DE102007040893A1

DE102007040893A1 - Production of plastic molded parts by forming

Info

Publication number: DE102007040893A1
Application number: DE102007040893A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Schlipf; Claudia Dr. Stern; Achim Prof. Dr.-Ing. Frick; Arif Dipl.-Ing. Rochmann
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-02-26
Also published as: WO2009027019A1; DE102007040893A8

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, insbesondere von Mikroformteilen, vorgeschlagen. Verwendung findet hierbei ein Pressformwerkzeugpondierenden Gegenstück, wobei bei einer Anordnung des Stempels in einer vorgegebenen Endposition dieser mit dem Gegenstück eine Kavität definiert, deren Form im Wesentlichen der Form des herzustellenden Formteils entspricht. Das Verfahren verwendet ein bei Raumtemperatur amorphes oder teilkristallines, teil- oder vollfluoriertes thermoplastisches Polymermaterial und umfasst folgende Schritte: - Bereitstellen des Pressformwerkzeuges mit dem in eine Ausgangsposition überführten Stempel, bei der dieser außer Eingriff mit der Ausnehmung des Gegenstücks positioniert ist, - Einbringen einer dem Gewicht des herzustellenden Formteils entsprechenden Menge des Polymermaterials in festem Zustand in die Ausnehmung des Gegenstücks, - Erwärmen des Polymermaterials auf eine Temperatur oberhalb seiner Glasübergangstemperatur, - Beaufschlagung des erwärmten Polymermaterials mit Druck durch Überführen des Stempels in die Endposition, wobei das Polymermaterial zu dem Formteil umgeformt wird, - Abkühlen des Polymermaterials auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur, - Entfernen des Stempels aus der Endposition und Entnehmen des hergestellten Formteils aus dem Pressformwerkzeug.A method is proposed for producing molded parts, in particular microformed parts. In this case, use is made of a counterpart piece that molds the die, wherein, when the punch is arranged in a predetermined end position, it defines with the counterpart a cavity whose shape essentially corresponds to the shape of the molded part to be produced. The method employs a room temperature amorphous or partially crystalline, partially or fully fluorinated thermoplastic polymer material and comprises the steps of: providing the die with the die transferred to a home position disengaged from the recess of the counterpart inserting the die Weight of the molded part corresponding amount of the polymer material in the solid state in the recess of the counterpart, - heating the polymer material to a temperature above its glass transition temperature, - applying pressure to the heated polymer material by transferring the stamp in the final position, wherein the polymer material is formed into the molded part cooling the polymer material to a temperature below the glass transition temperature, removing the stamp from the end position and removing the molded part from the press mold.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Formteilen aus einem bei Raumtemperatur amorphen oder teilkristallinen teil- oder vollfluorierten thermoplastischen Polymermaterial unter Verwendung eines Pressformwerkzeugs mit einem Stempel und einem zu dem Stempel korrespondierenden Gegenstück mit einer Ausnehmung zur Aufnahme von Polymermaterial und des Stempels, wobei der Stempel und das korrespondierende Gegenstück bei einer Anordnung des Stempels in einer vorgegebenen Endposition eine Kavität definieren, deren Form im Wesentlichen der Form des herzustellenden Formteils entspricht. Die Erfindung betrifft ferner ein gemäß einem solchen Verfahren hergestelltes oder herstellbares Formteil.The The present invention relates to a process for the preparation of Plastic moldings from a room temperature amorphous or partially crystalline partially or fully fluorinated thermoplastic polymer material using a die with a punch and a corresponding to the stamp counterpart with a recess for Receiving polymer material and the stamp, wherein the stamp and the corresponding counterpart in an arrangement of the punch define in a predetermined end position a cavity whose shape in Substantially corresponds to the shape of the molded part to be produced. The invention further relates to a manufactured according to such a method or manufacturable molding.

Zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoffen sind eine ganze Reihe von Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere Urformverfahren wie das Spritzgießen oder das Reaction Injection Moulding (RIM) und Umformverfahren, insbesondere Thermoformverfahren.to Production of plastic moldings is quite a series of methods known from the prior art, in particular original molding method like injection molding or Reaction Injection Molding (RIM) and forming processes, in particular thermoforming process.

Beim Spritzgießen wird ein Polymerwerkstoff plastifiziert und in ein Spritzgießwerkzeug eingespritzt. Form und Oberflächenstruktur des herzustellenden Formteils werden durch die Kavität des Spritzgießwerkzeugs bestimmt, in die der plastifizierte Werkstoff eingespritzt wird. Auch Kleinteile, auch Mikroformteile genannt, mit einem Gewicht von deutlich unter 1 g sind problemlos durch Spritzgießen herstellbar. Nachteilig sind allerdings die mögliche Ausbildung von Bindenähten und der zwingend auftretende Anguß, der insbesondere bei der Herstellung kleiner Formteile prozentual einen hohen Anteil an Abfall erzeugt. Daneben treten insbesondere Probleme bei der Verarbeitung von Poly meren mit hoher Viskosität auf, insbesondere bei hohem Fließweg-Wanddicken-Verhältnis. Oberhalb einer gewissen Molmasse sind viele Polymere durch Spritzgießen überhaupt nicht mehr verarbeitbar.At the injection molding a polymer material is plasticized and placed in an injection mold injected. Shape and surface structure of the molded part to be produced by the cavity of the injection mold determines, in which the plasticized material is injected. Also small parts, also called microformed parts, with a weight of well below 1 g are easily produced by injection molding. However, the disadvantages are the possible ones Training of welds and the mandatory sprue, in particular in the Production of small molded parts a high percentage of waste generated. In addition, there are particular problems with processing high viscosity poly mers especially at high flow path wall thickness ratio. Above a certain molecular weight, many polymers are not at all by injection molding more workable.

Viele dieser Nachteile treten auch beim Reaction Injection Molding auf. Dabei werden mindestens zwei Komponenten miteinander vermischt und unmittelbar anschließend als Reaktionsmasse in ein formgebendes Werkzeug gespritzt. Gegenüber thermoplastischen Schmelzen weisen derartige Reaktionsmassen in der Regel ein günstigeres Fließverhalten auf, weshalb sich bei gleicher Wanddicke größere Fließwege erreichen lassen. Dafür können die Formstandzeiten gegebenenfalls etwas höher liegen als beim konkurrierenden Spritzgießverfahren.Lots These disadvantages also occur in reaction injection molding. At least two components are mixed together and immediately subsequently injected as reaction mass in a shaping tool. Opposite thermoplastic Melting such reaction masses usually have a more favorable flow behavior on why can be achieved with the same wall thickness larger flow paths. For that, the Mold life may be slightly higher than the competing Injection molding.

Mikroformteile haben mittlerweile, insbesondere als Komponenten von sogenannten Mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) und der Mikrosystemtechnik (MST) erhebliche Bedeutung erlangt.Micro moldings have meanwhile, especially as components of so-called Microelectromechanical systems (MEMS) and microsystems technology (MST) gained considerable importance.

Bekannte Thermoformverfahren sind insbesondere Tiefzieh- und Vakuumtiefziehverfahren. In diesen Verfahren werden in der Regel Folien oder dünne Platten verarbeitet. Andere Halbzeuge sind als Ausgangsmaterialien in der Regel nicht einsetzbar. In der Folge sind üblicherweise nur Formteile mit nahezu homogener Wanddicke produzierbar.Known Thermoforming processes are in particular thermoforming and vacuum deep drawing processes. In these procedures are usually foils or thin plates processed. Other semi-finished products are used as starting materials in the Normally not applicable. As a result, usually only molded parts producible with almost homogeneous wall thickness.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines neuen Verfahrens zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff, das die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht aufweist.The Object of the present invention is to provide a new process for the production of plastic moldings, this is the disadvantage of the methods known from the prior art does not have.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.These Task is solved by the method having the features of claim 1.

Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 17 definiert.preferred embodiments the method according to the invention are in the dependent claims 2 to 17 defined.

Auch ein Kunststofformteil gemäß Anspruch 18 ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kunststofformteils finden sich in den abhängigen Ansprüchen 19 bis 23.Also a plastic molding according to claim 18 is the subject of the present invention. Preferred embodiments the plastic molding according to the invention can be found in the dependent claims 19 to 23.

Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.Of the Wording of all claims is hereby incorporated by reference into the content of this specification.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Formteilen, insbesondere Mikrobauteile, mit Teilbereichen mit deutlich verschiedenen Wanddicken einschließlich sehr dünnwandigen Bereichen, die zumindest in einem Teilbereich eine Dicke von ca. 500 μm oder weniger aufweisen. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Formteilen mit komplexer Geometrie.One inventive method is particularly suitable for the production of moldings, in particular Microcomponents, with sections with significantly different wall thicknesses including very thin Areas which at least in a partial area has a thickness of approx. 500 μm or have less. In particular, the method according to the invention is suitable for the production of molded parts with complex geometry.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt insbesondere die Hersstellung von im Wesentlichen verzugsfreien Formteilen, da innerhalb der Kavität bestenfalls geringfügige Druckunterschiede herrschen. Dieser Vorteil besteht vor allem gegenüber den im Spritzgussverfahren hergestellten Formteilen.The inventive method allows in particular the production of substantially distortion-free Shaped parts, since within the cavity at best slight pressure differences to rule. This advantage is mainly compared to the molded parts produced by injection molding.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ferner Formteile mit einer im Wesentlichen homogenen Morphologie über den Formteilquerschnitt bereit. Daraus resultieren homogene Gebrauchseigenschaften.The inventive method further provides moldings having a substantially homogeneous morphology over the Molding cross section ready. This results in homogeneous usage properties.

Ferner stellt sich das erfindungsgemäße Verfahren als weitgehend abfallloser Herstellprozess dar. Dies ist von besonderer Bedeutung bei hochpreisigen Polymermaterialien, da ein Recyclen von Abfällen nicht immer ohne Qualitätseinbußen gelingt.Further the method according to the invention arises as a largely waste-free production process. This is special Importance of high-priced polymer materials, as a recycling of waste not always succeed without quality losses.

Besondere Bedeutung kommt dem erfindungsgemäßen Verfahren auch wegen einer geringen Verweilzeitproblematik zu. Damit lassen sich auch thermisch weniger stabile Polymermaterialien, insbesondere solche mit thermisch sensiblen Füllstoffen und dergleichen, ohne größeren Aufwand verarbeiten.Special Significance comes to the method of the invention also because of a low residence time problem. This can also be thermally less stable polymeric materials, especially those with thermal sensitive fillers and the like, without much effort to process.

Die thermooxidative Belastung der verwendeten Polymermaterialien lässt sich weiter durch eine Inertgasspülung des Pressformwerkzeugs reduzieren.The thermo-oxidative stress of the polymer materials used can be Continue with an inert gas flush reduce the pressure forming tool.

Die Verarbeitungstemperaturen für das verwendete Polymermaterial können im Vergleich mit den eingangs beschriebenen Verfahren niedriger gewählt werden. Ferner kennt das erfindungsgemäße Verfahren praktisch keine Entlüftungsproblematik.The Processing temperatures for the polymer material used can lower in comparison with the methods described above chosen become. Furthermore, the method according to the invention has practically no knowledge Ventilation problems.

Das erfindungsgemäße Verrfahren lässt sich darüber hinaus relativ unabhängig vom Wanddicken-Fließweg-Verhältnis gestalten.The inventive method goes beyond that relatively independent framing wall thickness flow path ratio.

