DE68903032T2

DE68903032T2 - Giessform und verfahren zu deren herstellung.

Info

Publication number: DE68903032T2
Application number: DE8989201174T
Authority: DE
Inventors: Dalen Hendrik Van
Original assignee: DSM NV
Current assignee: Kupron Prototypes Bv Sittard Nl
Priority date: 1988-05-11
Filing date: 1989-05-09
Publication date: 1993-05-06
Anticipated expiration: 2009-05-10
Also published as: EP0341797A1; NL8801241A; EP0341797B1; JPH0218010A; ATE81053T1; DE68903032D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Form für die Her-Stellung von geformten Gegenständen, welche Form einen überwiegend aus einer Zement- und Metallteilchen enthaltenden Zusammensetzung hergestellten Körper aufweist.
Eine solche Form ist aus der US-Patentschrift 4 482 385 bekannt. Die Zusammensetzung des darin beschriebenen Formkörpers enthält Portland-Zement und unregelmäßig geformte Teilchen aus rostfreiem Stahl. Das Ziel dieser Zusammensetzung ist es, hohe Festigkeit, niedrige Porosität und thermische Eigenschaften zu erzielen, welche die Zusammensetzung für die Herstellung von Formen für das Vakuumformen geeignet macht. Ein Nachteil dieser Form ist, daß die Innenseite der Form, d.h. jene Seite, wo sich die Formfläche befindet, in direkte Berührung mit dem zu formenden Material kommt. Viele dieser Materialien greifen die Zementkomponente des Formkörpers an, so daß die Formfläche aufgerauht wird, was das Aussehen der geformten Gegenstände nachteilig beeinflußt. Ein anderer Nachteil ist, daß die Teilchen aus rostfreiem Stahl an der Oberfläche der Formfläche liegen. Nach einer Anzahl von Temperaturänderungen, mit ungleicher Ausdehnung und Schrumpfung der Zementkomponente und der Stahlkomponente, werden zwischen diesen beiden Komponenten Öffnungen gebildet, welche auch zu erhöhter Rauhigkeit der Formfläche führen. Noch ein anderer Nachteil ist, daß das Trocknen des Zementkörpers zu Rissen führt, d.h. zu einem Netzwerk von feinen Rissen, an der Oberfläche, und so auch an der Formfläche, und diese Risse sind an den hergestellten Produkten sichtbar.
Aus der Europäischen Patentschrift 0 052 380 ist eine andere Form bekannt, deren Körper eine Zementkomponente und vorzugsweise Eisenteilchen aufweist. Diese Form hat die gleichen Nachteile, wie sie vorstehend angeführt sind.
Die GB-A-1 287 513 zeigt eine Form, welche eine mit einer thermoplastischen Schicht überzogene Oberfläche hat. Der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert hierauf.
Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Form zu schaffen, bei der die erwähnten Nachteile ausgeschaltet sind und bei der die Formfläche auf einfache Weise mit einer Metallschicht versehen werden kann.
Dies wird dadurch erreicht, daß die Formfläche der Form eine Beschichtung hat, welche mindestens eine Schicht aus thermoerhärtendem Kunststoff aufweist, welche an den Formkörper grenzt, und daß an der Grenzfläche ein Bindemittel vorliegt welches aus einer einzelnen Schicht aus eng beieinanderliegenden Metallteilchen besteht, welche Metallteilchen teilweise in die Schicht aus thermisch erhärtendem Kunststoff eingebettet und mit dieser zumindest durch chemische Bindungen verbunden sind, wobei jene Oberflächen der Metallteilchen, welche nicht in Kontakt mit dem Harz stehen, völlig von Zement umgeben sind, um mindestens eine mechanische Verankerung im Formkörper zu erhalten.
