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Verfahren zum Herstellen von Preßkörpern mit erhöhter Festigkeit aus
Kunstharzpreßmassen
Es ist bekannt, daß die nechanischen Eigenschaften von Kunstharzpreßstoffen
sowohl vom Ausgangszustand der unverpreßten Mssen als auch von der Verarbeitungstenchnik
abhängie sind.
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So hat beispielseise die in einer unverpreßten Masse enthaltene Luftfeuchtigkeit,
die von der Hydrogskopizität der Preßmischung und den jeweiligen atmosphärischen
Verhältnissen abhängig ist, einen bemeerkenserten Einfluß auf die Endfestiokeit
des verpreßten Stoffes. Erfahrungsgemäß sinken insbesondere die Zerreiß- und beiegefestigkeit
mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt der Äfasse ab.
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Außer dem durch die Luftfeuchtigkeit bedingten Feuchtigkeitsgehalt
wreden bei der Reaktion des Kunstharzes in der Preßform nach zusätzliche Wasserdampfmengen
und sonstige gasfömige Produkte frei, die insgesamt auf das Preßstoffgelfüge eine
auflockernde und somit festigkeitsmindernde Wirkung ausüben.
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In ähnlicher Weise wie Wasserdampf wirken sich auch Lufteinschlüsse
in einem Preßstoff schäldich auf die mechanischen Eigenschaften aus.
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Durch das vielfach angewandte Vorwärmen der Preßmasse vor dem Einbringen
in die Preßform sowie durch Vorverdichten, Tabliettieren und auch Klimaitsieren
der unverpreßten Masse kömmen die erwähnten seh ädl ichen Einflüsse bekanntlich
herabgesetzt und bis zu einem gewissen Grade gesteuert werden.
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Durch Voreerdichten ; wird das in der Masse eingeschlossene Luftvolumen
verringert. Durch Vorwärmen erfolgt eine Verdünnung der Lufteinschlüsse und damit
eine weitere spezifische Reduzierung der Luftmenge. Ferner wird bei sachgemäßem
Vorwärmen auch gleichzeitig eine Abkurzung der Preßzeit sowie eine Schonung der
Preßwerkzeuge infolge besseren Fließens der Preßmasse erreicht. Darüber hinaus wird
die besonders vom Füllstoff aus der Atmosphäre aufgenommene Feuchtigkeit schon teilweise
vor dem Verpressen verdampft und somit der Feuchtigkeitsgehalt verrintgert.
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Es wurde nun gefunden, daß durch praktisch vollkommenen Feuchtigkeitsentzug
unmittelbar vor dem Verpressen sowie durch Verdünnung der in der unve'rpreßtea Preeilmasse
eingeschlossenen Luft durch gleichzeitige Anwendung von Wärme und Vakuum die mechanischen
Eigenschaften, insbesondere Zerreiß- und biegefestigekit, gegenüber den bereits
erwähnten und bekannten Maßnahmen noch beträchtlich gesteigert werden. Eine besondere
Gütesteigerung wird erfingungsgemäß dann erreicht, wenn die Preßmasse zwischen der
Vakuumvorwrmung und dem Verpressen nicht mehr der Atmosphäre ausgesetzt, sondern
die Vakuum behandlung bis zum endgültigen Aushärten der Masse in der Preßform ausgedehnt
wird.
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Dieses neue Vakuumpreßverfahren hat eine Reihe wesentlicher Vorzüge:
Durch das Verpressen der Preßmasse unter Vakuum ohne vorherige Unterbrechung der
Vakuumvorwärmung wird verhindert, daß die Atmosphäre vor dem P'reßvorgang wieder
in die Masse hineinstürzen kann. Hierdurch wird ein erneutes Aufladen der Preßmasse
mit schädlicher Luft und Luftfeuchtigkeit vermieden.
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Beim Vorwärmen unter normalen atmosphärischen Verhältnissen kann
nur eine schwache Verdünnung der in der Preßmasse eingeschlossenen schädlichen Luft
erzielt werden, während erhndungsgemäß eine sehr weitgehende und daher besonders
günstige Verdünnung erreicht wird.
