DE69014595T2 - Verfahren zum Kaschieren von verstärkten thermoplastischen Platten und danach hergestellte Balken. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft hauptsächlich ein Verfahren zum Formen von Gegenständen aus verstärktem Kunststoff gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Ein derartiges Verfahren ist aus der EP-A-0 102 711 bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein mit Polyetheretherketon durchtränktes Band aus durchgehenden Kohlenstoffasern in Stücke passender Abmessungen geschnitten. Die Stücke werden aufeinander gestapelt und in einem auf 400º C geheizten Formpreßwerkzeug gepreßt. Danach wird die Temperatur auf 100ºC verringert, während der aufgebrachte Druck aufrechterhalten wird. Daraufhin wird der Form ein Abkühlen auf Umgebungstemperatur ermöglicht, ohne daß Druck aufgebracht wird.
• Ein allgemein bekanntes anderes Verfahren wird ebenso üblicherweise verwendet, um Kunststoffgegenstände auszuformen, welche besondere Anforderungen in Bezug auf die Festigkeit erfüllen müssen. Bei diesem Vefahren wird beispielsweise ein faseriges Verstärkungsmaterial wie Polyester oder Glaswolle mit einem geeigneten härtbaren Kunstharz durchtränkt, wobei anschließend dem derart geformten Verbundwerkstoff die passende Form gegeben und der Verbundwerkstoff ausgehärtet wird.
• Im allgemeinen wird das Material vor dem Aushärten geformt.
• Es wurde herausgefunden, daß erfindungsgemäß faserverstärkte Bauteile mit einem Verfahren der obengenannten Art gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 hergestellt werden können. In einem derart hergestellten Bauteil bleiben die ursprünglichen Eigenschaften des faserverstärkten thermoplastischen Materials erhalten.
• Die Gruppe des faserverstärkten thermoplastischen Materials umfaßt beispielsweise ein für sich fertiges thermoplastisches Material, welches an sich als Abfallprodukt einer Herstellung eines derartigen Materials oder als Restmaterial, welches der Müllversorgung zugeführt wird, verfügbar ist. Mit Zusammenfügen eines derartigen für sich fertigen thermoplastischen Materials in einer passenden Form und Verbinden der sich gegenseitig berührenden Oberflächen mit Hilfe von Erwärmung, ist eine ausgesprochen nützliche Verwendung dieses Materials gegeben, welches auf andere Art und Weise an sich nur wenig verwendet werden kann. Um die Oberflächen der faserverstärkten Materialien miteinander zu verbinden, kann eine übliche Heizung, beispielsweise in Form einer Konvektionsheizung oder Strahlungsheizung, zum Einsatz kommen.
• Für den letztgenannten Fall ist das Heizen mit Hilfe eines Infrarot-Strahlers zu bevorzugen.
• Während der Herstellung von faserverstärktem Kunststoffmaterial wird das faserige Material, beispielsweise eine faserige Matte, in den meisten Fällen lediglich mit einer derartigen Menge von Kunststoff beschichtet, die gerade ausreicht, um alle Fasern zu bedecken.
• Um einen Gegenstand aus verstärktem Kunststoff erfindungsgemäß herzustellen, wird ein faserverstärktes thermoplastisches Material verwendet, welches in eine passende Form umgewandelt wird, wobei wenigstens Teile der verfügbaren Oberflächen in sehr guten Kontakt miteinander gebracht werden und das derart zusammengefügte Material solange einer Erwärmung unterzogen wird, bis eine Verbindung der aneinanderliegenden Oberflächen erreicht wird, der eine Kühlung bis unterhalb des Erweichungspunktes des thermoplastischen Materials bei Erhalt des sehr guten Kontaktes folgt, wobei die passende Form derart ausgebildet ist, daß die verstärkende Wirkungsweise und der Zusammenhalt der verstärkenden Fasern beibehalten wird und wobei, bevor die Oberflächen in sehr guten Kontakt miteinander gebracht werden, eine Menge von ungehärtetem Überzugsmaterial aufgebracht wird, welches wenigstens einen Anteil von Kunststoff enthält, welcher vorzugsweise derselbe Kunststoff wie der Kunststoff des faserverstärkten Kunststoffmaterials ist.