Eine erfindungsgemäß konzipierte Form kann für das Formen von Materialien verwendet werden, welche ohne die Schicht aus thermisch erhärtendem Kunststoff die Zementkomponente angreifen würden. Irgendwelche Füllstoffe, welche in den Formkörper aufgenommen sind, wie z.B. Metallteilchen, sind von der Formfläche durch die Schicht aus thermisch erhärtendem Kunststoff abgeschirmt. Das Vorhandensein des Bindemittels bildet einen wesentlichen Teil der Form, um sie für Kunststoffverarbeitungstechniken geeignet zu machen, bei denen die Form einer raschen Aufeinanderfolge von großen Temperatur-und/oder Druckveränderungen ausgesetzt ist, wie dies beim Spritzgießen und beim Preßformen, z.B. beim Reaktionsspritzgießen (RIM) von Polyamiden und Polyurethanen und Preßformen von Polyesterformmassen (SMC) auftritt.
Die natürlichen Bindekräfte zwischen Zement, Metall und der Schicht aus thermisch erhärtendem Kunststoff werden über einen größeren Oberflächenbereich genützt, während die mechanischen Verankerungen, insbesondere im Formkörper, wesentlich zur Gesamtverbindungswirkung des Bindungssystems beitragen. Die Bindung wie beschrieben ist gegen Kräfte wirksam, welche sowohl senkrecht auf als auch tangential zur Formfläche wirken und welche sonst bewirken würden, daß sich die Schicht aus thermisch erhärtendem Kunststoff vom Formkörper löst.
Als thermisch erhärtender Kunststoff können Epoxy- oder Polyesterharze verwendet werden.
Vorzugsweise bestehen die Metallteilchen aus Eisen und haben eine unregelmäßige Oberfläche.
Ein gewisses Ausmaß an Rostbildung an der Eisenoberfläche kann die natürliche Bindung des Eisens mit der Zementkomponente fördern, und die unregelmäßige Oberfläche fördert die mechanische Verankerung zwischen den Teilchen und den diese umgebenden Materialien. Die Oberflächenunregelmäßigkeit vergrößert außerdem die gesamte Bindungsoberfläche und spielt weiter eine vorteilhafte Rolle bei der Zufuhr oder Abfuhr von Wärme.
Die Eisenteilchen im Bindungssystem können eine maximale Größe von 5 mm haben und haben eine gedrungene Form, wobei das Verhältnis zwischen Größt- und Kleinstabmessung vorzugsweise zwischen 1 und 3 liegt.
Es kann vorteilhaft sein, daß die Formfläche in geeigneter Weise mit einer Metallschicht versehen ist, wenn besonders hohen Anforderungen entsprochen werden muß, wie hinsichtlich der Glätte des zu formenden Gegenstandes oder wenn Materialien verarbeitet werden müssen, welche nicht nur den Zement, sondern auch das Harz angreifen können, wie Kunststoffe, welche Styrolgruppen enthalten. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Form ist hier auch klar, weil das Problem der Verbindung einer Metallschicht mit dem Formkörper durch das Vorhandensein der Harzschicht eliminiert wird. Die Verbindung zwischen der Harzschicht und dem Metall ist für die Anwendung in Formen völlig ausreichend. Die Verbindung von Metall mit der Zement enthaltenden Basismasse birgt viel größere Probleme.
Die Dicke der Metallschicht übersteigt 0,25 mm, Werte zwischen 0,5 und 3 mm sind geeignet.
Die Form mit und ohne Metallschicht kann bei maximalen Temperaturen zwischen 200 und 300ºC und fluktuierenden Oberflächendrücken bis zu mehr als 1000 bar oftmals verwendet werden, ohne daß die Schicht aus thermisch erhärtendem Kunststoff sich vom Zementkörper löst, und es haben die erhaltenen Produkte eine glatte Oberfläche.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Form, welche aus zwei Hälften besteht, wie dies für den Spritzguß oder für das Preßformen von Gegenständen gebräuchlich ist.
