CH513716A - Verfahren zur Herstellung von Polyamidwerkstücken mittels Polymerisation in situ - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Herstellung von Polyamidwerkstücken mittels Polymerisation in situ
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von   Polyainjdwerkstücken    mittels Polymerisation in situ, wobei in einer ersten Phase ein Vorformling drucklos gegossen wird, sowie eine Anwendung des Verfahrens bei der Herstellung von Werkstücken mit mindestens teilweise aus Polyamid bestehenden Oberflächen.



   Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Polyamid-Gussstücken durch Polymerisation in situ (ionische Polymerisation von Laktamen, ionische Schnellpolymerisation, aktivierte, alkalische Polymerisation, anionische Polymerisation, Blockpolymerisation) wird die Giessform mit dem flüssigen Giessgut (meist einem Gemisch aus flüssigen oder in Lösung befindlichen Komponenten, z.B. Laktamen, wie Caprolaktamen, Laurinlaktamen und Zusätzen, wie den in den Verfahren beschriebenen Katalysatoren, Aktivatoren und dergleichen) beschickt. Im Zuge der meist sogleich nach der Zubereitung der Mischung anspringenden Polymerisation steigt die Viskosität des Giessgutes, es wird plastisch, bevor es endgültig zum festen Gussstück erstarrt. Der Vorgang ist meist exotherm und von Volumenschwund begleitet.



   Es lassen sich jedoch nur Gussstücke relativ einfacher Gestalt herstellen (z. B. volle Stäbe, Platten, Blöcke). Schon die Herstellung von Hohlstäben, Rohren, Ringen und dergleichen erfordert zusätzliche Vorkehrungen (z. B. Rotationsguss,   Schieuderguss).    Meist muss dem Giessprozess eine erhebliche mechanische Bearbeitung nachgeschaltet werden.



   Aufgabe der Erfindung war daher die Schaffung eines neuen Verfahrens zur Herstellung mehr oder weniger fertiger Werkstücke komplizierter Gestalt und hoher Masshaltigkeit, so dass eine nennenswerte mechanische Nachbearbeitung selten erforderlich ist.



   Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man den Vorformling in mindestens einer weiteren Phase in einer Pressform zum Werkstück verpresst, das darin auspolymerisiert und erstarrt.



   Es werden drei Arten der praktischen Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen:
1. Man verwendet Formen, in denen beide Phasen, zuerst das freie Giessen und dann das Formpressen unter Druck durchgeführt werden, so dass jeweils in einer einzigen Form das fertige Formpressteil entsteht.



   2. Die erste Phase, das Giessen, wird in einer Giessform durchgeführt, dann wird das plastisch gewordene Gussstück entnommen und in eine Pressform transferiert und dort unter Druckanwendung zum Formpressteil verpresst.



   3. Nach der unter 1 beschriebenen Durchführungsart wird in einer kombinierten Form, in einer ersten Phase als Gussform, ein Gussstück frei gegossen und dann in derselben Form als Pressform, ein Formpressteil unter Druck gepresst, jedoch in plastischem Zustand entnommen und in einer dritten Fertigungsphase in einer reinen Pressform zum fertigen Formpressteil verpresst. Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1, 2, 3 eine Druckpresse mit eingebauter, gemäss Durchführungsart 1 ausgebildeter Kombinationsform im Schnitt,
Fig. 4-8 verschiedene Abwandlungen der in Fig. 1 bis 3 abgebildeten Form,
Fig. 9 und 10 eine abgewandelte Form vertikal bzw. horizontal geschnitten,
Fig. 11 und 12, eine weitere Abwandlung der Form, horizontal geschnitten,
Fig. 13 und 14 eine Form in geöffnetem bzw.



  geschlossenem Zustand,
Fig. 15 einen Querschnitt durch ein   Formwerkzeug    und
Fig. 16 eine Einrichtung zum Strangpressen, schematisch und axial geschnitten.



