingießen der Lactame geschlossen und evakuiert. Zusätzlich oder alter nativ kann gemäß einem Vorschlag der Erfindung die Form während und/oder nach dem Eingießen der Lactame rotieren. Dabei werden in vorteilhafter Weise Rotationsgeschwindigkeiten von 30 bis 250 U/min (Umdrehungen pro Minute) eingestellt. Bei diesen Geschwindigkeiten kann die Form auch biaxial rotiert werden, was für die Hohlkörperherstellung vorteilhaft ist. Dieses Verfahren ermöglicht das etappenweise Eingießen der Lactame, so daß nacheinander Einzelgüsse in Abhängigkeit von der Viskosität der Schmelze durchgeführt werden können. Dieses Verfahren ermöglicht auch das nachträgliche Einlegen von Faserverbundmaterial, sofern die erforderlichen Verfahrensparameter hinsichtlich der Lactamschmelze aufrechterhalten werden, so daß es nicht zu einer vollständigen Polymerisation kommen kann.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Vorschlag der Erfindung werden Um drehungsgeschwindigkeiten zwischen 100 und 2000 U/min eingestellt. Der Einguß in die rotierende Form erfolgt im Drehzentrum. Alle genannten Verfahren stellen sicher, daß Lufteinschlüsse in den hergestellten Formteilen vermieden werden und ein guter Verbund zwischen Gießmasse und Faserverbundmaterial hergestellt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Formteile mit repro duzierbaren technologischen Eigenschaften herstellen, wobei grundsätzlich die Widerstandsfähigkeit gegen plötzlich auftretende Lastspitzen erhöht ist. Die beispielsweise mechanischen Eigenschaften lassen sich durch die Art des Faserverbundmaterials, die Art der Ablage hinsichtlich Lagenzahl, Faser richtung und dgl. beeinflussen.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Formteil ist hin sichtlich seines Aufbaus und seiner technologischen Eigenschaften neu.

Überraschend ist insbesondere die Bestimmbarkeit und Reproduzierbarkeit der technologischen Eigenschaften.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Flußdiagramm zur Erläuterung des Verfahrens ablaufes und

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels für ein Formbauteil.

Die Ausführungsbeispiele werden anhand des in Fig. 1 gezeigten schematischen Flußdiagrammes erläutert.

Zunächst werden in den Schritten 1 und 2 die Lactame und die erforderlichen Additive in den vorgesehenen Mengen bereitgestellt und spezifiziert. Unter Spezifikation ist die quantitative und qualitative Zuordnung der einzelnen Rohstoffe zueinander zu verstehen, die, unter anderem abhängig von techno logischem Know-how, eine erfolgreiche Verfahrensdurchführung beeinflussen. Beispielsweise kann eine genaue Spezifikation den Anteil an extrahierbaren Bestandteilen des Werkstoffs, also Mono- und Oligomere, unter 2% halten, so daß die technologischen Eigenschaften nicht nachhaltig verschlechtert werden.

Im Verfahrensschritt 6 wird das Faserverbundmaterial in entsprechenden Mengen, Zuschnitten und Spezifikationen bereitgestellt. Je nach gewünschter technologischer Eigenschaft kann das Faserverbundmaterial ausgewählt werden.

Beispielsweise können Rovingglasgewebe, Textilglasmatten, Glasnadelfilze oder Glasnadelfliese eingebracht werden. Bei der Anwendung von Roving glasgeweben ist auf einen homogenen Verbund zwischen Matrix und Faser zu achten. Die Knotenpunkte der Textilglasmatten können mit geeigneten duroplastischen Klebern verbunden sein. Die schaumartige Struktur von Filzen und Fliesen unterstützt die signifikante Erhöhung der Schlagab sorptionsfähigkeiten beim hergestellten Werkstück.

Im Verfahrensschritt 3 werden die Lactame und die Additive gemischt und eingeschmolzen. Eine Temperatursteuerung 4 und eine Zeitsteuerung 5 sorgen für die Erzeugung einer wunschgemäßen Schmelze mit definierten Eigen schaften und einem definierten, verfahrensspezifischen Verhalten.

