DE69902779T2

DE69902779T2 - Hybridmatrize zum stanzen

Info

Publication number: DE69902779T2
Application number: DE69902779T
Authority: DE
Inventors: Brian Edmondson; Alan W. Espie; Edward Ross Story
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever NV
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: CA2333651C; PL344366A1; GB9811634D0; RU2223173C2; CN1106920C; ID27561A; KR20010043877A; EP1082201A1; PL191217B1; HK1035163A1; HUP0104233A2; WO1999062683A1; JP2002516759A; JP4137377B2; US6283744B1; HUP0104233A3; HU224555B1; DE69902779D1; CO5060520A1; BR9910815A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Pressformen zum Stempeln und insbesondere Pressformen zum Stempeln von Seife. Seife bedeutet in diesem Zusammenhang ein festes Produkt, das Seife, synthetisches Waschmittel oder eine Kombination davon enthält, welche(s) mindestens 20% des Produkts umfasst.
Seifenstempelpressformen bestehen im Allgemeinen aus einem Paar von symmetrisch gegenüberstehenden Pressformhälften, wobei jede einen Hohlraum aufweist, die zur Bildung eines gestempelten Blocks des Substrats mit dem Substrat zusammengebracht werden. Ein kritischer Teil des Stempelverfahrens beinhaltet das Lösen des gestempelten Blocks aus einer Pressformhälfte nach Trennung der Hälften. Verschiedene Verfahren zum Erleichtern der Pressformtrennung wurden vorgeschlagen, einschließlich der Verwendung von Ausformern, Beschichten der Substratstempeloberflächen mit Talkumpulver oder einem Trennungsfluid oder Beschichten der Stempeloberflächen mit einer elastomeren Beschichtung.
Beispielsweise offenbart EP 285 722 eine Kompositbeschichtung zum Verleihen einer abriebbeständigen Trennfläche einem Substrat, wobei die Beschichtung eine thermische Metallmatrix mit einem darauf imprägnierten Silikonfilm umfasst.
Das Verfahren der Beschichtung von Pressformen mit elastomeren Beschichtungen hat sich als eine besonders erfolgreiche Maßnahme zur leichteren Pressformtrennung erwiesen, jedoch begegnet man bei diesem Verfahren verschiedenen Problemen. Erstens werden Elastomere, wenn sie in Stempelmaschinen verwendet werden, aufgrund der Stempelwirkung der Pressformen kontinuierlich Scherbelastung und Verformung ausgesetzt. Dies führt dazu, dass die elastomeren Beschichtungen über relativ kurze Zeiträume beschädigt werden. Wenn dies geschieht, was im Fall von kontinuierlich arbeitenden Stempelvorrichtungen häufig alle drei Wochen auftreten kann, müssen die Beschichtungen auf den Pressformen ersetzt werden, was das Abschalten der Maschinen für längere Zeiträume einbezieht.
Ein weiteres Problem mit solchen Beschichtungen besteht darin, dass während der Auftragung einige Elastomere vor dem Härten herab- und von nicht-horizontalen Flächen der Pressform herunterlaufen können, was eine unebene Oberfläche ergibt, die in der Dicke ungleichförmig ist. Solche Fehler auf der Stempeloberfläche der Matrix übertragen sich im Allgemeinen als Fehler auf das gestempelte Produkt.
Ein weiteres Problem besteht bei einigen Elastomeren darin, dass sie ein Haftmittel erfordern, um geeignete Anhaftung mit der Pressformoberfläche zu erreichen, wobei die Haftmittel im Allgemeinen reaktive Chemikalien mit hoch gefährlicher Klassifizierung und flüchtige organische Verbindungen als Trägerlösungsmittel umfassen. Moderne Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltvorschriften verfügen ständig strengere Kontrollen für die industrielle Verwendung von diesen Materialien.
Es ist eine gewünschte Aufgabe der Erfindung, eine Substratstempeloberfläche für Stempelpressformen bereitzustellen, die mindestens eines der vorstehend genannten Probleme überwindet oder verbessert.
In einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Stempelpressform mit einer Substratstempeloberfläche bereitgestellt, die eine Grundmatrix mit offener Struktur mit einer Beschichtung von darauf aufgetragenem elastomerem Material umfasst. In dieser Beschreibung bedeutet der Begriff "offene Struktur", wenn auf die Matrix angewendet, dass die Oberfläche der Matrix ungleichförmig ist, und falls im Querschnitt angesehen, eine Vielzahl von Vertiefungen, Spitzen und Plateaus einschließen würde. Typischerweise könnte der Abstand von Spitze zu Vertiefung im Bereich von 50-200 Mikrometer oder 70-150 Mikrometer liegen. Wenn auf eine solche Matrixoberfläche aufgetragen, füllt das Elastomer die Vertiefungen und zieht auf die Matrix in einer derartigen Weise auf, dass sie aufgrund der gegenseitig festhaltenden Natur der Haftung stark an die Matrix gebunden wird. Weiterhin werden solche Elastomerzusammensetzungen mit niederer Viskosität, wenn auf solche offenen Matrixstrukturen angewendet, durch die Matrix zurückgehalten, bis sie gehärtet sind, und somit werden die Elastomere weniger wahrscheinlich ablaufen oder herablaufen.
Gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung ist die Stempeloberfläche eine Kompositstruktur mit einer durch die Elastomerbeschichtung an Stellen herausragenden Matrix. Idealerweise ist die Oberfläche vorwiegend elastomer.
Im Allgemeinen umfasst die Matrix ein Keramik- oder Metallmaterial, das in einer Ausführungsform auf die Pressform mit Hilfe von Plasma oder Flammsprühtechniken aufgetragen wird. Alternativ kann die Matrix mit Hilfe von Laser oder mechanischem Mikroverarbeiten, chemischem Ätzen, Anodisierung, Funkenerosion, Plasma- oder Ionenstrahlbehandlung des Materials der Pressform gebildet werden. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die vorstehend genannten Verfahren zum Bilden einer offenen Strukturmatrix begrenzt.
