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Verfahren zur Herstellung von Formstücken aus thermoplastischen Kunststoffen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Formstüdken aus
einem therrnoplastischen Kunststoff und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung
von Formstücken aus einem synthetischen, linearen Polyester, der im wesentlichen
aus dem linearen Polykondensationsprodukt von Äthylenglykol und Terephthalsäure
zusammen mit -kleineren Mengen modifizierender Verbindungen besteht und nachstehend
der Einfachheit halber als Polyäthylenterephthalsäureester bezeichnet wird.
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Die Verformung thermoplastischer Kunststoffe geschieht grundsätzlich
auf zwei Wegen: i. im Preßgußverfahren, 2. im Spritzgußverfahren.
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Die Herstellung von Schallplatten liefert ein gutes Beispiel für einen
typischen Formvorgang. Wie bekannt, werden Schallplatten so hergestellt, daß man
in das Originalstück aus Wachs oder einem thermoplastischen Kunststoff zunächst
die Rillen einschneidet. Das Schneidwerkzeug oder die,Gramophonnadel läßt man entsprechend
einer Lautsprechermembran vibrieren,# so daß der Ton in Form sehr kleiner Schwankungen
der Lage oder der Ausbildung der Rille wiedergegeben wird. Das Original wird dann
elektrisch leitend gemacht, und zwar für gewöhnlich dadurch, daß man zunächst auf
der Oberfläche Golddampf kondensiert und dann eine ziemlich dicke Kupferschicht
aufgalvanisiert. Wenn diese Kupferplatte aibgenommen wird, stellt sie einen vollkommenen
Negativabdruck der Originalaufnahmedar und wird durch eine in zwei Stufen erfolgende
Wiederholung dieses ga;Ivanoplastischen
Verf ahrens erneut hergestellt,
wobei man eine Anzahl von Negativmatrizen erhält, die mit deA1 Modell oder der ersten
Negativforin identisch sind, jedoch für gewöhnlich eine, Nickeloberfläche haben.
Diese Matrizen werden in einer hydraulischen Presse angeordnet und als Formflächen
zur Herstellung der handelsüblichen, aus einem plastischen Kunststoff bestehenden
Schallplatten verwendet.
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Die Matrizen werden an besonders dafür bestimmten Preßstempeln befestigt,
von denen jeder mit einem entsprechend geformten stumpfen mittleren Vorsprung versehen
ist, um beim Unterdrucksetzen der Presse die Etiketten anzudrücken und das Mittelloch
in die Platte zu machen. Die Preßstempel besitzen um ihre, äußere,Kante einen vorstehenden
Ring, um die Platte glatt abzuschneiden, so daß, wenn zwei mit Matrizen versehene
Preßstempel in der Presse zusammengeführt werden, sich zwischen ihnen ein flacher
Hohlraum bildet. Bei den üblichen Verfahren wird ein Block, der aus Schellack, Füllstoffen
und einem das Herausnehmen des Formstückes aus der Form erleichternden Gleitmittel
zusammengesetzt ist, auf einem dampfbeheizten Tisch zur Bildung einer Rohplatte-
erhitzt. Die Matrizen werden dadurch erhitzt, daß man Dampf durch die Preßstempel
leitet, dann wird an jedem der stumpfen mittleren Vorsprünge ein Etikett: angebracht
und die heiße Rohplatte zwischen die Preßstempel gebracht. Wenn die Preßform verschlossen
ist, wird der Dampf abgestellt, worauf man kaltes Wasser durch die Preßstempel zirkulieren
läßt, während die Vorrichtung unter einem Druck von etwa 42 bis 140 at gehalten
wird. Sobald sie abgekühlt ist, wird die Preßforin geöffnet, die Platte entnommen,
worauf ihre Kanten glattgeschnitten und die Platten aufgestapelt wer-den, um ein
Verziehen während des Festwerdens zu verhindern. Der Preßvorgang dauert für gewöhnlich
etwa :25 Sekunden bis i Minute.
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Feste-Grammophonplatten werden auch aus Vinylharzen anstatt aus Schellackzusammensetzungen
hergestellt. Das allgemeine Verfahren und der Preßvorgang sind die gleichen, jedoch
sind die benötigtenTemperaturenundDrücke höher, nämlich für gewöhnlich etwa i5o'
und 14o at, und das Pressen dauert oft doppelt so lange. Außer den kompakten Platten
sind noch drei Arten von aus einzelnen Schichten bestehenden Platten im Handel.