Die im Verfahrensschritt 6 bereitgestellten Faserverbundmaterialien werden in die Form 7 eingebracht. Eine Temperatursteuerung 8 sorgt für die Einhaltung der gewünschten Temperaturen. In Abhängigkeit von den Zeitsteuerungen 9 und 10 erfolgt der Einguß der Lactamschmelze und in Abhängigkeit von der Verfahrenssteuerung 11 die anschließende Polymerisation.

Zur Verfahrenssteuerung gehört beispielsweise das Schließen und Evakuieren der Form nach erfolgtem Einguß, das Drehen der Form zur Erzeugung eines Schleudergusses, wobei Drehzahlen zwischen 100 und 2000 U/min vorteilhaft sind. Der Einguß erfolgt im Drehzentrum. Bei einem Rotationsguß, z. B. Biaxial-Guß, wird eine Rotationsgeschwindigkeit zwischen 30 und 250 U/min eingestellt. Dieses Verfahren ermöglicht ein etappenweises Eingießen in Abhängigkeit von dem Anstieg der Viskosität der Schmelze in der Form.

Nach erfolgter Polymerisation läßt sich das fertige Werkstück in der Regel einfach der Form entnehmen.

Nach der Entnahme können durch die Lagerung der Werkstücke in einer definierten Atmosphäre, beispielsweise in einer beheizten oder luftaus tauschfreien Atmosphäre, erwünschte Nachkristallisationseffekte erzielt werden.

Wie die Fig. 2 am Beispiel einer Seilrolle zeigt, lassen sich durch die ortsfeste Fixierung des Faserverbundmaterials in der Form definierte Ablagen des Faser verbundmaterials in dem Formteil bewirken, so daß definierte technologische Eigenschaften die Folge sind. Das erhaltene Formteil 12 besteht dann aus dem Lactamkörper 13, in welchem das Faserverbundmaterial, im gezeigten Aus führungsbeispiel Fasermatten 14, in definierter Weise eingelegt sind.

Bezugszeichenliste

1 Lactame (Spezifikation)
2 Additive (Spezifikation)
3 Mischung
4 Temperatursteuerung
5 Zeitsteuerung
6 Faserverbundmaterial (Spezifikation)
7 Form
8 Temperatursteuerung
9 Zeitsteuerung
10 Zeitsteuerung
11 Verfahrenssteuerung
12 Formteil
13 Lactam-Körper
14 Fasermatten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen mittels Polymerisation von Lactamen in Formen, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Polymerisationsvorgang in die Form ein Faserverbund material zur Einbettung in das Formteil eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserver bundmaterial ortsfest in die Form eingelegt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Form mit dem eingelegten Faserverbundmaterial auf eine Temperatur von 120°C bis 190°C erwärmt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Faserverbundmaterial durch Glasfasern gebildet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserverbundmaterial durch Kunststoffasern gebildet ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß als Faserverbundmaterial Nadelflies bzw. -filz verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Faserverbundmaterial Rovings verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß als Faserverbundmaterial Gewebe verwendet werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß als Faserverbundmaterial Matten verwendet werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lactame nach dem Einlegen der Faser in die Form ein gegossen werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lactame zusammen mit Additiven vor dem Eingießen in die Form aufgeschmolzen werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze auf eine Temperatur von 110°C bis 140°C gebracht wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Form nach dem Eingießen der Schmelze geschlossen und evakuiert wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Form nach dem Eingießen rotiert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Form mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 250 U/min rotiert wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeich net, daß das Eingießen der Schmelze etappenweise erfolgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeich net, daß die Form mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2000 U/min rotiert wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeich net, daß der Einguß der Schmelze im Drehzentrum erfolgt.

19. Formteil aus polymerisierten Lactamen, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 18, wobei in den Lactamkörper (13) Faserverbundmaterial (14) eingebettet ist.