• Ein derartiges ungehärtetes Überzugsmaterial kann beispielsweise eine Dispersion eines geeigneten polaren Kunststoffs in einem Weichmacher, z. B. eine Dispersion, welche durch Dispergieren von pulvrigem Polyvinylchlorid in einem Weichmacher, wie beispielsweise Dioctylphthalat oder Diisodecylphthalat, vorbereitet worden ist, sein, die zusätzlich eine kleine Menge eines Verdünners wie Mineralterpentinöl enthalten kann.
• Die Zugabe einer derartigen Menge von ungehärtetem Überzugsmaterial wirkt sich nicht negativ aus, da das zugegebene Material beim Erhitzen ebenfalls in ein ausgehärtetes Material umgewandelt wird.
• Insbesondere die Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 2 führt zu einem festen und besonders gegenüber Kriechen widerstandsfähigem Material. Die Kombination eines derartigen zusätzlichen verstärkenden Materials, wie zum Beispiel Fasern, Gewebe oder Matten aus Polyester, Stahldraht und dgl. mehr, mit dem zusätzlichen Überzugsmaterial bewirkt insbesondere eine Versteifung und eine Kriechbeständigkeit desjenigen Kunststoffs, welcher nach dem Formen des Gegenstandes an oder in der Nähe der Oberflächen liegt, die in sehr guten Kontakt miteinander gebracht und miteinander verbunden worden sind.
• In Bezug auf die oben beschriebene Erfindung ist es zwar an sich bekannt, Gegenstände aus faserverstärktem Kunststoff herzustellen. Bei diesem Verfahren wird ein Produkt aus faserverstärktem Kunststoff zuerst zerkleinert. Daraufhin werden die gebildeten zerkleinerten Stücke gut gereinigt und nachfolgend in einer Form gepreßt und erhitzt, bis eine Verbindung der zerkleinerten Stücke erzielt wird. Danach wird das Produkt gekühlt.
• Das verstärkte Material in einem derart geformten Gegenstand hat aber als Folge der Zerkleinerung seine verstärkende Wirkung eingebüßt.
• Demgegenüber betrifft die vorliegende Anwendung ein Verfahren, bei dem ein faserverstärktes Material derart zu einem Gegenstand geformt wird, daß die verstärkende Wirkungsweise und der Zusammenhalt des verstärkenden Materials in dem geformten Gegenstand erhalten bleibt.
• Bei dem vorliegenden Verfahren kann in der Regel auf eine Reinigung verzichtet werden.
• Vorzugsweise ist der Thermoplast des faserverstärkten Materials ein polarer Kunststoff, während zum Heizen eine Mikrowellenheizung verwendet wird. Bekannte Beispiele für Thermoplaste mit einer polaren Beschaffenheit sind Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyacrylnitril, Polyacrylsäureester, Polymethacrylsäureester, Polyvinylacetat, Polyvinylether und Polytrifluorchlorethylen sowie Mischungen dieser Polymere wie auch aus Monomeren der obengenannten Kunststoffe hergestellte Mischpolymere.
• Als Mikrowellenheizung wird eine Erhitzung aufgrund der Wechselwirkung von Mikrowellen und Materie verstanden. Eine auftreffende Welle wird teilweise transmittiert und teilweise von dem Material reflektiert. Die in ein Material eindringende Welle kann dann zu einer Erwärmung führen, wenn sich das Material von den Mikrowellen der verwendeten Wellenlänge durchdringen läßt. Metalle können demgemäß nicht auf diese Art und Weise erhitzt werden. Da die Welle das Material durchdringt, erfolgt die Erwärmung bei der Verwendung von Mikrowellen im Gegensatz zur konventionellen Erwärmung von innen nach außen. Die bei der Mikrowellenheizung verwendeten Wellen sind bis zu einigen Millimetern lang.
• Ein bekanntes Beispiel für eine Mikrowellenheizung ist ein sogenanntes Magnetron, welches - wie im folgenden näher beschrieben wird - sehr nützlich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
• Die Oberfläche eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Gegenstandes wird vorzugsweise im Anschluß an die Erwärmung mittels konventioneller Techniken mit einer den Gegenstand umgebenden Kunststoffbeschichtung versehen. Eine derartige zusätzliche Kunststoffbeschichtung wird vorzugsweise in den Fällen aufgebracht, bei denen die Oberfläche des Gegenstandes eines besondere Oberflächenstruktur oder -farbe aufweisen soll.