   Formunterteil 1 ruht auf dem Pressfundament 5 und besteht aus einem runden zylindrischen, veränderlichen Formraum 13, dessen Boden von der oberen zylindrischen Fläche des darin dichtend geführten Kol  bens 3 gebildet wird, dessen unteres Ende 7 in einer Druckkammer 6 gleitet, welche mit Drucköl beschickt wird.



   An den Gleitstangen 9 der Presse ist gleitend aufgehängt das Joch 8, welches unter sich das Formoberteil 2 trägt, welches in seiner unteren Ausdehnung den Formraum 14 enthält, während sein oberes Ende in den runden Zylinder 10 ausläuft, in welchem ein am oberen Querbalken 12 angebrachter Kolben 11 hineinragt. Die vom Zylinder 10 und Kolben 11 gebildete Druckkammer 15 ist mit Drucköl gefüllt.



   Das Verfahren verläuft dann in zwei Phasen.



   In der ersten Phase wird der Formraum 13 als Giessform mit dem flüssigen Giessgut 16 beschickt (Fig. 1).



   In der zweiten Phase wird daraufhin die Druckkammer 15 mit Druck beaufschlagt und das Formoberteil 2 bis zur Auflage auf das Formunterteil 1 abgesenkt (Fig. 2), und dann die Druckkammer 6 mit Druck beaufschlagt und der Kolben 3 nach oben gedrückt (Fig. 3). Dadurch wird das Giessgut 16 aus dem Formraum 13 in den Formraum. 14 gepresst und nimmt dessen Form an, wobei gegebenenfalls durch Entlüftungskanäle für den Abzug der Luft gesorgt wird.



   Beide Druckkammern bleiben unter Druck, der gegebenenfalls noch gesteigert werden kann. Bei einsetzendem Schwund der polymerisierenden Masse bewegt sich der Kolben 3 unter dem Einfluss des notfalls erhöhten Druckes in der Druckkammer 6 weiter nach oben und hält den Formraum 14 gefüllt.



   Das Giessgut kann so dosiert werden, dass die obere Fläche des Kolbens 3, wie in Fig. 3 dargestellt, nach dem Ausgleich des Schwundes und nach dem Erstarren des Blockpolymerisats mit der oberen Fläche des Formunterteiles 1 fluchtet, so dass das sich ergebende Werkstück einen ebenen Boden hat. Nach dem Erstarren des Werkstückes wird die Presse geöffnet und entformt.



   Zeitlich laufen die Vorgänge bei sonst gleichen Bedingungen sehr präzise ab, so dass die einzelnen Bewegungen der Presse, nachdem die Zeiten einmal empirisch ermittelt wurden, automatisch gesteuert werden können.



   In Fig. 9 und 10 sind zwei Nester 16 und 16'   ange-    ordnet, die über enge Kanäle mit dem Formraum 13 in Verbindung stehen.



   Das Giessgut wird mittels des druckbeaufschlagten Kolbens 3 über die Kanäle in die beiden Nester gedrückt. Es hat sich gezeigt, dass unter der Wirkung des schnellen Durchfliessens durch solche engen Kanäle die mechanischen Eigenschaften des Materiales verbessert werden.



   Fig. 11 zeigt eine Form für ein Rad mit 4 Felgen und Nabe, wobei der Radkranz auch mit Verzahnung versehen sein kann.



   Fig. 12 soll dartun, dass auch unsymmetrische Teile zu erzielen sind.



   Ein wesentlicher Vorteil des Mehrphasenverfahrens ist die Möglichkeit, es nach Ausführungsart 2 in zwei verschiedenen Formen durchzuführen, nämlich das Gie   ssen    in einer optimalen Giessform und das Formpressen und Auspolymerisieren in einer idealen Pressform.



   Beispielsweise kann in der Giessform in bekannter Weise ein Rundstab gegossen werden, der in plastischem Zustand entformt wird. Davon werden jeweils Scheiben abgetrennt und in eine Pressform verbracht, in der sie zur Gestalt des Werkstückes verpresst werden (die Analogie zum Schmiedepressen von Werkstücken aus Stahl drängt sich auf) und zum festen Polyamid-Werkstück auspolymerisieren.



