NO119655B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til fremstilling av formlegemer av polyetylentereftalat.

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til fremstilling

av formlegemer av polyetylentereftalat som utmerker seg ved spesielt verdifulle mekaniske egenskaper og en meget god formbestandighet også ved høyere temperaturer.

Det er kjent å fremstille formlegemer av polyetylentereftalat ved at man oppheter polyesteren inntil smeltestrømning, former smeiten og igjen lar den fastgjøre seg i den ønskede form.

Det har imidlertid vist seg at polyetylentereftalat under forløp

av slike formningsprosesser som f.eks. ved sprøytestøpefremgangsmåten undergår avbygningsreaksjoner som har til følge en nedsettelse av polymerisasjonsgraden og en influering på formlegemenes kvalitet,

spesielt ved deres mekaniske egenskaper. Disse hittil uunngåelige avbygningsreaksjoner ytrer seg eksempelvis i en nedsettelse av formlegemematerialets oppløsningsviskositet i forhold tilopp-løsningsviskositeten for det anvendte polyetylentereftalat og frem-trer desto sterkere jo høyere utgangsmaterialets polymerisasjonsgrad velges. Por formlegemenes mange egenskaper er imidlertid nettopp en høy polymerisasjonsgrad av materialet meget ønskelig.

Fremstillingen av formlegemer av polyetylentereftalat ved forming fra smeltestrøm har dessuten den ulempe at polyesteren ved oppsmelting fullstendig går over i den amorfe tilstand. Således består også det etter stivningen i formen dannede formlegeme praktisk talt bare av amorft materiale, hvilket igjen kan virke ugunstig på noen av formlegemets mekaniske egenskaper og spesielt har til følge en-meget dårlig formbestandighet i varme ved høye temperaturer.

Det er nå blitt funnet at man kan unngå disse ulemper

og oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til fremstilling av formlegemer av polyetylentereftalat, idet fremgangsmåten erkarakterisert vedat polyetylentereftalatplater eller -folier med en opp-løsningsviskositet på 1,7 til 2,0 og en krystallisasjonsgrad på 5 til 25% oppvarmes til temperaturer mellom 85 og 200°C, formes ved vakuumdyptrekking og deretter underkastes en varmebehandling under anvendelse av temperaturer mellom 140 og 220°C,før de tas ut av formen.

En foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten som spesielt utmerker seg ved spesiell driftssikkerhet ved formlegemets optimale egenskaper erkarakterisert vedat man former ifølge vakuumdyptrekkefremgangsmåten til temperaturer mellom 90 og 160°C oppvarmede polyetylentereftalatplater eller -folier av en opp-løsningsviskositet fra 1,7 til 2,0 og én krystallisasjonsgrad mellom 8 og 20% og deretter underkaster en varmebehandling i formen.

Por det første viste det seg at ved denne fremgangsmåte inntrådte det ingen avbygningsreaksjoner av polyetylentereftalatet som influerte på formlegemets mekaniske egenskaper. Det ferdige formlegemes polyestermateriale har således samme polymerisasjonsgrad som utgangsmaterialet. Dessuten har fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen den spesielle fordel at i motsetning til f.eks. sprøyte-støpefremgangsmåten fremkommer ikke formlegemer som er amorfe, men gjenstander som overfor det allerede krystallinske mengder inne-

holdte utgangsmateriale har en sågar øket krystallisasjonsgrad.

Det var overraskende at polyetylentereftalat som inneholder

inntil 25% krystallinsk mengde etter vakuumdyptrekkefremgangsmåten lar seg forme konturskarpt til formlegemer av meget gode mekaniske egenskaper.

Ved anvendelse av polyetylentereftalat med en krystallisasjonsgrad mellom 5 og 25% og utnyttelse av det faktum at det ved vakuumdyptrekking ikke inntrer en tilbakedannelse av krystallisasjonsgradenjoppnås at den etter vakuumdyptrekkefremgangsmåten følgende varmebehandling starter med en gang en viderekrystallisasjon av formlegemematerialet. Skulle formlegemematerialet foreligge i amorf form, hvilket som eksempel er tilfelle ved formlegemer fremstilt etter sprøytestøpefremgangsmåten, så måtte det først passeres en induksjonstid hvori de primære krystallisasjonskimer først måtte danne seg. Således fremkommer som ytterligere spesiell fordel ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen en hurtig inntredende viderekrystallisasjon av formlegemematerialet i formen. Er mindre enn 5% av polyesteren krystallinsk, opptrer denne fordel ikke mer så sterkt.