• Dem Fachmann sind eine Mehrzahl von Verfahren bekannt, um eine derartige Beschichtung aufzubringen. In besonders vorteilhafter Weise wird eine derartige Beschichtung mittels Extrusion erzeugt, wobei der verwendete Kunststoff auf die Beschaffenheit, beispielsweise polar oder nicht-polar, des Kunststoff-Grundmaterials abgestimmt ausgewählt wird. Bei einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Gegenstand nach einem Verfahren gemäß Anspruch 6 geformt. Derartiges mit Polyester-Gewebe verstärktes Polyvinylchlorid wird hergestellt, um beispielsweise Lastwagenabdeckungen, Bodenplanen für Zelte, Auskleidungen für Wassertanks und dgl. herzustellen.
• Zur Herstellung eines derartigen Materials wird von einer Platte aus Polyester-Gewebe ausgegangen, welche beidseitig in einem Rakelstreichverfahren mit einer Schicht Polyvinylchloridplastisol versehen wird und nachfolgend in einem Beheizungsschritt die Polyvinylchloridpartikel der Plastisolbeschichtung miteinander zu einer vollständig zusammenhängenden Beschichtung zusammengesintert werden. Wie oben bereits ausgeführt worden ist, ist das Plastisol eine Dispersion von Polyvinylchloridpulverpartikeln in einem Weichmacher, dem zusätzlich ein Verdünner - wie beispielsweise Mineralterpentinöl - zugesetzt worden ist. Nachdem eine mit PVC beschichtete Platte derart geformt worden ist, wird üblicherweise ein Teilstück entlang der Ecken abgeschnitten, da diese in gewissen Fällen eine bestimmte Unregelmäßigkeit aufweisen.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es möglich, ein derartiges von den Ecken einer Platte abgetrenntes Material zu verarbeiten, wobei die Eigenschaften des qualitativ hochwertigen Verstärkungsmaterials, beispielsweise eines Polyester- Gewebes, erhalten bleiben.
• Für den Fall, daß das verwendete Ausgangsmaterial ein Abfallmaterial ist, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Gegenstand mit sehr guten mechanischen Eigenschaften bei geringen Herstellungskosten hergestellt werden. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Verwendung von Abfallmaterial beschränkt. Wenn eine gleichmäßige Verteilung von verstärkenden Materialien in einem Kunststoff- Gegenstand gefordert ist, kann ein faserverstärktes streifenförmiges Material auf konventionelle Art und Weise hergestellt werden, welches nachfolgend mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einem faserverstärkten Gegenstand umgeformt wird. Wie jeder mit dem Verfahren hergestellte Gegenstand weist der derart hergestellte Gegenstand eine extrem gleichmäßige Verteilung des Verstärkungsmaterials innerhalb des gesamten Materials des Gegenstandes auf. Insbesondere streifenförmige Stücke von Material werden nach einem Verfahren gemäß Anspruch 7 zusammengefügt. Bei diesem Verfahren erfolgt das Erhitzen vorzugsweise mit einem Magnetron.
• Wie oben bereits beschrieben worden ist, wird das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei streifenförmigen Stücken aus mit Polyester-Gewebe verstärktem Polyvinylchlorid-Material angewendet.
• Bei einer sehr bevorzugten Nachbehandlung wird der derart geformte und mit Polyester-Gewebe verstärkte Polyvinylchlorid-Gegenstand auf seiner Außenfläche, beispielsweise mittels Extrusion, mit Polyvinylchlorid beschichtet.
• Die oben beschriebene Erfindung ist nicht auf die Verwendung von streifenförmigen Stücken von Material beschränkt. So kann beispielsweise auch ein plattenförmiges Material derart gefaltet werden, daß Bereiche seiner Oberfläche miteinander in Kontakt gebracht werden, so daß eine Verschmelzung dieser herbeigeführt werden kann. Ebenso können filmförmige Stücke von Material aufeinander gelegt und unter Druck miteinander verbunden werden. Die filmförmigen Stücke des Materials können sich ebenso teilweise gegenseitig überlappen, wobei die überlappenden Bereiche durch Erhitzen, beispielsweise durch Erhitzen mit Mikrowellen, wie z. B. mit einer Magnetronheizung, miteinander verbunden werden.
• Die Erfindung betrifft ebenso die Verwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 10.
• Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer diagrammartigen Abbildung,
• Fig. 2 eine Anzahl von attraktiven Ausführungsbeispielen von dem zum Verbinden zusammengefügten Material in Querschnittsansicht,
• Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer diagrammartigen Abbildung,
• Fig. 4 eine weitere Möglichkeit zum Zusammenfügen des Materials und
• Fig. 5 ein Verfahren zum Einbringen von Rohmaterial in das erfindungsgemäße Verfahren.