Eine vollständige Beschreibung des Begriffs "Elastomer" und spezielle Beispiele für geeignete Elastomere können in der von den Anmeldern veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung Nr. 95924225, deren Inhalt hierin durch Hinweis einbezogen ist, gefunden werden. In einem bevorzugten Aspekt der Erfindung umfasst das Elastomer ein Silikon- oder ein Fluorsilikonelastomer.
Geeignete Elastomere zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Pressformen haben typischerweise einen relativ niedrigen Dämpfungsgrad und einen niedrigen Modul. Gemäß einem weiteren Aspekt können bevorzugte Elastomere typischerweise Kohlenstoff enthalten und folglich die Klassen "R", "M" oder "U", wie von der American Society for Testing and Materials D1418 klassifiziert, aufweisen. Diese Klassen sind Elastomere mit ungesättigten Kohlenstoffketten, Elastomere mit gesättigten Kohlenstoffketten und Elastomere, die Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff in der Polymerkette enthalten. Die Elastomere dieses Typs erwiesen sich als relativ leicht an den Pressformen auffrischbar, beispielsweise durch vollständiges Abbrennen des Rückstands der alten Elastomerbeschichtung.
Geeignete Kohlenstoff enthaltende Elastomere schließen Polyurethan, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk und hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, insbesondere hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, ein. Beispiele des letzteren schließen Therban (von Bayer) und Zetpol (von Zeon) ein.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Stempelmatrix, wobei das Verfahren die Schritte umfasst von:
- Herstellen einer Matrixoberfläche mit offener Struktur auf einer Pressformoberfläche; und
- Auftragen einer Beschichtung von Elastomer auf die Matrix, sodass eine Stempeloberfläche der Stempelpressform gebildet wird, wobei die Stempeloberfläche eine Kompositoberfläche umfasst, die vorwiegend elastomer ist, wobei die Matrix durch das Elastomer herausragt.
Idealerweise schließt das Verfahren den anschließenden Schritt des Härtens des Elastomers ein.
Typischerweise schließt der Matrixbildungsschritt die vorstehend angeführten Matrixherstellungsverfahren ein.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung von Komposithybridbeschichtungen des Typs, umfassend eine Grundlagenmatrix mit offener Struktur mit einer darauf aufgetragenen elastomeren Beschichtung als Substratstempeloberflächen in Stempelpressformen.
Idealerweise schließt die erhaltene Hybridbeschichtung Taschen aus Matrix, die durch die elastomere Beschichtung herausragen, ein.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Stempeln eines Produkts, wie beispielsweise eines Waschmittelriegels, durch Anwenden einer Stempelmatrix mit einer Stempeloberfläche, umfassend eine Grundmatrix mit offener Struktur mit einer Beschichtung von darauf aufgetragenem elastomerem Material, wobei das Verfahren die Schritte umfasst von:
- Zuführen einer Produktzusammensetzung zu der Stempelpressform;
- Stempeln der Zusammensetzung in der Pressform zur Bildung eines gestempelten Produkts; und
- Lösen des gestempelten Produkts aus der Pressform.
Idealerweise wird das zu stempelnde Produkt eine Waschmittelzusammensetzung, wie beispielsweise Seife, sein. Jedoch sind das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung in ähnlicher Weise zur Verwendung beim Stempeln von diversen anderen Produkten, wie beispielsweise Tabletten und Nahrungsmittel, denkbar.
Beschichtungen und Substratstempeloberflächen, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, ergeben ausgezeichnete Metall-Elastomer-Grenzflächenhaftkraft. In vielen Fällen erübrigt die Haftkraft den Bedarf der Verwendung von gesonderten Haftmitteln. Folglich wird in einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Elastomer beschichtete Pressform bereitgestellt, bei der kein Haftmittel oder keine Grundierung zwischen der Metallpressform und der Elastomerschicht vorliegt. Weiterhin stellt die erfindungsgemäße Matrix eine Trägeroberfläche mit mehrfachen Punkten des Kontakts für den Elastomerapplikator bereit, sodass das Elastomer tief in die Matrix gedrückt werden kann, unter Benetzen der Textur und Herbeiführen von ausgezeichneter mechanischer gegenseitiger Befestigung und Anhaftung aufgrund von Elastomer. Die Beschichtung ist von gleichförmiger und optimaler Dicke, gesteuert durch die maximale Spitzenhöhe der Matrixtextur.
Mit den erfindungsgemäßen Beschichtungen wird die funktionelle Elastomerbeschichtung vor Havarieschaden durch die Taschen aus harter Matrix, die durch die Elastomerbeschichtung bei Ausführungen, wo dies der Fall ist, herausragen, geschützt. Somit kann verbesserte Beständigkeit gegen physikalische Schädigung erreicht werden, selbst wenn relativ weiche und brüchige Elastomere verwendet werden. Die Scherkraftbeanspruchung, die in dem Elastomer an wichtigen Stellen an der Pressformoberfläche auftritt, wird minimiert, da Zonen aus Elastomer durch Inseln aus Matrix zurückgehalten werden und am Beitrag zur Verformung von Elastomermasse durch Scherwirkungs- und Verschleißvorgänge gehindert werden. Diese Faktoren tragen zur Bereitstellung einer robusteren Fertigungsanlage und zu einem wesentlichen Anstieg der Standzeit der Hybridpressform bei.
Sorgfältige Steuerung der Matrixrauheit ermöglicht das Verleihen einer Oberflächenendtopographie dem Komposit der beschichteten Hybridpressform. Dies kann das Vermindern der Reibung an der Produktelastomeroberfläche unterstützen und das Auftreten von unansehnlichen Oberflächenmarken an dem Seifenriegel vermindern. Weiterhin kann eine bevorzugte Oberflächentextur auf den Seifenriegel durch Steuern der Textur der beschichteten Hybridpressform aufgetragen werden.
Die Erfindung wird durch die nachstehende Beschreibung einiger Ausführungsformen davon, die nur beispielhaft angegeben werden, besser verständlich.