Polyetylentereftalatplatenes eller -folienes oppvarming til den temperatur som er foreskrevet ifølge oppfinnelsen på 85-200°C kan foregå ved hjelp av alle for fagfolk kjente metoder. Til oppvarming egner seg spesielt infrarødstrålere fordi oppvarmingen ved deres anvendelse foregår spesielt hurtig over materialtverrsnittet. Platenes og folienes oppvarming kan foregå hurtig ved høy varme-tilførsel eller langsomt ved nedsatt varmedosering. Optimale be-tingelser lar seg imidlertid lett fastslå, idet man i blindforsøk oppstiller arbeidsparameter. Det er imidlertid vesentlig at de til temperaturer mellom 85 og 200°C oppvarmede plater eller folier har en krystallisasjonsgrad mellom 5 og 2$%. Spesielt ved langsom oppvarming kan det forekomme at materialets krystallisasjonsgrad forandrer seg under prosessen. Også her er det imidlertid lett å styre oppvarmningsbetingelsene således inntil oppnåelse av tempera-turen som er foreskrevet ifølge oppfinnelsen at det innstiller seg en krystallisasjonsgrad mellom 5 og 25%. Polyetylentereftalat av en oppløsningsviskositet over 1,7 byr i denne forbindelse på den fordel at krystallisasjonen forløper langsomt ved platenes eller folienes oppvarming. Oppvarmingsprosessen er altså lett å håndtere. Folien lar seg Oppvarme i løpet av få sekunder, til oppvarming av plater krever man tilsvarende lenger tid.

Til å fastslå polyetylentereftalatmaterialets eventuelle krystallisasjonsgrad betjener man seg av den enkelt gjennomfør-bare metode av en bestemmelse av polyetylentereftalatets spesifikke vekt og omregner til den direkte proporsjonale krystallisasjons-gradsverdi. Tabell 1 inneholder slike omregningstall.

Som det sees dreier det Beg om et lineært forhold, ifølge hvilket en tetthetsforandring på 0,006 tilsvarer en forandring av krystallisasjonsgraden med 5%.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen formes plater og folier av polyetylentereftalat av en krystallisasjonsgrad på 5- 25% > Foreligger det i den polyester som skal formes en krystallisasjonsgrad over 25%, er en vakuumdyptrekkingsforming praktisk talt ikke mer utførbar. Ofte inntrer da sågar en fullstendig revning av platen eller folien som skal formes under strekkprosessen. En av forutsetningene for at polyetylentereftalatplater eller -folier med inntil 25% krystallinske mengder kan formes til formlegemer av spesielt gode mekaniske egenskaper ved vakuumdyptrekking, er en gjennomsnittspolymerisasjonsgrad åv polyetylentereftalat8om minst tilsvarer en oppløsningsviskositet på 1,7.

Samtlige innen oppfinnelsens ramme nevnte verdier for den ofte også som relative viskositet betegnede oppløsningsvisko-sitet av polyetylentereftalat måles på 1%- ige oppløsninger i m-kresol ved 25°C

Formingen ifølge vakuumdyptrekkefremgangsmåten kan foregå etter de kjente metoder for vakuumdyptrekketeknikk slik den eksempelvis utførlig er omtalt av A. Thiel i "Grundziige der Vakuumverformung", Speyer, 1963, uten at det kreves spesielle forholdsregler. Negativfremgangsmåten egner seg nøyaktig så godt som positivfremgangsmåten, og det er også mulig med en pneumatisk eller mekanisk forstrekning av de til 85-200°C oppvarmede poly-etylenplater eller -folier for å nedsette den vei som formmaterialet må tilbakelegge under vakuumstrekk.