Ferner lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren thermoplastische Polymermaterialien verarbeiten, die hohe Molmassen aufweisen und mit herkömmlichen Verfahren nur unbefriedigend oder gar nicht verarbeitbar sind.Further can be thermoplastic with the inventive method Process polymer materials which have high molecular weights and with conventional Procedures are only unsatisfactory or not processable.

Die Polymermaterialien können dabei durchaus Molmassen aufweisen, die bis zu ca. 10⁸ g/Mol erreichen.The polymer materials may well have molecular weights that reach up to about 10 ⁸ g / mol.

In einem ersten Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird festes Polymermaterial in die Ausnehmung eingebracht. Das feste Polymermaterial wird dabei in einer Menge in die Ausnehmung eingebracht, die dem Gewicht des herzustellenden Formteils entspricht.In a first step of a method according to the invention is fixed Polymer material introduced into the recess. The solid polymer material is introduced in an amount in the recess, the Weight of the molded part corresponds.

In einem weiteren Schritt wird das Polymermaterial erwärmt, bis es einen thermoelastischen Zustand erreicht.In In a further step, the polymer material is heated until it reaches a thermoelastic state.

Bei der Verarbeitung von teilkristallinem Polymermaterial wird dieses auf eine Temperatur oberhalb seiner Glasübergangstemperatur erwärmt. Die Glasübergangstemperatur ist die Temperatur, bei der amorphe oder teilkristalline Polymere vom hartelastischen oder glasigen Zustand in den flüssigen oder gummieleastischen Bereich übergehen.at the processing of semi-crystalline polymer material becomes this heated to a temperature above its glass transition temperature. The glass transition temperature is the temperature at which amorphous or semi-crystalline polymers from the hard-elastic or glassy state to the liquid or rubber-elastic one Pass over the area.

Nach oben hin ist diese Temperatur in der Regel durch die Zersetzungstemperatur des jeweils verwendeten Polymermaterials begrenzt.To Above this temperature is usually due to the decomposition temperature limited the polymer material used.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Polymermaterial nicht bis zur Schmelze erwärmt wird.Farther it is preferred that the polymeric material is not melted heated becomes.

Deshalb wird bei im Wesentlichen vollständig amorph vorliegenden Polymermaterialien das Polymermaterial nur auf etwa die Hälfte seiner Glasübergangstemperatur (in °C) bis unter die Glasübergangstemperatur erwärmt.Therefore becomes substantially completely amorphous present polymer materials, the polymer material only to about the half its glass transition temperature (in ° C) to below the glass transition temperature heated.

Das Polymermaterial wird durch die Erwärmung in einen unter Druckeinwirkung fließfähigen thermoelastischen Zustand versetzt, der sich vom schmelzflüssigen Zustand unterscheidet.The Polymer material is heated by being pressurized flowable thermoelastic Condition different, which differs from the molten state.

Der Stempel wird in die Ausnehmung hineingepresst, bis er die vorgegebene Endposition erreicht, in der er mit dem Gegenstück eine Kavität einschließt, die in Form und damit auch in Volumen dem herzustellenden Formteil entspricht oder dessen Abmessungen knapp unterschreitet. Auf das zunächst noch nicht an die Abmessungen und Form der Kavität angepasste Polymermaterial übt der Stempel dabei einen in der Regel sehr hohen Pressdruck aus.Of the Stamp is pressed into the recess until it reaches the specified End position reached in which he includes a cavity with the counterpart, the in shape and thus in volume corresponds to the molded part to be produced or just below its dimensions. At first The polymer is not adapted to the dimensions and shape of the cavity and is adapted to the shape of the cavity doing a usually very high pressure from.