1. AUSFÜHRUNGSFORM DER HYBRIDPRESSFORMEN, EINSCHLIESSLICH EINES MITTELS ZUR HERSTELLUNG

Die Hybridpressform besteht aus den nachstehenden Komponenten, einer Metallseifenpressform; einer harten, abnutzungsbeständigen, offenen Matrix und einer elastomeren Deckbeschichtung. Beispiele für eine Hybridmatrixherstellung sind wie nachstehend.
(a) Eine Seifenmetallpressform wird maschinell aus Aluminium hergestellt, dann wird eine kommerziell erhältliche Hybridbeschichtung, beispielsweise PlasmaCoat 1915/11 von Impreglon GB Ltd., umfassend eine Wolframcarbid-Grundlagenschicht und ein Silikonelastomer, aufgetragen.
(b) Auftragen einer harten, verschleißfesten, offenen Matrix aus Nickel/Aluminium-Pulver auf die geformte Oberfläche der Pressform durch thermische Sprühtechniken. Ein Elastomer der Wahl wird dann wie nachstehend auf die Matrix beschichtet. Ein Elastomer [beispielsweise Dow Corning silicone Silastic 9050/50], hergestellt nach den Empfehlungen des Herstellers, wird dann auf die geformte Oberfläche der Pressform mit einem sauberen, weichen Pinsel zu einer Beschichtungsdicke auftragen, bei der die Textur von Nickel/Aluminium gerade vollständig darüber beschichtet ist. Die mit Elastomer beschichtete Pressform wird zum Härten des Elastomers 2 Stunden in einem Ofen bei 160ºC angeordnet.