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Durch Vakuumvorwärmen und; anschließendes Valcnumpressen wird die
Entfernung der Feuchtigkeit infolge Siedepunktserniedrigung unter weit niedrigeren
Temperaturen und wesentlich intensiver als in der Atmosphäre ermöglicht, wodurch
gleichzeitig das Kunstharz vor unerwünschtem Weiterhärten während des Vorwärmens
verschont und somit die Fließfähigkeit der Masse erhalten bleibt.
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Auch Reaktionsprodukte, die während des Preßvorganges erst frei werden,
werden weitgehend aus der in der Preßform härtenden Masse abgesaugt, wo durch dem
Preßstoff noch in siener letzten Herstellungsphase, d. h. also während des Preßvorganges,
eine erhebliche Menge an festigkeitsminderen, den Fremdstoffen entzogen wird.
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Es werden Festigkeitssteigerungen von 30 bis zu 40% erreicht. Die
bei normalem Vorwärmen, d. h.
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Vorwärmen ohne Vakuum, erzielbaren Abkürzungen der Preßziet werden
durch das Vakuumvorwärmen und anschließende Vakuumpressen noch erhöht.
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Durch das neue Preßverfahren wird die Verarbeitung auch von solchen
Kunstharzen ermöglicht, die unter Vakuum schon bei relative niedrigen Temperaturen
aushärten so daß dann auch Füllstoffe, Farbstoffe oder sonstige Beimengungen mitverarbeitet
werden können, die gegenüber den in der normalen Verarbeitungstechnik der Kunzstharzpreßstoffe
üblichen Preßtemperaturen nicht mehr beständig sind.
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Praktisch durchführen läßt sich dieses. Vakuumpreßverfahren auf verschiedene
Weise.
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Die zu verpressende Masse kann in einer beheizbaren Preßform, deren
ausreichend dimensionierter Füllraum vakuumdicht abschließbar ist, unter Vakuum
vorgewärmt und anschließend unter Beibehaltung des Vakuums verpreßt werden. Der
vakuierbare Raum in der Preßform kann durch sangendes Einpassen des Obers tempels
in den Unterstempel geschaffien werden. Werner besteht die Möglichkeit, elastische
Dichtungen in die gleitendin Flächen zwischen Ober- und Unterstempel einzubringen.
Eine weitere Lösung besteht darin, Ober- und Unterform mit Zylindern zu umgeben,
die beim Zufahren der Form schon frühzeitig vor der Endlage vakuum dicht ineinander
eingreifen und erforderlichenfalls mit elastischen ringförmigen Dichtungen versehen
sind.
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Man kann auch so verfahren, daß der durch das Oberjoch der Presse,
den Preßtisch und die Seitenwangen gebildete Arbeitsraum der Presse durch dicht
abschließende Bleche zu einer Vakuum kammer ausgebildet ist, innerhalb, welcher
der Preßstempel durch die auflenliegende Steuerung frei betätigt wird. Die Beschickung.
der Preßform erfolgt durch eine in gleicher Höhe mit der Preßform angebrachte und
vaknumdicht schließbare Tür oder einen entsprechenden deckel. Die Vorwärmung der
Masse unter Vakuum wird zweckmäßig in der Preßform selbst durchgeführt. Hierfür
kann man innerhalb der Vakuumkammer unmittelbar neben der Preäßform eine besondere
Vorwärmeeinrichtung unterbringen, aus der dann die Preßmasse nach dem Vakuumvorwärmen
durch außenliegende Bedienungseinrichtungen in die Preßform eingeschwenkt wird und
ohne Unterbrechung des Vakuums verpreßt wird.
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Eine Großdruchführung des Vakuumpreßverfahrens ist möglich durch
Unterbringung der Preß-und Vorwärmeeinrichtungen in einen evakuierbaren Betriebstraum.
Hierbei könne. sämtliche Bedienungsvorgänge für die Leitung des Materials, die VOrwärmung
und die Pressung von außen ferngesteuert sein. Das Einfahren der unverpreßten Preßmasse
in den evakuierten Betriebsraum sowie das Ausfahren der fertigen Preßteile kann
durch von außen bediente Schleusen erfolgen, wodurch die Betriebsfähigkeit Ides
evakuierten Raumes ständig aufrechterhalten bleibt.