I tilknytning til vakuumdyptrekkeprosessen underkastes formlegemene i formen en varmebehandling ved temperaturer fra 140-220°C. Det.fåes formlegemer med spesielt fine konturer når det under denne varmebehandling i formen anlegges ensidig vakuum på

den formede polyetylentereftalatplate eller -folie. Man kan hertil eksempelvis opprettholde det ved vakuumdyptrekningen tilstedeværende vakuum. Fortrinnsvis skal varmebehandlingens temperatur i formen velges høyere enn polyetylentereftalatplatens eller -foliens temperatur ved formningens begynnelse. Ved en slik forholdsregel befordres spesielt intenst formfastheten av det dannede formlegeme.

I og for seg er det ikke nødvendig tidsmessig å begrense varmebehandlingen, da den oppnåelige krystallisasjonsgrad ved polyetylentereftalat bare avhenger av den valgte temperatur. Ved valg av en temperatur mellom 140 og 220°C kan man øke formlegemematerialets krystallisasjonsgrad til over 50% eller innstille mellomverdier. I mindre grad er, slik det ble funnet, den oppnåelige krystallisasjonsgrad også avhengig av polyetylentereftalatets opp-løsningsviskositet. Ved variasjon av oppløsningsviskositeten innen grensen ifølge oppfinnelsen, kan den ved en valgt temperatur oppnåelige krystallisasjonsgrad forandres med 5-6$. Det er mulig med behandlingstider på 100 minutter.

Det er dessuten iakttatt at polyetylentereftalat krystal-liserer merkbart hurtigere etter vakuumdyptrekningen enn før denne prosess. Årsaken kan være en ved strekkprosessen opptredende orientering i polyestermaterialet. En spesiell utførelsesform av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utnytter denne foreteelse og utmerker seg ved en begrensing av varmebehandlingen i formen til fra 30-600 sekunder. Fortrinnsvis skal varmebehandlingstemperaturen velges høyére enn polyetylentereftalatplatens eller -foliens temperatur ved formingens begynnelse.

Det viser seg at de ved formlegemets dyptrekking frem-bragte spenninger utligner seg fullstendig, og det kan oppnås en krystallisasjonsgrad som ligger nær eller like ved den ved an-gjeldende temperatur oppnåelige krystallisasjonsgrad av poly-etylenteref talatet . I tilsvarende krystallisert tilstand er de vakuumtrukne formlegemer imidlertid ennå formstabile inntil temperaturer like under polyetylentereftalåtets smeltepunkt og tåler også i lengere tid temperaturer inntil 180°C. De bør da imidlertid være utrustet med antioksydanter. •

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fåes formlegemer, hvori polyetylentereftalatet kan ha en krystallisasjonsgrad inntil 50% og mer. Som bekjent synker imidlertid den for mange anven-delsesmuligheter så vesentlige slagseighet av formlegemer av polyetylentereftalat sterkt med økende krystallisasjonsgrad. Mens gjenstander av amorf polyester har en meget høy slagseighet, er slagseigheten av vanlig sterk krystallinsk polyetylentereftalat forholdsvis liten. Polyesteren er sprø og sprekker ved sterkere belastning. De ifølge oppfinnelsen fremstilte gjenstander av polyetylentereftalat av en oppløsningsviskositet fra 1,7 til 2,0 har imidlertid en overraskende høy slagseighet som kommer nær amorfe gjenstander. I forhold til formlegemer av amorf polyetylentereftalat har de imidlertid dessuten en omtrent dobbelt så høy strekkfasthet såvel som en betraktelig øket strekkutvidelse og spesielt gode herdeegenskaper. Dessuten har de ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fremstilte formlegemer de kjente gode elektriske egenskaper, fremragende kjemikaliebestandighet og en klimabestandighet uforminsket.

For gjennomføring av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen egner polyetylentereftalatplater eller -folier av en tykkelse på

ca. 0,1 til 6 mm seg. Spesielt fordelaktig lar fremgangsmåten seg anvende på plater av en tykkelse på 1-3 mm. Selvsagt kan poly-etylentereftalatmaterialet inneholde matteringsmidler, fargestoffer eller pigmenter, eller det kan være andre stoffer tilstede som lys-eller varmestabilisatorer.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av følgende eksempler:

Eksempel 1.