2. BESCHREIBUNG DER VERWENDUNG VON HYBRIDPRESSFORMEN MIT SEIFE

Dieser Abschnitt zeigt, dass die vorteilhafte Verminderung der Haftung zwischen gestempelten Produkten und stempelnden Oberflächen, die unter Verwendung elastomerer Beschichtungen erreicht wird (wie gezeigt in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 95924225), der Verwendung der Hybridbeschichtungen der vorliegenden Erfindung innewohnt.
Labormessungen wurden unter Verwendung von Aluminiumstanzen, an denen die Endfläche durch Flammsprühen mit Ni/Al-Pulver in einem Bereich von engen Teilchengrößenverteilungen zwischen 38 und 280 um beschichtet wurde, ausgeführt. Dann wurde ein Silikonelastomer durch Sprühen aus einer Lösungsmittellösung aufgetragen. Vor dem Härten des Elastomers wurden zusätzliche Schichten [1, 2 und 3] aufgetragen, um einen Bereich von Endbeschichtungsdicke [nicht mengenmäßig angegeben] zu ergeben. Die Endoberflächenrauheit dieser Hybridbeschichtung war 1-15 um Ra und wurde als abhängig von sowohl der Metallteilchengröße als auch Elastomerbeschichtungsdicke gefunden.
Jede Stanze wurde in eine Seifenformulierung gedrückt, die auf 40ºC vorerhitzt wurde. Die Einprägungstiefe war 3 mm und während der Einprägung wurde die Stanze mit 12 U/min rotiert. Die Stanze wurde dann von der Seife weggezogen und die zum Trennen von Stanze und Seife erforderliche Kraft wurde gemessen. Die entwickelten Haftkräfte lagen für alle beschichteten Stanzen im Bereich von 10-45 N oder 10-25 N, wenn die mit einer Einzelschicht aus Elastomer-beschichteten Stanzen ausgeschlossen wurden. Alle Elastomer-beschichteten Stanzen zeigten bemerkenswert verminderte Anhaftungskraft verglichen mit einer unbeschichteten, polierten Edelstahl- Stanze als Kontrolle [100 N].