• In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Ansammlung von Streifen von Material, welches im vorliegenden Fall beispielsweise aus Streifen aus mit Polyester-Gewebe verstärktem PVC besteht. Die Streifen aus PVC-Material sind Abfallstreifen von der Produktion von plattenförmigem PVC-Material, das mit Polyester-Gewebe verstärkt worden ist.
• Die Beschaffenheit des zusammengesetzten Bündels 1 ist in vergrößerter Abbildung diagrammartig in Fig. 1a gezeigt. Das lose Bündel 1 wird mit Hilfe von Führungsmitteln 4, beispielsweise einem Stab oder einer Walze, durch einen trogartigen Behälter 2, welcher mit einer passenden PVC-Paste 3 gefüllt ist, hindurchgeführt. Die PVC-Paste dringt in die Freiräume zwischen den verschiedenen Streifen ein, so daß jeder Streifen im wesentlichen von einer zusätzlichen Menge von ungehärtetem PVC umgeben ist. Das Bündel 1 aus Streifen wird dann durch eine an einer Kalibriermuffe 5 ausgebildeten Öffnung hindurchgeführt. In dem Bauteil 5 wird das Bündel 1 zu einem Bündel 1' zusammengepreßt, so daß ein sehr guter Kontakt zwischen allen Streifen des Bündels 1 erreicht wird. Darüber hinaus wird der Überschuß an in dem trogartigen Behälter 2 absorbierter PVC- Paste beträchtlich reduziert, da der Überschuß durch das Zusammenpressen abgeführt wird. Das Kalibrierelement 6 stellt sicher, daß die Verpressung der Streifen gegeneinander erhalten bleibt. In diesem zusammengepreßten Zustand wird das Erhitzen unter Verwendung von Mikrowellen mit Hilfe eines Magnetronelementes 7 durchgeführt, welches eine derartige Intensität und Wirkdauer haben sollte, daß die Streifen vollständig miteinander verbunden werden und das zusätzlich aufgegebene PVC zumindest teilweise durch Zusammenbacken ausgehärtet wird. Unmittelbar anschließend an die Magnetronerwärmung wird bei 10 eine Abkühlung auf eine Temperatur, die unterhalb des Erweichungspunkts des Kunststoffes liegt, durchgeführt. Zweckmäßigerweise wird ein Wasserstrahl oder ein Strahl kalter Luft zum Kühlen verwendet. Zur Abkühlung muß aber nicht notwendigerweise das Kühlungsmittel mit einer oder mehreren Düsen aufgebracht werden. Das geformte Material kann ebensogut durch einen Behälter hindurchgeleitet werden, in dem ein Kühlmittel zirkuliert.
• Im Anschluß an das Zusammenfügen, das Heizen mit dem Magnetron und das Abkühlen kann bei 8 mittels einer umgebenden Extrusionsdüse eine äußere Beschichtung 9 auf den durch Magnetronbeheizung versteiften Gegenstand aufgebracht werden. Diesem Verfahrensschritt kann eine nicht abgebildete Abkühlung folgen.
• Das in Fig. 1 dargestellte Verfahren ist zur Herstellung von länglichen verstärkten thermoplastischen Gegenständen besonders geeignet. Nach dem Formen können diese Gegenstände durch Sägen zu Pfosten, Balken oder dgl. abgelängt werden.
• In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszeichen 21, 22 und 23 mögliche Formen der in Fig. 1 dargestellten Kalibriermuffen 5 und 6. Selbstverständlich ist die Anzahl möglicher Formen nicht auf diese drei beschränkt und geeignete Formen können abhängig von der Endverwendung des Produktes ausgewählt werden.
• Fig. 3 veranschaulicht die Verhältnisse bei laminaren faserverstärkten Kunststoff-Teilen, welche in Form von Stapeln 31 bis 38 übereinander gelegt worden sind. Das Bezugszeichen 39 kennzeichnet die auf den derart gebildeten Stapel wirkende Druckkraft. Während der Stapel unter dem Einfluß dieser Druckkräfte steht, wird das Beheizen mittels Mikrowellen durchgeführt. Die Druckkräfte können mit Hilfe von mechanischen Mitteln, beispielsweise einer Presse, aufgebracht werden. Für den Fall, daß eine geeignete, die Lamellen umgebende Abdichtung verwendet wird, kann zwischen den Platten ein Vakuum erzeugt werden, wodurch ein sehr guter Kontakt der Platten sichergestellt wird. Ein derartiges Ausführungsbeispiel hat den weiteren Vorteil, daß bei der Verwendung des Magnetrons die Magnetronelemente oberhalb und unterhalb des Stapels angeordnet werden können.