En 3 mm tykk plate av polyetylentereftalat av en opp-løsningsviskositet på 1,85 og dimensjonene 370 x 280 mm ble bragt i en vakuumdyptrekkemaskin av fabrikat Illig type U 60. Maskinens oppvarmingssystem ble bragt i 200 mm avstand fra polyetylentereftalatplaten og varmesystemets ytelse innstillet på 4300.watt. På tre forskjellige steder på platen ble det innført termoelementer og platens oppvarming fulgt tidsmessig ved varmestrålenes innvirk-ning. Det fremkom en justeringskurve som viste den midlere plate-temperatur etter en bestemt oppvarmingstid. På samme måte lar arbeidsparameteren seg fastslå ved annen varmeintensitet, resp.

annen platetykkelse.

En til den ovenfor beskrevne analoge polyetylentereftalatplate,som beskrevet, ble på samme måte bragt til en temperatur på 130°C hvortil det var nødvendig med en oppvarmingstid på 125 sek. En bestemmelse av krystallisasjonsgraden viste en verdi på, 18%. Deretter ble oppvarmingssystemet utkoplet og den oppvarmede plate ble ved anlegg av et vakuum på 25 torr dyptrukket over en form som ga en firkantet skål med dimensjoner 250 x 150 mm lengde og bredde og en dybde på 85 mm. Dypstrekkforholdet utgjorde altså 0,34. Under opprettholdelse av vakuumet ble det begynt med en varmebehandling ved ca. 150°C, idet maskinens oppvarmingssystem inter-mitterende igjen ble innkoplet. Etter en behandlingstid på 550 sekunder ble stråleren utkoplet og formlegemet tatt ut. Det ble fastslått en krystallisasjonsgrad på 30$. Slagseigheten etter DIN-forskrift 53453 viste intet brudd etter en belastning på over 200 kg cm/cm<2>. Strekkfastheten utgjorde 800 kg/cm<2>ved 155? strekkutvidelse og kuletrykkhårdhet ifølge DIN-forskriften viste. 13j2 kg/cm . Skålen ble for å undersøke formfastheten i 60 min. bragt til 160°C og viste seg helt formstabil.

Eksempel 2.

Igjen ble en polyetylentereftalatplate av en oppløsnings-viskositet på 1,7^ av samme dimensjoner som ved eksempel 1 ved en tykkelse på 2 mm og en krystallisasjonsgrad på Q% anbragt på en vakuumdyptrekkemaskin av typen Illig U 60 etter fastleggelse av arbeidsparameter og oppvarmet til 95°C, og det ble gått frem etter den pneumatiske positiv-strekkforming. Derpå ble en formkjerne i form av en rund trakt av dimensjoner: største diamter 150 mm, minste diameter 20 mm og traktlengde 150 mm, beveget mot poly-etylenteref talatplaten og platen ble ved denne prosess forstrukket pneumatisk.-

Ved anlegg av et vakuum på 50 torr ble det utformet og varmebehandlet i 400 sekunder ved 180°C. Dypstrekkforholdet var i dette eksempel 1,0, likevel var det dannede formlegeme fritt for indre spenning og også meget formstabilt i varmen.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av formlegemer av polyetylentereftalat, karakterisert ved at polyetylen-teref talatplater eller -folier med en oppløsningsviskositet på 1,7 til 2,0 og en krystallisasjonsgrad på 5 til 25% oppvarmes til temperaturer mellom 85 og 200°C, formes ved vakuumdyptrekking og deretter underkastes en varmebehandling under anvendelse av temperaturer mellom 140 og 220°C, før de tas ut av formen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved polyetylentereftalatplater eller -folier av en oppløsnings-viskositet fra 1,7 til 2,0 og en krystallisasjonsgrad fra 8 til 20%, oppvarmes til temperaturer mellom 90 og 160°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at man velger varmebehandlingstemperaturen i formen høyere enn den temperatur polyetylentereftalatplaten eller -folien har ved formingens begynnelse.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3»karakterisert ved at man utfører varmebehandlingen i formen i 30 til 600 sekunder.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at man under varmebehandlingen i formen på de formede polyetylentereftalatplater eller -folier anlegger ensidig vakuum.