3. DEMONSTRATION DER VORTEILE VON HYBRIDPRESSFORMEN GEGENÜBER HERKÖMMLICHEN ELASTOMER-BESCHICHTETEN PRESSFORMEN

1.3 Metall-Elastomer-Binden ohne chemische Grundierung

Versuche haben gezeigt, dass die mechanische Verkeilung von Elastomer in der Hybridgrundbeschichtung ausgezeichnete Metall-Elastomer-Grenzflächenhaftkraft oder Bruchenergie zu einem solchen Ausmaß ergibt, dass es nicht mehr erforderlich ist, ein chemisches Haftmittel oder eine chemische Grundierung anzuwenden, wie bei herkömmlicher Metall-Elastomer- Haftung gefordert wird. Folglich kann die Anwendung von und Aussetzen von gefährlichen Chemikalien, die in reaktiven Grundierungen häufig enthalten sind, vermieden werden. Chemische Grundierungen erwiesen sich zum Erreichen ausreichender Anhaftung zwischen verschiedenen Seifen-Pressformmaterialien, beispielsweise Silikonelastomer und Messing, als wesentlich und im schlechtesten Fall gibt es ohne ihre Verwendung wirklich gar keine Grenzflächenhaftkraft.
Wie in vielen anderen Kautschuk-Metall-Bindungsmetallanwendungen kann jedoch ein wesentlicher zusätzlicher Anstieg der Grenzflächenanhaftung durch die Verwendung von chemischen Haftmitteln erhalten werden. Sie können sich für bestimmte Grundelastomer-Hybridkombinationen bezüglich der Grenzflächenanhaftung oder Langzeit-Haltbarkeit und Stabilisierung der Grenzfläche gegen Korrosion als vorteilhaft erweisen. In diesem Fall ergibt die Hybridtextur eine stark erhöhte und gefaltete Grenzfläche, die mechanisch aufgebrochen oder chemisch angegriffen werden muss, bevor eine Grenzfläche nachgibt.
Diese Merkmale (a) ausreichend Grenzflächenfestigkeit ohne Grundierung und (b) Verstärkung der Hybridgrundlage mit Grundierung wurden unter Verwendung von zwei Silikonelastomeren mit verschiedener kohäsiver Festigkeit und einem 180º- Abschältest [BS 3712, Teil 4, 1991] beispielhaft ausgewiesen. Dieser Test besteht aus einem Laminat, bei dem ein feines Edelstahldrahtnetz in das Elastomer eingebettet ist und von einem steifen Metallsubstrat abgezogen wird. Eine Bruchenergie (G) wird aus der Abzugsfestigkeit [P, die Abzugskraft pro Einheitsbreite (w)] unter Anwendung der Gleichung G = 2P/w berechnet.
Die Substrate waren (i) Messing, das mit Glaskugeln gestrahlt wurde, (ii) Messing wie vorher, dann mit S2260 grundiert [dies ist ein Bezug auf herkömmliche Elastomerbeschichtete Metall-Pressformen, keine Grundierung ergibt fast gar keine Bruchenergie und keine brauchbare Haftkraft], (iii) Aluminium, das mit Ni/Al-Pulver flammgespritzt wurde, und (iv) Aluminium, das mit Ni/Al-Pulver flammgespritzt wurde, dann mit S2260 grundiert wurde. Grundierungen und Elastomere wurden wie von Dow Corning empfohlen bezogen und verwendet.
Mit dem schwächeren Elastomer [9050/50], ohne Berücksichtigung von Substrat (i), ergaben die anderen Substrate kohäsives Versagen des Elastomers, d. h. die Grenzflächenbruchenergie überstieg die Bruchenergie des Elastomers [2,3 KJ/m²].
(a) Deshalb ist die Grenzflächenhaftkraft, die durch die Hybridgrundlage bereitgestellt wird, auch ohne Grundierung hinreichend. (b) Da ein Versagen kohäsiv bleibt, wird keine zusätzliche Information erhalten, wann Grundierung der Hybridgrundlage zugesetzt wird. Mit dem stärkeren Elastomer [9280/50] ergaben alle Substrate ein Grenzflächenversagen zwischen Grundierung und Elastomer, d. h. die Festigkeit der Grenzfläche war geringer als die innere Festigkeit des Elastomers. Es kann hieraus geschlussfolgert werden, dass (a) die Grenzflächenhaftkraft, die durch die Hybridgrundierung allein [3,5 KJ/m²] bereitgestellt wurde, ähnlich zu der aus mit Kugeln gestrahltem Messing mit Grundierung [4,0 KJ/m²] war, und (b) wenn Grundierung mit der Hybridbase verwendet wurde, die Bruchenergie erhöht war [4,6 KJ/m²].