Dieses Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
a) Plazieren eines Konturmodells auf einer festen Unterlage;
b) Aufbringen einer Schicht aus ungehärtetem thermisch erhärtendem Kunststoff auf die Oberfläche des Konturmodells
c) Aufbringen einer Schicht aus unregelmäßig geformten, beieinander liegenden Metallteilchen, so daß jedes Metallteilchen teilweise in die noch weiche Kunststoffschicht eingebettet wird;
d) Erhärten des Kunststoffes;
e) Entfernen von Luft aus den Hohlräumen in der Schicht der Metallteilchen, die aus der Kunststoffschicht vorstehen, welche Hohlräume mit Zementpaste gefüllt werden;
f) Gießen von Zementpaste in eine um das Konturmodell plazierte Becherform, bis diese voll ist;
g) Bestreuen der Zementpaste mit Metallteilchen so, daß durch das Einsinken der Metallteilchen in die Zementpaste eine Packung aus beieinanderliegenden Metallteilchen gebildet wird;
h) Härten der Zementpaste;
i) Verwendung von Zementpaste, um eine ebene Rückseite zu gießen und Härtenlassen dieser Paste;
j) Wenden des Formteiles um 180º und Entfernen des Konturmodells;
k) Aufbringen des Materials, welches die Formausnehmung des zu formenden Gegenstandes bildet (nun wurde das Konturmodell für die zweite Formhälfte erhalten);
l) Wiederholen der Schritte b bis j, um die zweite Formhälfte herzustellen.
Wenn eine Metallschicht auf der Kunststoffschicht gewünscht wird, kann zwischen Schritt a) und Schritt b) ein Zwischenschritt, in dem das Konturmodell zuerst mit einer Metallschicht versehen wird, eingefügt werden.
Das Aufbringen einer Metallschicht wird vorzugsweise durch Flammspritzen vorgenommen. Die unregelmäßige Oberfläche, an der nicht die Formfläche bildenden Seite der Metallschicht, wie sie durch Flammspritzen gebildet worden ist, erhöht die bindende Oberfläche mit der Kunststoffschicht, welche später aufzubringen ist.
Das Aufbringen der Metallschichten entsprechend Schritt c) kann durch Auffüllen eines rings um das Konturmodell plazierten Ringes mit Metallteilchen und Entfernen der losen Metallteilchen nach dem Erhärten der Kunststoffschicht ausgeführt werden.
Eine geeignete Weise, um die Luft aus den Hohlräumen in den Metallteilchen, welche von der Epoxyharzschicht vorstehen, zu entfernen, besteht im Aufspritzen von Zementpaste gegen die von den von der Epoxyharzschicht vorstehenden Metallteilchen gebildete rauhe Oberfläche.
Rings um die Formteile können stählerne Klemmringe vorgesehen werden, um den Seitendruck während des Preßformens oder Spritzgießens aufzunehmen. Dies kann auch mittels Verbindungsstangen, die in den Formteilen senkrecht zur Schließrichtung vorgesehen sind, bewerkstelligt werden.
Die Erfindung wird nachstehend auf Basis einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform erläutert.
Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt der erfindungsgemäßen Form, und
Fig. 2 zeigt ein Detail der Verankerung der Kunststoffschicht im umgebenden Zement.