   Es kann auch jede einzelne Scheibe für sich in einer Giessform gegossen und in plastischem Zustand in eine Pressform transferiert, in dieser zum Werkstück verpresst, auspolymerisiert und nach dem Erstarren ausgeformt werden.



   Anhand von Fig. 15 wird ein Beispiel beschrieben, das auch in anderer Beziehung eine interessante Ausführungsform der Erfindung aufzeigt.



   Fig. 15 zeigt ein Formwerkzeug mit Formoberteil 21 und Formunterteil 22.



   In die geöffnete Form wird ein fertiges Werkstück 23 aus anderem Material, beispielsweise Metall, Holz, leichtlöslichem Stoff, wie Salz, eingelegt. Auf dieses Werkstück wird eine Scheibe in plastischem Zustand aufgelegt, und dann wird die Form in bekannter Weise so zugefahren, dass sie nicht ganz geschlossen ist, sondern unter Druck verbleibend dem Schwund folgen kann.



   Das Polyamid wird dann die Form 24 annehmen, das heisst, sich mit dem eingelegten Werkstück verbinden. Um diese Verbindung sicherer zu gestalten, sind entsprechende Verankerungen vorgesehen, ausserdem kann die Verbindung durch die Anwendung von Klebstoffen oder dergleichen verbessert werden.



   Nach dem Öffnen der Form wird das fertige Pressstück entnommen, welches also nun aus dem einge legten Werkstück aus anderem Material und dem damit verbundenen Polyamid besteht.



   Man kann dieses Verfahren beispielsweise dazu verwenden, um Teile, deren Oberfläche die Eigenschaften, das Polyamid aufweisen soll, mit einem Kern aus anderem, Material, beispielsweise aus Stahl, zu armieren.



  Anderseits können auch andere Materialien, welche an sich nicht die guten Festigkeitseigenschaften des Polyamids haben, trotzdem aber an der Oberfläche des Fertigteils wirksam werden müssen, beispielsweise eine Schiene aus Polytetrafluoräthylen, mit Polyamid verstärkt und armiert werden.



   Anhand von Fig. 16 wird die Möglichkeit beschrieben, plastische   Vorformlinge    mittels Strangpressens zu Profilen, Rohren oder   dergleicllen    zu   verarbei-    ten.



   Darin ist ein Presszylinder 25 durch die Verbindungsflanschen 27 in irgendeiner Weise lösbar mit dem profilgebenden Mundstück 26 verbunden, welches in die Düse 31 ausläuft.



   Im Presszylinder 25 ist der Kolben 28 mit der Kolbenstange 29 angeordnet. Auf der Vorderseite des Kolbens ist, sofern Hohlprofile erzeugt werden sollen, mindestens ein Profilkern 30 angeordnet, der bei äusserster, zurückgezogener Stellung des Kolbens 28 noch aus der Austrittsdüse 31 herausragen muss.



   Der geöffnete Presszylinder 25 wird mit einem Vor formling in plastischem Zustand beschickt. Dieser würde in gezeigtem Beispiel die Form eines Stangenabschnittes mit einer Mittelbohrung haben.



   Wird dann der Kolben in den Presszylinder hineingedrückt, so erfüllt zuerst die plastische Masse den gesamten Raum des Presszylinders 25 und des Mundstückes 26, um anschliessend mit erheblicher Geschwindigkeit aus dem Ringraum auszutreten, der sich zwischen der Austrittsdüse 31 und dem Profilkern 30 bildet. Der austretende Hohlprofilstrang, der auf diese   Weise aus dem Vorformling entsteht, ist bezeichnet mit 32.



   Er durchläuft in noch plastischem Zustand die Kalibrierdüse 33, wird dann in einer Kühlvorrichtung gekühlt, welche in diesem Falle als Wasserbad 34 dargestellt worden ist. Dann durchläuft der   Hohlprofil-    strang eine weitere Kalibrierdüse, beispielsweise eine Unterdruck-Kalibrierdüse für Hohlprofile.