Unter dem Druck des Stempels wird ein Fließvorgang eingeleitet und das Polymermaterial verteilt sich in der Folge im Wesentlichen gleichmäßig in der Kavität. Es erfolgt also eine Umformung unter dem Einfluß von Temperatur und Druck. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich entsprechend um eine besondere Art eines Thermo-Umformverfahrens.Under The pressure of the punch is initiated a flow and the Polymer material is distributed substantially uniformly in the sequence Cavity. So there is a transformation under the influence of temperature and pressure. In the method according to the invention it is accordingly a special type of thermoforming process.

Besonders bevorzugt wird das feste Polymermaterial in Form von Partikeln und/oder in Form eines vorgeformten Rohlings in die Ausnehmung eingebracht. Besonders bevorzugt ist die letztere Variante. Als vorgeformter Rohling kann dabei insbesondere ein Halbzeug verwendet werden, das in seinen Abmessungen dem herzustellenden Formteil bereits teilweise entspricht.Especially preferred is the solid polymer material in the form of particles and / or introduced into the recess in the form of a preformed blank. Particularly preferred is the latter variant. As a preformed Blank can be used in particular a semi-finished, the in its dimensions the molded part already partially equivalent.

Beispielsweise können Rohlinge aus Platten oder Folien ausgestanzt werden. Andere Rohlingstypen umfassen von stangen-, schlauch- oder rohrförmigen Halbzeugen abgeleitete Körper.For example can Blanks are punched out of sheets or foils. Other blank types include rod-shaped, tubular or tubular semi-finished products Body.

Um die geometrische Veränderung eines Formteils bei einem Umformverfahren zu erfassen, kann beispielsweise der Umformfaktor angegeben werden. Besonders bevorzugte Verfahren weisen einen Umformfaktor von 20% des Formteilvolumens auf oder mehr. Bevorzugt liegt der Umformfaktor nicht über 70%, insbesondere nicht über 50%.Around the geometric change a molded part to detect in a forming process, for example the forming factor can be specified. Particularly preferred method have a forming factor of 20% of the molded part volume or more. The deformation factor is preferably not more than 70%, in particular not more than 50%.

Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Polymermaterial ausgewählt aus PTFE, modifiziertem PTFE, PFA, MFA, FEP, ETFE, ECTFE, PVDF, PCTFE, THF und Mischungen von zwei oder mehreren dieser Polymere.Prefers is in the inventive method the polymer material selected made of PTFE, modified PTFE, PFA, MFA, FEP, ETFE, ECTFE, PVDF, PCTFE, THF and mixtures of two or more of these polymers.

Die weniger gebräuchlichen Abkürzungen der Polymermaterialien seien im Folgenden kurz erläutert:The less common Abbreviations of Polymeric materials are briefly explained below:

PFA:PFA:

Perfluoralkylvinylether-modifiziertes PTFE-Polymer, wobei das Co-Monomer PPVE (Perfluorpropylvinylether) ist.Perfluoroalkyl vinyl ether modified PTFE polymer, wherein the co-monomer is PPVE (perfluoropropyl vinyl ether).

MFA:MFA:

Perfluoralkylvinylether-modifiziertes PTFE-Polymer, wobei das Co-Monomer Perfluormethylvinylether ist.Perfluoroalkyl vinyl ether modified PTFE polymer, wherein the co-monomer is perfluoromethyl vinyl ether.

FEP:FEP:

Vollfluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer.Fully fluorinated ethylene-propylene copolymer.

ETFE:ETFE:

Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer.ETFE copolymer.

ECTFE:ECTFE:

Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymer.Ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer.

PVDFPVDF

Polyvinylidenfluorid.Polyvinylidene fluoride.

PCTFEPCTFE

Poly-Chlortrifluorethylen.Poly-chlorotrifluoroethylene.

THVTHV

Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid-Terpolymer.Tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-vinylidene fluoride terpolymer.

Besonders bevorzugt setzt das erfindungsgemäße Verfahren Polymermaterial ein, welches ein im Wesentlichen vollfluoriertes Polymer umfasst.Especially The method according to the invention preferably uses polymer material which comprises a substantially fully fluorinated polymer.