Wie aus Fig. 1 ersehen werden kann, wird ein Konturmodell 2 auf einer flachen Unterlage 1 plaziert. Dieses Konturmodell kann z.B. aus Gips, Holz oder einem anderen Material hergestellt sein. Gewünschtenfalls wird eine Metallschicht 3 (siehe Fig. 2) auf das Konturmodell 2 aufgebracht. Dies kann durch Flammspritzen einer Zinklegierung, z.B. MCP 400 von Hek, ausgeführt werden. Jene Seite der Metallschicht 3, welche dem Konturmodell 2 zugewandt ist, ist glatt, während die gegenüberliegende Seite etwas rauh ist. Auf diese rauhe Seite der Metallschicht 3 wird eine Kunststoffschicht 4 aufgebracht, z.B. aus Epoxyharz, mit guten Bindeeigenschaften zur Metallschicht 3. Während sie noch weich ist, wird die Epoxyharzschicht 4 mit Metallteilchen 5 bestreut, welche teilweise in die Epoxyharzschicht eindringen. Wie die Figuren zeigen, haben die Metallteilchen 5 eine unregelmäßige Gestalt, was die Verankerung in den Schichten fördert. Nach dem Härten des Epoxyharzes stehen die Metallteilchen 5 teilweise aus der Epoxyharzschicht heraus. Um Luft aus den Hohlräumen durch die Metallteilchen, welche von der Epoxyharzschicht 4 vorstehen, zu entfernen, wird Zementpaste gegen die rauhe Oberfläche, welche durch die Metallteilchen 5, die von der Epoxyharzschicht 4 vorstehen, gebildet ist, gespritzt. Die Zementpaste wird durch Mischen von ungefähr 3 Gewichtsteilen Zement mit ungefähr 1 Gewichtsteil Wasser und ungefähr 0,006 Gewichtsteilen eines Erweichungsmittels erhalten.
Darauffolgend wird die Schalenform 6 rings um das Konturmodell 2 durch Spritzen mit Zementpaste 7 gefüllt. Dann wird die Zementpaste mit Metallteilchen 8 (teilweise gezeigt) bestreut. Die Metallteilchen 8 sinken in die Zementpaste ein und bilden eine Packung beieinanderliegender Metallteilchen. Die Zementpaste wird dann erhärten gelassen. Die Schalenform 6 wird nun bis zur Linie 9 aufgefüllt. Der verbleibende Raum der Schale wird mit Zementpaste 10 gefüllt, so daß, nach dem Aushärten derselben, eine glatte Rückseite 11 der Form erhalten wird. In der Form können Wärmezufuhr und - abfuhrkanäle vorgesehen werden. Diese Kanäle sind in der Zeichnung nicht dargestellt.
Die Schalenform kann verstärkt werden, durch z.B. stählerne Klammern 12. Zur Verstärkung können auch Verbindungsstangen (nicht dargestellt) in der Form vorgesehen werden.
Nun ist eine Formhälfte fertiggestellt. Sie wird um 180º gedreht, und das Konturmodell wird entfernt.
Zur Herstellung der zweiten Formhälfte (männliche Form) wird zuerst eine Wachsschicht in der Formausnehmung der ersten, fertigen Formhälfte vorgesehen. Die Dicke dieser Wachsschicht ist gleich der des zu formenden Gegenstandes. Nun ist das Konturmodell für die zweite Formhälfte fertig.
Danach wird der Vorgang zur Herstellung der zweiten Formhälfte wiederholt.
Die Metallschichten der Formflächen können, gewünschtenfalls, poliert werden.
Das Epoxyharz kann Aluminiumpulver enthalten. Dies erleichtert die Verarbeitung.
Mit dem wie vorstehend beschriebenen Verfahren können Formen zum Spritzgießen, Preßformen und Blasformen in einer wesentlich kürzeren Zeit hergestellt werden, als wenn diese Formen zur Gänze aus Stahl hergestellt werden müssen. Sie sind beträchtlich billiger als Stahlformen und deshalb kommerziell attraktiv auch für kleinere Serien von Kunststoffgegenständen. Dies gilt auch für Prototypen der herzustellenden Gegenstände. Dank der Metallteilchen 5 wird eine sehr gute Bindung zwischen der Kunststoffschicht 4 und dem umgebenden Zement enthalten, so daß diese Kunststoffschicht sich nicht vom Formkörper löst, insbesondere beim Spritzgießen und Preßformen, während welchem hohe Drücke und Temperaturveränderungen eintreten können.