   36 ist eine Abzugsvorrichtung, hinter welcher der Strang dann weitergeführt wird, beispielsweise zu   einem    Transportband, auf dem er endgültig abkühlt, und weiter etwa zu Bearbeitungsmaschinen, die das Profil weiterhin bearbeiten oder es auf Längen schneiden und dergleichen. Anschliessend kann dann eine Aufwickelvorrichtung angeschlossen sein oder ein Transportband zum Lager, zur Verladung oder dergleichen.



   Ist die Gestalt des Werkstückes kompliziert, so dass sie in einem Pressgang und nur einer Pressform nicht erzielt werden kann, so kann nach Durchführungsart 3 in einem dreiphasigen Verfahren zuerst ein   Vorform-    ling nach Ausführungsart 1 in zwei Phasen in einer kombinierten Giess- und Pressform erstellt werden, welcher in plastischem Zustand in eine reine Pressform transferiert wird, in welcher er in einer dritten Phase zum endgültigen Werkstück verpresst wird.



   Die Durchführungsarten 2 und 3 eignen sich gut zur Automatisierung und zur kontinuierlichen Fertigung nach Art der bekannten Transferstrassen, wofür im folgenden eine von vielen Ausführungsarten beschrieben wird.



   Ein in einer zylindrischen Form gegossener Vollstab kann in plastischem Zustand mittels hydraulisch betätigtem Kolben entformt werden.



   Am Austrittsende ist in bekannter Weise eine Trennvorrichtung angeordnet. Die abgetrennten Scheiben werden gelocht und anschliessend mittels eines endlosen Bandes an einer Batterie von Druckpressen vorbei transportiert, die mit Pressformen etwa nach Art der in Fig. 13 und 14 dargestellten bestückt sind, worin 17 das Formoberteil, 18 das Formunterteil, und 20 der Kern, 19 die Scheibe in plastischem Zustand sind. Fig. 14 ist die gleiche Form im zugefahrenen Zustand, in welcher die Scheibe zu dem Formstück 20 verformt worden ist.

   Es ist vorteilhaft, die Scheibe so zu bemessen, dass beim Zufahren die Form nicht ganz geschlossen werden kann, aber unter Druck bleibt, so dass sie, dem Schwund folgend, im Zuge der fortschreitenden Polymerisation sich mehr und mehr schliesst, bis sie im Endstadium ganz geschlossen und ihr Formraum gänzlich gefüllt ist, so dass das erstarrte Werkstück formgetreu und massgerecht ist.



   Es versteht sich, dass gegebenenfalls der Polymerisationsvorgang durch geeignete Massnahmen, z. B.



  durch niedrige Giesstemperatur, durch Zusätze zum Giessgut oder durch die Wahl oder Dosierung von Katalysatoren und/oder Aktivatoren verlangsamt werden kann, so dass ein ausreichend plastischer Zustand bis zum letzten Arbeitsgang aufrechterhalten wird.



  Auch können die Transportbänder für die Scheiben abgedeckt und in bekannter Weise das Transportgut unter Wärme-Zu- oder -Abführung transportiert werden. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   I. Verfahren zur Herstellung von Polyamidwerkstücken mittels Polymerisation in situ, wobei in einer ersten Phase ein Vorformling drucklos gegossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass man den Vorformling in mindestens einer weiteren Phase in einer Pressform zum Werkstück verpresst, das darin auspolymerisiert und erstarrt.

   II. Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch I bei der Herstellung von Werkstücken mit mindestens teilweise aus Polyamid bestehenden Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass man einem Werkstück in der Pressphase Polyamid aufpresst.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man es zweiphasig in einer kombinierten Giess- und Pressform durchführt.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man es dreiphasig mit 2 Phasen in einer kombinierten Giess- und Pressform, und der dritten Phase in einer nachgeordne- ten reinen Pressform durchführt.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man es zweiphasig in einer Giessform und einer nachgeordneten Pressform durchführt.

   4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressform während des Polymerisationsvorganges unter Druck bleiben und der Schwund durch Nachdrücken kompensiert wird.

   5. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass man es zweiphasig oder dreiphasig durchführt, wobei die letzte Phase in einem Strangpressverfahren besteht.