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Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem plastische, pulverförmige oder
körnige Massen zwecks Ab, kürzung der Preßzeit in einem rotierenden Apparat, der
von außen beheizt wird, vorgewärmt werden.
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Dabei sollen durch die Vonvärmung eingeschlossene Gase und Luft aus
der Masse entfernt, durch die
dabei eintretende verdünnung der Lufteinschlüsse
eine Abkürzung der Preßzeit sowie eine Schonung der Preßwerkzeuge eine Verbesserung
der Preßmasse und eine Verringerung ihres Feuchtigkeitsgehaltes erreicht werden.
Dagegen enthält das eriindungsgemäße Verfahren eine Vorwärmung unter Vakuum und
ihre Kombination mit der Vornahme des Pressens ebenfalls unter Vakuum.
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Ein weiteres bekanntes Verfahren behandelt die Anwendung einer mit
5000 bis 80000 Umdrehungen pro Minute umlaufenden Rotationsform, in der die Zentrifugalkräfte
zur Abführung der im Formling eingeschlossenen und frei werdenden Gase aus genutzt
werden. Die Gase werden hierbei nach den inneren Zonen gedrängt und durch nach innen
und unten gerichtete Abzugskanäle wie durch eine Zentrifugalpumpe abgeführt. Der
Effekt entspricht keinesfalls einer Vollevakuierung gemäß der vorliegenden Erfindung
und wird außerdem durch andere Mittel erzielt. Das bekannte Verfahren ist außerdem
nur fülr flüssiges Material verwendbar.
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Es handelt sich hier nicht um ein Preßverfahren, sondern um ein Schleuderverfahren.
Es werden hierbei auch keine Druckverhältenisse erzielt wie beim Preßvorgang. Dieses
Verfahren stellt bestenfalls eine spezielle Weiterentwicklung der im Werkzeugbau
allenthalben übiliichen und notwendigen Lüftungskanäle, aber keinesfalls ein Vakuumpreßverfahren
mit den Vorteilen einer idealen Gasentfernung dar.
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Beispiele I. Herstellung einer regel los gefüllten Zellstoffpreßmasse
Eine Preßmasse aus 64 Gewichtsteilen Zellstofffasern, 34,5 Gewichtsteilen härtbarem
Phenolformaldehydharz, 1,2 Gewichtsteilen Gleitmittel und 0,3 Gewichtsteilen Farbstoff
wird von dem Einbringen in die Preßform etwa 15 Minuten lang bei 750 unter Vakuum
vorgewärmt und hierauf in einer evakuierten Flachstabpreßform verpreßt. Die erhaltenden
Preßörper werden auf ihre Zerreißfestigkeit geprüft, wobei folgender Mittelwert
aus fünf Einzelprüfungen erhalten wird: QB = 760 kg/cm2 (vakuumgepreßt).
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Bei derselben Preßmasse wird nach dem üblichen Verpressen ohne Vakuum
der Wert c>zB = 585 kg/cm2 erhalten.
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Die Festigkeitssteigerung beim Vakuumpreßverfahren beträgt somit
etwa 300/0 gegenüber dem normalen Preßverfahren.
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2. Herstellung eines geschichteten Preßstoffes Eine Preßmasse aus
68,5 gewichtsteilen Zellstoffbahne, 30,5 Gewichtsteilen h. ärtbiarem Phenolharz,
0,8 Gewichtsteilen Gleitmittel und o, 2 Gewichtsteilen Farbstoff wird wie in Beispiel
I verpreßt und auf Druckfestigekit geprüft. Im Vergleich zu derselben ohne Vakuum
verpreßten Preßmasse werden folgenden Festikeitswerte erhalten: vakuumgepreßt #zB=1558
kg/cm2, normalgepreßt #zB=1083 kg/cm2.
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Die Festigkeitssteigerung beträgt bei dem Vakuumpreßverfahren hier
etwa 350/0 gegenüber dem normalen Preßverfahren.