Claims

1. Form für die Herstellung von geformten Gegenständen, welche Form einen Körper aufweist, welcher im wesentlichen aus einer Zement-enthaltenden Zusammensetzung hergestellt ist, wobei die Formfläche der Form eine Beschichtung hat, welche mindestens eine an den Formkörper angrenzende Schicht aus thermisch erhärtendem Kunststoff aufweist, welche Form dadurch gekennzeichnet ist, daß an der Grenzfläche ein Bindemittel vorliegt, welches aus einer einzelnen Schicht aus eng beieinanderliegenden Metallteilchen besteht, welche Metallteilchen teilweise in die Schicht aus thermisch erhärtendem Kunststoff eingebettet und mit dieser zumindest durch chemische Bindungen verbunden sind, wobei jene Oberflächen der Metallteilchen, welche nicht in Kontakt mit dem Harz stehen, völlig von Zement umgeben sind, um mindestens eine mechanische Verankerung im Formkörper zu erhalten.

2. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermisch erhärtende Kunststoff ein Epoxyharz oder ein Polyesterharz ist.

3. Form nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen eine unregelmäßige Oberfläche und eine gedrungene Form haben, so daß im wesentlichen alle von ihnen ein Verhältnis zwischen der größten und kleinsten Abmessung zwischen 1 und 3 haben.

4. Form nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht mit einer Metallschicht versehen ist, welche eine Dicke von mehr als 0,25 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 3 mm, hat.

5. Form nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht Aluminiumpulver enthält.

6. Form nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen-Packung eine Zusammensetzung ist, welche aus gedrungenen Metallteilchen, im wesentlichen mit einem Verhältnis zwischen der größten und kleinsten Abmessung zwischen 1 und 2, und aus faserförmigen Metallteilchen, im wesentlichen mit einem Verhältnis zwischen kleinster und größter Abmessung zwischen 2 und 10, besteht.

7. Verfahren zur Herstellung einer aus zwei Teilen bestehenden Form nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

a) Plazieren eines Konturmodells auf einer festen Unterlage;

b) vorzugsweise Aufbringen einer Schicht aus Metall auf das Konturmodell;

c) Aufbringen einer Schicht aus ungehärtetem thermisch erhärtendem Kunststoff auf die Oberfläche des Konturmodells (oder der Metallschicht);

d) Aufbringen einer Schicht aus unregelmäßig geformten, beieinander liegenden Metallteilchen, so daß jedes Metallteilchen teilweise in die noch weiche Kunststoffschicht eingebettet wird;

e) Erhärten des Kunststoffes;

f) Entfernen von Luft aus den Hohlräumen in der Schicht der Metallteilchen, die aus der Kunststoffschicht vorstehen, welche Hohlräume mit Zementpaste gefüllt werden;

g) Gießen von Zementpaste in eine um das Konturmodell plazierte Becherform, bis diese voll ist;

h) Bestreuen der Zementpaste mit Metallteilchen so, daß durch das Einsinken der Metallteilchen in die Zementpaste eine Packung aus beieinanderliegenden Metallteilchen gebildet wird;

i) Härten der Zementpaste;

i) Verwendung von Zementpaste, um eine ebene Rückseite zu gießen und Härtenlassen dieser Paste;

j) Wenden des Formteiles um 180º und Entfernen des Konturmodells;

k) Aufbringen des Materials, welches die Formausnehmung des zu formenden Gegenstandes bildet;

l) Wiederholen der Schritte b bis i.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht durch Flammspritzen aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen einer Schicht aus unregelmäßig geformten, beieinanderliegenden Metallteilchen, welche teilweise in den noch weichen Kunststoff eingebettet sind, ausgeführt wird, indem ein um das Konturmodell plazierter Ring mit Metallteilchen gefüllt wird, und daß die losen Metallteilchen nach dem Härten des Kunststoffs entfernt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen von Luft aus den Hohlräumen in der Schicht der aus der Kunststoffschicht vorstehenden Metallteilchen herbeigeführt wird, indem Zementpaste gegen die rauhe Oberfläche, welche durch die aus der Kunststoffschicht vorstehenden Metallteilchen gebildet wird, gespritzt wird.