Eine Art besteht aus einer Platte auf Schellackgrundlage, wobei die zwei Spielflächen
aus einer qualitativ hochwertigen Zusammensetzung hergestellt sind, eine Rückenfläche
aus dünnem Papier haben und auf einer Kernplatte aus billigem Schellack und einem
Füllstoff befestigt sind. Eine andere Plattenart besitzt einen Plattenkern -aus
Aluminium, um ein Verziehen zu verhindern-, auf ,dessen beiden Seiten ein Papier
mit einer -der Musik entsprechenden Abbildung angebracht ist. Auf jeder der
beiden Flächen ist eine- durchsichtige, dünne Platie aus einem Vinylharz befestigt.
Die fünf Schichten liegen aufeinander. Die Spielfläche wird wie bei anderenPlatten
nacheineinderüblichenVerfahrenzurVerformungthermoplastischerKunststoffe hergestellt.
Kinderschallplatten und kleinere Glückwunschschallplatten, die ähnlich aussehen,
werden auch hergestellt, besitzen jedoch nur einen dünnen plastischen Film auf einer
glatten Pappgrundlage.
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Alle- diese Verfahren besitzen. jedoch einen gemeinsamen größeren
Nachteil, d. h. bei jedem einzelnen Herstellungsgang muß die Form erhitzt
und abgekühlt werden, was selbstverständlich teuerer ist als eine unter bloßem Erhitzen
e - rfolgende Formgebung. Außerdem erfordert die Herstellung einer Platte
ziemlich viel Zeit, was dadurch bedingt ist, daß jede einzelne Preßformung in zwei
Stufen durchgeführt wird, d. h. unter Erhitzen und anschließendem Abkühlen
der verschlossenen Form.
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Die Erfindung betrifft daher die Schaffung eines #Terfahrens zur Herstellung
von Formstücken aus thermoplastischen Kunststoffen, wobei das übliche Abkühlen der
verschlossenen Form entfällt.
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Ein weiterer Vorteil ist die rasche und wirtschaftliche Erzeugung
von Formstücken aus Polyäthylenterephthalsäureester, die das genaue und formgetrene
Abbild der den Hohlraum der Form bildenden Flächen sind.
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Weiter betrifft die Erfindung die wirtschaftliche Herstellung genauer
Reproduktionen von Formstücken zur Tonwiedergabe, z. B. von Schallplatten,. aus
Polyäthylenterephthalsäureester.
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Diese unä andere Gegenstände werden nachstehend erläutert.
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,Die obigen Aufgaben werden gemäß der Erfindung dadurch erfüllt, daß
man eine Roliplatte, die im wesentlichen aus einem amorphen, kristallisierbaren
und zum größten Teil Polväthylenterephthalsäureester als charakteristischen Bestandteil
enthaltenden polymeren Stoff besteht, der eine wahre Viskosität von mindestens
0,3 hat, bei einer Temperatur zwischen i2o und 22o" und zweckmäßig zwischen
150 und :2oo' in eine heiße Form einbringt. Wenn die Rohplatte in die Form gebracht
und auf diese erhöhte Temperatur erhitzt wird, wird sie sofort weich oder schmilzt
und verfestigt sich dann bald dara-uf. Das Wiederfest"verden erfolgt ohne eine Abkühlung
und zwar auf Grund der Kristallisation, welche bis zu einem Punkt fortschreitet,
an dem der Stoff überwiegend kristallin ist und einen wesentlich unterhalb der Formungstemperatur
liegenden Schmelzpunkt hat.;Man erhält so in kürzester Zeit eine vollkommene Wiedergabe
der kleinsten Einzelheiten der Formflächen, ohne daß die Form gekühlt wei-den muß.