3.2 Leichtigkeit der Elastomerauftragung

3.2.1 Zurückhaltung eines Elastomers mit niedriger Viskosität durch eine texturierte Hybridoberfläche

Elastomerbeschichtungen mit niedriger Viskosität können durch Streichen, Tauchen oder Spritzen auf die Matrix aufgetragen werden und das Elastomer wird durch die Matrixtextur bis zum Härten zurückgehalten. Sie neigen weniger dazu von nicht-horizontalen Oberflächen herabzulaufen, und dies ergibt eine gleichförmigere Dicke an Elastomer. Dies vermeidet Herablaufen der Beschichtung und Ablaufen in den Pressformen bei dünnen Elastomerbeschichtungen, wie es unter bestimmten Bedingungen bei den in der von den Anmeldern veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung Nr. 95924225.6 beschriebenen Beschichtungen vorkommt.
Ein Beispiel für diese Wirkung zeigte sich, als Metalloberflächen - entweder Messing, wie erhalten, oder Aluminium beschichtet mit flammgespritztem Ni/Al - mit einem Niederviskosisäts-Elastomer beschichtet wurden [Silastic 9050/50], dann beide bei einem Winkel von 90º (vertikal) für eine Haltezeit von 15 Minuten bei Raumtemperatur gehalten wurden, dann der empfohlenen Härtung für 2 Stunden bei 160ºC unterzogen wurden. Eine dünne Beschichtung, ungefähr 100 um wurde aufgetragen, wie für dünne beschichtete Pressformen ausgeführt, wobei eine ausführlichere Beschreibung dafür in EP 95924225.6 angegeben wird. Keine Kontrolle wurde zum Reproduzieren der gleichen Beschichtungsdicken zwischen den Blechen angewendet.
Die Beschichtungsdicke wurde an einer Reihe von Orten oben auf jedem Blech unter Verwendung von Laserprofilometrie über die Grenze, gebildet durch einen dampfabgeschiedenen Goldfilm in einer Dicke von einigen Nanometern auf einer Hälfte der Elastomeroberfläche, gemessen. Der Laser reflektiert von dem Gold, passiert jedoch das transparente Elastomer und reflektiert von der Grundierung zurück. Es entsteht eine Stufe an der Kante des Goldfilms, was die Dickenberechnung ermöglicht.
Fig. 1 zeigt die für Messing und hybridbeschichtete Platten bzw. Bleche erhaltenen Ergebnisse.
Dieses Beispiel und die Daten zeigen das Ablaufen, das bei einem dünn beschichteten Messingblech, wenn es nach dem Beschichten für 15 Minuten bei Raumtemperatur vertikal und nach weiteren 2 Stunden während des Härtens bei erhöhter Temperatur gehalten wird, auftritt. Im Vergleich zeigten die Daten für die Hybridplatte keinen Hinweis auf Ablaufen, sondern ergaben eine Dicke der Beschichtung von 100 +/- 20 Mikrometer.
Deshalb vermindert die Hybridoberfläche für dünne Beschichtungen das völlige Absacken der Elastomerbeschichtungen mit niedriger Viskosität auf schrägen Oberflächen.

3.2.2 Beschichtung einer texturierten Hybridoberfläche mit hochviskosem Elastomer

Elastomere mit hoher Viskosität oder pastenähnlicher Konsistenz sind vor dem Härten schwierig direkt als eine dünne, gleichmäßige, fehlerfreie Beschichtung aufzutragen. Sie können aus organischem Lösungsmittel aufgetragen werden, jedoch beinhaltet dies die Verwendung von gefährlichen organischen Lösungsmitteln und den potentiellen Abbau der mechanischen Endeigenschaften des Elastomers. Ausbreiten mit einem Applikator direkt auf die Metall-Pressform ergibt eine ungleichmäßige Beschichtungsdicke. Die Matrix einer Hybridgrundlage kann jedoch eine Trägeroberfläche mit mehrfachen Punkten des Kontakts für den Applikator bereitstellen, sodass die Paste tief in die Matrix gedrückt werden kann. Mit Vorsicht und Übung kann eine wirksame gleichmäßige Oberfläche für den Kontakt mit Seife hergestellt werden. Die Beschichtung ist von gleichförmiger und optimaler Dicke, gesteuert durch die maximale Spitzenhöhe der Matrixtextur. Die Textur der Hybridgrundlagenschicht wird vollständig durch das nicht gehärtete Elastomer benetzt und dies ergibt ausgezeichnetes mechanisches Aneinanderhaften und Elastomer-Grundlagenanhaftung.
Um diesen Vorteil beispielhaft anzuführen, wurden Grenzflächenbruchenergien mit dem vorstehend beschriebenen 180º-Abschältest und mit der elastomeren Silastic 9280/50 auf der Hybridgrundlage Ni/Al erhalten. Eine dünne Schicht Elastomer, ausreichend für Pressformbeschichtung, wurde unter Verwendung eines weichen Kunststoffapplikators, wie vorstehend beschrieben, aufgetragen, dann wurde ein Abschältest- Laminat mit weiterem ungehärtetem Elastomer aufgebaut und 2 Stunden bei 160ºC gehärtet. Die Bruchenergie aus dieser Anordnung war 3,6 KJ/m² und der Versagensmodus war grenzflächig. Wenn die Anfangsschicht des Elastomers aus einer verdünnten Lösung in einem organischen Lösungsmittel, wie Toluol, aufgetragen wurde, ergab dies im Vergleich dazu eine sehr ähnliche Grenzflächenbruchenergie von 3,5 KJ/m². Dafür ergaben die direkten Auftragungsverfahren eine gleichmäßig hohe Grenzflächenhaftkraft, jedoch unter Vermeiden der Gefährlichkeit oder Probleme von Lösungsmittelauftragung.