Solche im Wesentlichen vollfluorierte Polymere sind bevorzugt ein TFE-Copolymer, dessen Co-Monomeranteil ca. 3,5 Mol-% oder weniger, bevorzugt 3 Mol-% oder weniger, insbesondere ca. 1 Mol-% oder weniger, beträgt.Such substantially fully fluorinated polymers are preferably a TFE copolymer, its co-monomer content is about 3.5 mol% or less, preferably 3 Mol% or less, especially about 1 mol% or less.

Solche Werkstoffe weisen Eigenschaften auf, die sehr ähnlich dem herkömmlichen Standard-PTFE sind, jedoch sind solche Materialien schmelzverarbeitbar und lassen sich mit großem Vorteil in dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren einsetzen.Such Materials have properties that are very similar to the conventional ones Standard PTFE are, however, such materials are melt processable and leave with great Use advantage in the present inventive method.

Bevorzugte Co-Monomere für die vorgenannten TFE-Copolymeren sind ausgewählt aus Hexafluorpropylen, Perfluoralkylvinylether, Perfluor-(2,2-dimethyl-1,3-dioxol) und Chlortrifluorethylen.preferred Co-monomers for the aforementioned TFE copolymers are selected from hexafluoropropylene, Perfluoroalkyl vinyl ether, perfluoro (2,2-dimethyl-1,3-dioxole) and chlorotrifluoroethylene.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Polymermaterialien zum Einsatz kommen, die ein Polymer-Compound mit einem Füllstoffmaterial umfassen, dessen Anteil ca. 60 Gew.% oder weniger beträgt, bezogen auf die Masse des Polymer-Compounds.In the method according to the invention can Polymer materials are also used which are a polymer compound with a filler material comprise, the proportion of about 60 wt.% or less, based on the mass of polymer compounds.

Das verwendete Füllstoffmaterial in den Polymer-Compounds weist bevorzugt einen Füllstoff in Faserform und/oder in granularer Form auf.The used filler material in the polymer compounds preferably has a filler in fiber form and / or in granular form.

Bevorzugt weist das Füllstoffmaterial eine oder mehrere Komponenten auf, welche ausgewählt sind aus Glasfasern, Glaskugeln, harten und weichen Kohlepartikeln und -fasern, Graphit, Leitfähigkeitsruß, Metallfasern, Metallpartikeln, insbesondere Bronzepartikel und Stahlpulver, Quarz, Al₂O₃, CaF₂, Glimmer, Mineralstoffe, insbesondere BaSO₄ sowie organischen Polymermaterialien. Die zuletzt genannten Füllmaterialien, nämlich die organischen Polymermaterialien wiederum, sind vorzugsweise ausgewählt aus Polyamid, Polyamidimid, PPS, PEEK, PPSO₂, aromatischen Polyestern und Aramiden sowie Mischungen von zwei oder mehrerer dieser Materialien.Preferably, the filler material comprises one or more components selected from glass fibers, glass beads, hard and soft carbon particles and fibers, graphite, conductivity carbon black, metal fibers, metal particles, especially bronze particles and steel powder, quartz, Al ₂ O ₃ , CaF ₂ , mica , Minerals, especially BaSO ₄ and organic polymer materials. The last-mentioned filling materials, namely the organic polymer materials in turn, are preferably selected from polyamide, polyamide-imide, PPS, PEEK, PPSO ₂ , aromatic polyesters and aramides and mixtures of two or more of these materials.

Bevorzugt ist der Anteil des organischen Polymermaterials limitiert auf ca. 25 Gew.% oder weniger, bezogen auf die Masse des Polymer-Compounds.Prefers the proportion of the organic polymer material is limited to approx. 25% by weight or less, based on the mass of the polymer compound.

Weiter bevorzugt ist dieser Anteil auf ca. 20 Gew.% oder weniger beschränkt.Further Preferably, this proportion is limited to about 20 wt.% or less.