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Der polymere synthetische, lineare Äthylenterephthalsäureester, der
bei dem erfindtingsgemäßen Verfahren verwendet wird, kann reiner Polyäthylenterephthalsäureester
sein oder auch ein linearer Mischpolyester, in dem Äthylenterephthalsäureester den
vorherrschenden und charakteristischen Bestandteil bildet. Es können Mischpolymerisate
verwendet werden, die ein zweites Glykol und/oder eine, zweite zweibasische Säurekomponente
enthalten, wobei nur Voraussetzung ist, daß die obenerwähnte erforderliche Kristallisierbarkeit
gegeben ist, Unter den vielen, zur Herstellung der Mischpolyester verwendbaren Glykolen
seien
erwähnt: Trimethylendlykol, Tetramethylenglykol, Hexamethylen-lykol, Diäthylen-lykol,
Pro-Z> 23 pylenglykol usw. Zur Herstellung von Mischpolyestern brauchbare zweibasische
Säuren sind: Sebazinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Adipinsäure, Oxydivaleriansäure,
Äthylen-bis-p-oxyb#--n-zoesäure und viele andere. Wenn geschmolzener Polyäthylenterephthalsäurcester
langsam abgekühlt wurde, oder wenn das feste Polymere #v-enige,.Minuten auf eine
Temperatur zwischen #i2o' und seinem Schmelzpunkt erhitzt wurde, zeigt ein davon
aufgenommenes Röntgendiaggramm, daß das Polymere kristallin geworden ist. Die Mischpolymerisate
aus Äthylenterephthalsätircester und anderen polymerisierbaren Verbindungen sind
in vielen Fällen mittels des t' Cyleichen Verfahrens kristallisierbar. Es scheint
wesentlich zu sein, daß ein solches Mischpolymerisat mindestens zu einem überwiegenden
Teil aus Äthylenterephthalsäureester besteht, um kristallisierbar zu sein. Die größte
Menge des polymerisierbaren Stoffgemisches, die ohne Zerstörung der Kristallisierbarkeit
des Mischpolymerisates darin enthalten sein kann, ändert sich etwas mit dem besonderen,
verwendeten pol-'ymerisierbaren Stoffgemisch. Wenn zu wenig Äthylenterephthalsäureester
oder umgekehrt zu viel der polymerisierbaren Verbindung zugegen ist, gibt das Mischpolyrnerisat
bei einer Untersuchung mit Röntgenstrahlen trotz einer vorherigen Hitzebehandlung
kein charakteristisches Kristallröntgendiagramm. Die kristallisierbaren Zusammensetzungen
können nach einer Hitzebehandlung, wenn notwendig, leicht mittels eines Röntgendiagramms
erkannt werden. Die Erfindung betrifft solchekristallisierbaren polymeren Massen.
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Das gemäß der Erfindung zu verwendende synthetische Polyrnere aus
einem linearen Äthylenterephtha;lsäureester soll eine wahre Viskosität von mindestens
0,3 und zweckmäßig von 0,4 bis 1,5 besitzen. Ein Äthylenterephthalsäureesterpol.ymeres
mit einer wahren Viskosität von weniger als 0,3
ergibt kein techn.isch brauchbares
Formstück. Der mit (27 0) bezeichnete Ausdruck wahre Viskosität gibt ein
Maß für den Polymerisationsgrad des Polyesters an und kann folgendermaßen definiert
werden:
wenn C nach 0 geht. Darin bedeutet (iir) die Viskosität einer verdünnten
Phenol-Tetrachloräthan-Lösung (6o:4o) des Polyesters, dividiert durch die Viskosität
der reinen Phenol-Tetra-chloräthan-Mischung in der gleichen Einheit und bei der
gleichen Temperatur, und C gibt die K-onzentration des Polyesters in Gramm
pro iooccm Lösung an.
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Die'Herstellung polymerer, amorpher Rohplatten ist verhältnismäßig
einfach. Ein zweckmäßiges Verfahren besteht darin, daß man das Polymere schmilzt
und dann durch eine Düse in kaltes Wasser auspreßt. Das bewirkt ein Abschrecken
und kühlt das Polymere so rasch ab, daß keine merkliche Kristallisation eintritt.
>Man erhält so eine im wesentlichen amorphe, polymere Rohplatte -mit einem Erweichungspunkt
von etwa i2o'. Gemäß einem anderen Verfahren kann das geschmolzene Polymere auf
oder zwischen kalte Gußflächen ausgepreßt werden, um das gewünschte Abschrecken
des ausgepreßten Polynieren zu erzielen.
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iIn vielen Fällen ist es in der Kunststoffindustrie üblich, Formstücke
aus einem flocken- oder pulverförmigen Ausgangsmaterial herzustellen. Der erfindungsgemäße
Polyester kann ebenfalls nach einem solchen Verfahren verformt -,verden, obwohl
für gewöhnlich die amorphen Flocken oder das Pulver sorgfältig getrocknet werden
müssen, um eine Blasenbildung zu vermeiden, die dann auftritt, wenn während der
Formgebung eingeschlossene verdampfbare Stoffe, wie z. B. Wasser, in den Flocken
enthalten sind. Außerdem wird bei diesem Verfahren die Temperatur zweckmäßig auf
etwa 200' gehalten.
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Natürlich kann bei jedem Verfahren zur Herstellung von Formstücken
das Polymere dadurch gestreckt -,verden, daß man es mit Füllstoffen, wie z.B. mitKieselgur
odermitdenverschiedenartigsten Weichmachern, Wachsen, Gleitmitteln, Hitzestabilisatoren
und Pigmenten mischt.
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Die folgenden Beispiele erläutern bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung.
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Beispiel i Geschmolzener Polyäth.ylenterephthalsäureester (?i0=-o,5)
wird auf die ebene Oberfläche eines kalten Aluminiumblocks ausgegossen und sofort
mit einem anderen kalten Aluminiumblock bedeckt und zusammengepreßt. Um eine Mindestdicke
der erhaltenen Platte von etwa :2,5 mm zu erzielen, werden Abstandshalter verwendet.