3.3 Verbesserte Standzeit

Die funktionelle Elastomerbeschichtung wird vor Havarieschaden durch die harte herausragende Matrix geschützt. Verbesserte Beständigkeit für physikalische Schädigung kann auch erreicht werden, selbst wenn relativ weiche und brüchige Elastomere verwendet werden. Die Scherbelastung, die in dem Elastomer an wichtigen Stellen auf der Pressformoberfläche auftritt, wird minimiert, da Elastomerzonen von Inseln der Matrix zurückgehalten werden und an einem Beitrag zu den Scherwirkungsverformungen der Elastomermasse und Verschleißvorgängen bewahrt werden. Diese Faktoren tragen zu einer robusteren Fertigungsanlage und einer wesentlichen Erhöhung der Standzeit der Hybridpressform, wie in dem nachstehenden Beispiel gezeigt, bei.
Die Endfläche einer Messingstanze wurde mit einer flammgespritzten Schicht von Wolframcarbid beschichtet. Diese wurde dann mit einem Elastomer [Dow Corning silicone Silastic 9050/50] zur Herstellung der Hybridbeschichtung beschichtet. Eine ähnliche Messingstanze wurde mit Dow Corning Grundierung S2260 grundiert und mit dem gleichen Elastomer beschichtet.
Die Stanzen wurden ihrerseits auf einer Maschine, ausgelegt zur Beschleunigung von Verschleiß, verursacht durch Reiben auf Seife, befestigt. Dieser Test erwies sich in der Praxis als eine Simulation der Standzeit unter Fertigungsbedingungen. Die Stanze wurde wiederholt in eine Testseife getrieben, die langsam durch eine Öffnung extrudiert wurde. Die Drücke, denen die Stanze ausgesetzt war, sind aufgebaut, um jene, die während des Stanzens auftreten würden, auszuüben. Der Test wird fortgesetzt, bis die Seife beginnt, an der Stempeloberfläche anzuhaften. Und die Vielzahl von beabsichtigten Zyklen, die ausgeführt werden, damit dies auftritt, wird aufgezeichnet. Die Stanze wird dann mit Ethanol gereinigt und an der Maschine ausgetauscht. Das Verfahren wird wiederholt, bis die Seife erneut an der Stempeloberfläche anhaftet. Diese werden als die ersten und zweiten Anhaftungswerte bezeichnet. Das Anhaften wird durch Mikroschädigung der Oberfläche des Elastomers verursacht und ist ein Hinweis für den Beginn von Verschleiß.
Die elastomer beschichtete Stanze haftet nach den ersten 70000, dann zweiten 72000 Zyklen, wohingegen die hybridbeschichtete Stanze das Arbeiten fortsetzte, bis die ersten 100000, dann zweiten 110000 Zyklen abliefen. Die Hybridbeschichtung dieser Erfindung ergab eine Standzeitverbesserung von ungefähr 40%.

3.4 Topographie, Reibung und Textur

Durch sorgfältige Steuerung der Matrixrauheit ist es möglich, der hybridbeschichteten Pressform eine Kompositendoberflächentopographie zu verleihen. Dies kann Reibungsverminderung an der Seifenelastomeroberfläche unterstützen und das Auftreten von unansehnlichen Oberflächenmarkierungen auf dem Seifenriegel vermindern. Zusätzlich kann eine bevorzugte Oberflächentextur auf den Seifenriegel durch Steuerung der Textur der hybridbeschichteten Pressform aufgetragen werden.

3.4.1 Reibung

Ebene Aluminiumfolien wurden in ähnlicher Weise mit flammgespritztem Metall und Elastomer auf die Stanzen, wie bereits in Abschnitt 2 beschrieben, aufgetragen. Die beim Gleiten entwickelte Reibungskraft eines Stücks Seife über die Oberfläche der Folien wurde in einem Bereich von Gleitgeschwindigkeiten [7-30 mm/s] gemessen und normale Belastungen angewendet. Reibungskoeffizienten wurden aus dem Anstieg der Reibungskraft/Normalkraftkurven berechnet. Die Werte wurden auch unter Verwendung einer 3 mm dicken Schicht von Silikon erhalten, das als Masseelastomer angesehen werden kann. Das dicke Elastomer hatte einen sehr hohen Reibungskoeffizienten mit der Seife [1,9-2,4], verursacht durch Masseverformung des Elastomers. Durch Zwingen des Elastomers in die Matrix wird die Reibung beträchtlich vermindert.