• Fig. 4 zeigt ein weiteres Verfahren zum Zusammenfügen. Eine biegbare, beispielsweise aus mit Polyester-Gewebe verstärktem PVC bestehende Platte, wird wie gezeigt gefaltet und gepreßt, so daß sich ein länglicher Gegenstand ergibt, und wird in diesem Zustand unter Verwendung von Mikrowellen erhitzt, so daß die aneinanderanliegenden Oberflächen miteinander verschmelzen.
• Fig. 5 zeigt, daß laminare Teile 51 bis 54 leicht überlappend aneinander anliegen, wobei die notwendige Verbindung durch Zusammenpressen der übereinanderliegenden Bereiche und Mikrowellenbeheizung sichergestellt werden kann.
• Bei den in den Fig. 3, 4 und 5 diagrammartig dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Aufbringen einer zusätzlichen Menge von ungehärtetem Beschichtungsmaterial nicht gezeigt. Die in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Produkte können jedoch, falls nötig, weiterverarbeitet werden, bis die gewünschte Endform vorliegt.

Claims (10)

1. Verfahren zum Formen eines Gegenstandes aus verstärktem Kunststoff, wobei faserverstärktes thermoplastisches Material (1) in eine passende Form umgewandelt wird, wobei wenigstens Teile der verfügbaren Oberflächen in sehr guten Kontakt miteinander gebracht werden und das derart zusammengefügte Material (1') solange einer Erwärmung unterzogen wird, bis eine Verbindung der aneinanderliegenden Oberflächen erreicht wird, der eine Kühlung bis unterhalb des Erweichungspunktes des thermoplastischen Materials bei Erhalt des sehr guten Kontaktes folgt, dadurch gekennzeichnet, daß die passende Form derart ausgebildet ist, daß die verstärkende Wirkungsweise und der Zusammenhalt der verstärkenden Faser beibehalten wird, und daß bevor die Oberflächen in sehr guten Kontakt miteinander gebracht werden eine Menge von ungehärtetem Überzugsmaterial (3) aufgebracht wird, welches wenigstens einen Anteil von Kunststoff enthält, welcher auf Wunsch derselbe Kunststoff wie der Kunststoff des faserverstärkten Kunststoffmaterials (1) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem faserverstärkten thermoplastischen Material (1) ein zusätzlicher Anteil an verstärkendem Material zugegeben wird, bevor die Oberflächen der faserverstärkten Materialien in sehr guten Kontakt miteinander gebracht werden.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material in dem faserverstärkten Material (1) ein Kunststoff mit einer polaren Beschaffenheit ist und daß die Erwärmung eine Mikrowellenerwärmung (7) ist.

4. Verfahren nach einer oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Verfahrensschritt der Erwärmung (7) eine den Gegenstand umgebende Kunststoffbeschichtung (9) unter Verwendung konventioneller Techniken (8) aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein geformter Gegenstand mittels Extrusion mit einem passenden Kunststoff, dessen Beschaffenheit der des thermoplastischen Kunststoffs des faserverstärkten Materials entspricht, überzogen wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial (1) mit Polyester-Gewebe verstärktes Polyvinylchlorid ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß streifenartige Stücke von Material dadurch zusammengefügt werden, daß das zusammengefügte Material (1) durch einen Polyvinylchlorid-Masse (3) enthaltenden Behälter (2) hindurchgeführt wird, um diese aufzusaugen, daß der Überschuß an Masse entfernt wird durch Aneinanderdrücken der streifenartigen Stücke gegeneinander bis ein sehr guter Kontakt zumindest von Teilen ihrer Oberflächen erreicht wird, und daß das Material (1') in diesem zusammengedrückten Zustand einer Erwärmung (7) unterzogen wird, bis eine gegenseitige Verbindung der aneinandergedrückten Oberflächen erreicht wird und die hinzugefügte Polyvinylchlorid-Masse zumindest teilweise ausgehärtet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung eine Magnetronerwärmung ist.

9. Verfahren nach ANspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Gegenstand an der Außenseite mittels Extrusion mit Polyvinylchlorid überzogen wird.

10. Verwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 9 zum Formen von verstärkten Kunststoffbalken.