Infolge des Abschreckens durch das kalte Aluminium bleibt das Pol#ymere amorph und
durchsichtig.
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Eine Form, ähnlich den üblicherweise in der Indus ' trie verwendeten,
wird für eine etwa 1,25 mm dicke Schallplatte mit einem Durchmesser von 17,5 cm
hergestellt. Die Form wird auf 170' gehalten, worauf eine amorphe Platte
mit einem Durchmesser von etwa 13,75 cm aus Polyäthylenterephthalsäureester, die
wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde, bei Raumtemperatur eingebracht, die
Form rasch verschlossen und in dem Maße, wie das Polymere durch die Hitze erweicht
wird, unter einem Druck von etwa 7 at gesetzt wird. Das Polymere wird zunächst
weich bis zum nahezu fließfähigen Zustand, wobei es sich den Formflächen der Form
anpaßt und kristallisiert dann unter Rückkehr in den festen, verhältnismäßig undurchsichtigen
Zustand innerhalb von etwa '/2 Minute. Die Preßform wird dann geöffnet und das Produkt
ohne vorherige Abkühlung entnommen. Man erhält eine Schallplatte mit ausgezeichneten
Ton- und Oberflächeneigenschaften. Beispiel 2 Ein durch Auspressen der Schmelze
auf eine kalte Walze erhaltener amorpher Film aus Polyäthylenterephthalsäurcester,
'der eine wahre Viskosität
von 0,7 besitzt und o,o5 mm dick
ist, wird um ein gut getrocknetes Blatt aus festem Karton herumgeschlagen, worauf
das zusammengesetzte Rohstück, wie in Beispiel i, in eine heiße Presse von 170'
eingebracht und unter einem Druck von etwa 7o at so lange geformt wird (i Minute),
daß der Film kristallisiert und die durch die Hitze in dem Karton,blatt erzeugten
Gase entweichen können. Nach Entfernung aus der Presse erhält man eine Schallplatte
mit guten,Spieleigens,chaften. Die aus plastischem Material bestehende Spielfläche
ist so dünn, daß sie trotz ihres kristallisierten Zustands gut durchsichtig ist
und eine deutliche Ansicht einer auf der Karte befindlichen Zeichnung gestattet.
Beispiel 3
Eine einfache Abquetschform für einen Mantelknopf wird hergestellt
und in einer Presse auf :2oo' erhitzt. Sie wird dann mit vorher getrockneten Flocken
oder kleinen körnigen Stücken aus Pol#-äthylenterephthalsäureester mit einer wahren
ViskOsität von CY,7 beschickt, der zu einem kleinen Teil vollständig kristallin
und zu etwa einemDrittel vollständig amorph ist und dessen, Hauptmasse durch ,den
kristallinen Anteil leicht trübe erscheint. Die Form wird dann verschlossen und
unter einem Druck von etwa 350 at gesetzt, unter dem sie -i'Minute lang gehalten
wird. Diese Zeit reicht aus, um eine vollständige Kristallisation zu erzielen. Nach
Entfernung aus der Form und dem Glattschneiden, das für gewöhnlich für in einer
Abquetschform hergestellte plastische Gegenstände angewendet wird, erhält man einen
brauchbaren Mantelknopf mit einem Terrazzomuster. Beispiel 4 Das Verfahren gemäß
Beispiel -9 wird unte-r Verwendung eines amorphen Films aus einem Mischpolymerisat
mit einer wahren Viskosität von 0,53
wiederholt. Das Mischpolymerisat wird
durch eine Kondensation von Äthylenglykol mit einer aus 93 Gewichtsprozent
Terephthalsäure und 7 Gewichtsprozent iSebazinsäure bestehenden Mischung
erhalten. Das aus der Zusammensetzung bestehende Rohstück wird 40 Sekunden bei 15,0"
unter einem Druck von 7o at gesetzt. Die bei dieser Temperatur aus der Form entnommene
Schallplatte verformt sich bei der üblichen Handhabung nicht und besitzt gute Spieleigenschaften.
Beispiel 5
Unter Verwendung eines Mischpolymeren mit einer wahren Viskosität
von o,4 werden ähnlich wie in Beispiel i Schallplatten -hergestellt. Das Mischpolymere
wird aus Terep-htbalsäur-- und einer aus 77Gewichtsprozent Äthylenglykol und 23Gewichtsprozent
Diäthylenglykol bestehenden Mischung erhalten. Das aus der Zusammensetzung bestehende
Rohstück wird in der Presse 2 Minuten bei 1,35' und unter einem Druck von
35 at erhitzt. Die erhaltene Platte hat eine durchsichtige Oberfläche und
eine gute und genaue Tonwiedergabe.