3.4.2 Textur

Die Rauheit der hybridbeschichteten Stanzen und der Seifenoberflächen nach dem Anhaftungsversuch, der in Abschnitt 2 beschrieben wurde, wurden unter Anwendung eines kontaktfreien Laserprofilometers gemessen. Es gibt eine starke und direkt Korrelation [-1 : 1] zwischen der Rauheit der Stanze und der erhaltenen Seifenoberflächenrauheit, beide gemessen in Ra (um).
Die Erfindung wird nicht auf die hierin vorstehend beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, die sowohl im Aufbau als auch im Einzelnen variiert werden können.

Claims

1. Stempelpressform mit einer Substratstempeloberfläche, umfassend eine Grundmatrix mit offener Struktur, die eine darauf aufgetragene Beschichtung aus elastomerem Material aufweist, wobei die Oberfläche der Matrix, wenn im Querschnitt angesehen, eine Vielzahl von Vertiefungen, Spitzen und Plateaus einschließt und die Stempeloberfläche eine Kompositoberfläche umfasst, die vorwiegend elastomer ist, wobei die Matrix durch das Elastomer herausragt.

2. Stempelpressform nach Anspruch 1, wobei die Matrix eine Vielzahl von Kontaktpunkten für das Elastomer aufweist.

3. Stempelpressform nach Anspruch 1, wobei die Matrix durch das Elastomer in Inseln herausragt.

4. Stempelpressform nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Pressform kein Haftmittel oder keine Grundierung aufweist, die das Elastomer an die Matrix heftet.

5. Stempelpressform nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Matrix ein Keramik- oder Metallmaterial umfasst.

6. Stempelpressform nach Anspruch 5, wobei die Matrix mit Hilfe von Plasma- oder Flammspritzen aufgetragen wird.

7. Stempelpressform nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Matrix mit Hilfe von Laser oder mechanischem Mikroverarbeiten, chemischem Ätzen, Anodisierung, Funkenerosion, Plasma- oder Ionenstrahlbehandlung des Materials der Pressform gebildet wird.

8. Stempelpressform nach einem vorangehenden Anspruch, wobei das Elastomer ein Silikon- oder Fluorsilikonelastomer umfasst.

9. Stempelpressform nach einem der Ansprüche 1-7, wobei das Elastomer ein Kohlenstoff enthaltendes Elastomer umfasst.

10. Stempelpressform nach Anspruch 9, wobei das Elastomer aus Elastomeren mit ungesättigter Kohlenstoffkette, Elastomeren mit gesättigter Kohlenstoffkette und Elastomeren, die Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff in der Kohlenstoffkette enthalten, ausgewählt ist.

11. Stempelpressform nach Anspruch 10, wobei das Elastomer Polyurethan, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk oder hydrierter Acrylnitril-Butadien-Kautschuk ist.

12. Stempelpressform nach einem vorangehenden Anspruch zur Verwendung beim Stempeln von Seife.

13. Verfahren zur Herstellung einer Stempelpressform, umfassend die Schritte von:

- Herstellen einer Matrixoberfläche mit offener Struktur auf einer Pressformoberfläche; und

- Auftragen einer Beschichtung von Elastomer auf die Matrix, sodass eine Stempeloberfläche der Stempelpressform gebildet wird, wobei die Stempeloberfläche eine Kompositoberfläche umfasst, die vorwiegend elastomer ist, wobei die Matrix durch das Elastomer herausragt.

14. Verfahren zum Stempeln eines Produkts durch Anwenden einer Stempelpressform nach einem der Ansprüche 1-11, die eine Stempeloberfläche aufweist, welche eine Grundmatrix mit offener Struktur umfasst, die eine Beschichtung aus darauf aufgebrachtem, elastomerem Material aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst von:

- Zuführen einer Produktzusammensetzung zu der Stempelpressform;

- Stempeln der Zusammensetzung in der Pressform zur Bildung eines gestempelten Produkts; und

- Lösen des gestempelten Produkts aus der Pressform.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Produkt ein Seifenriegel ist.