Besonders bevorzugte Polymermaterialien umfassen eine Mischung eines thermoplastischen PTFE und eines weiteren thermoplastischen Polymers.Especially preferred polymeric materials include a blend of a thermoplastic PTFE and another thermoplastic polymer.

Wie oben bereits erwähnt, muss das Polymermaterial im Falle von teilkristallinen Materialien zum Umformen erfindungsgemäß auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des jeweiligen Materials erwärmt werden. Besonders bevorzugt wird eine Temperatur von ca. 140°C oder mehr, besonders bevorzugt von ca. 160°C bis ca. 400°C bei vollfluorierten Polymermaterialien, gewählt. Bei teilfluorierten wird ein Temperaturbereich von ca. 100°C bis ca. 350°C bevorzugt.As already mentioned above, In the case of semi-crystalline materials, the polymer material must be used for Forming according to the invention to a Temperature above the glass transition temperature heated the respective material become. Particularly preferred is a temperature of about 140 ° C or more, more preferably from about 160 ° C up to 400 ° C in the case of fully fluorinated polymer materials. When partially fluorinated becomes a temperature range of approx. 100 ° C up to 350 ° C prefers.

Für im Wesentlichen amorph vorliegende Polymermaterialien, zum Beispiel THV, wird die Temperatur niedriger liegen, und zwar vorzugsweise im Bereich der Hälfte der Glasübergangstemperatur (in °C) bis unter die Glasübergangstemperatur, das heißt für das Beispiel des Polymermaterials THV ca. 55°C bis ca. 140°C, wobei die Wahl von der Glasübergangstemperatur des jeweils verwendeten Polymertyps abhängig ist.For essentially amorphous polymer materials, for example THV, becomes the Temperature are lower, preferably in the range of half the glass transition temperature (in ° C) below the glass transition temperature, this means for the Example of the polymer material THV about 55 ° C to about 140 ° C, wherein the choice of the glass transition temperature depends on the type of polymer used.

Das Erwärmen des Polymermaterials erfolgt besonders bevorzugt mittels einer Induktions- oder Mikrowellenheizung. Insbesondere mittels der zuerst genannten kann ein Polymermaterial binnen weniger Sekunden auf sehr hohe Temperaturen gebracht werden. Die Verwendung einer Induktionsheizung ermöglicht somit einen hohen Durchsatz. Die Erwärmung kann direkt oder indirekt erfolgen, je nach der elektrischen Leitfähigkeit des verwendeten Polymermaterials.The heating of the polymer material is particularly preferably carried out by means of an induction or Microwave heating. In particular, by means of the former, a polymer material can be brought to very high temperatures within a few seconds. The use of an induction heater thus enables a high throughput. The heating can be direct or indirect, depending on the electrical conductivity of the polymer material used.

Besonders bevorzugt umfasst das verwendete Polymermaterial als eine Komponente mindestens ein Polymer aus der Gruppe mit Polyethylen (PE), ultrahochmolekulargewichtiges Polyethylen (UHMWPE), Polypropylen (PP), Polyoxymethylen (POM), Polyphenylensulfid (PPS), Polytetrafluorethylen (PTFE) und Polyetheretherketon (PEEK).Especially Preferably, the polymer material used comprises as one component at least one polymer from the group with polyethylene (PE), ultra-high molecular weight Polyethylene (UHMWPE), polypropylene (PP), polyoxymethylene (POM), Polyphenylene sulfide (PPS), polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyetheretherketone (PEEK).

Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich nach einem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere auch Polymermaterialien verarbeiten lassen, die nach konventionellen Verfahren aufgrund ihrer hohen Viskosität oder ihrer Nichtschmelzbarkeit nicht mehr verarbeitbar sind. Gerade solche Materialien sind beispielsweise aufgrund ihrer hohem Chemikalienresistenz häufig als Werkstoffe sehr interessant. In bevorzugten Ausführungsformen werden erfindungsgemäß Polymermaterialien mit mittleren Molgewichten von bis zu 10⁸ g/mol verarbeitet.Surprisingly, it has been found that, in particular, polymer materials which can no longer be processed by conventional processes because of their high viscosity or their infusibility can also be processed by a process according to the invention. Especially such materials are often very interesting as materials, for example because of their high resistance to chemicals. In preferred embodiments, polymer materials with average molecular weights of up to 10 ⁸ g / mol are processed according to the invention.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sind sowohl reine Polymermaterialien verarbeitbar als auch Polymermaterialien, die einen oder mehrere Füllstoffe aufweisen. Als Füllstoffe kann ein in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbares Polymer organische und/oder anorganische, insbesondere auch metallische, Füllstoffe aufweisen.According to the inventive method are both pure polymer materials processable and polymer materials, the one or more fillers exhibit. As fillers may be one in a method according to the invention usable polymer organic and / or inorganic, in particular also metallic, fillers exhibit.

Diese und weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert.These and other aspects and advantages of the invention will become apparent below closer to the drawing explained.

Es zeigen im Einzelnen:It show in detail:

1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Umformfaktors; 1 a schematic representation for explaining the deformation factor;

2 bis 4 in schematischer Darstellung die Abfolge von Einzelschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 to 4 in a schematic representation of the sequence of individual steps of the method according to the invention.

1 zeigt einen Quader 10, der die Geometrie eines Rohlings, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verarbeiten ist, darstellen soll. 1 shows a cuboid 10 which is intended to represent the geometry of a blank which is to be processed by the method according to the invention.

Ferner zeigt die 1 einen Quader 12, der das Formteil als Resultat des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch darstellen soll.Furthermore, the shows 1 a cuboid 12 which is intended to represent the molded part as a result of the method according to the invention schematically.

Die beiden Quader 10 und 12 sind vom Volumen her identisch. Die Abmessungen in der Höhe und in der Breite unterscheiden sich. Die dadurch bildlich dargestellten Unterschiedsvolumina ΔV einerseits beim Quader 10, andererseits beim Quader 12, sind jeweils identisch und entsprechen dem Volumen, das während des Umformschrittes gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Druck in einer Fließbewegung räumlich verlagert wurde.The two cuboids 10 and 12 are identical in volume. The dimensions in height and width differ. The difference volumes .DELTA.V illustrated on the one hand in the cuboid 10 , on the other hand, the cuboid 12 are identical in each case and correspond to the volume which was spatially displaced under pressure in a flow movement during the forming step according to the method according to the invention.

Der Umformfaktor definiert sich durch das Verhältnis von ΔV zum Volumen des Quaders 10 bzw. des identischen Volumens des Quaders 12.The forming factor is defined by the ratio of ΔV to the volume of the cuboid 10 or the identical volume of the cuboid 12 ,

Die 2 bis 4 zeigen in schematischer Weise den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines herzustellenden im Wesentlichen scheibenförmigen Bauteils. Zunächst wird ein Rohling 20 in konventioneller Weise in Form eines exakt ringscheibenförmigen Bauteils hergestellt. Die Herstellung solcher Rohlinge, sei es durch Extrudieren, Sintern oder ein anderes Verfahren, ist im Stand der Technik vielfältig bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen wird. Im Falle dieses Beispiels kann der Rohling aus einem plattenförmigen Halbzeug ausgestanzt werden.The 2 to 4 show in a schematic way the sequence of the method according to the invention with reference to a substantially disc-shaped component to be produced. First, a blank 20 manufactured in a conventional manner in the form of a precisely annular disk-shaped component. The production of such blanks, whether by extrusion, sintering or another method, is widely known in the art, so that will not be discussed in detail. In the case of this example, the blank can be punched out of a plate-shaped semi-finished product.

Dieser Rohling 20 wird dann mit Hilfe eines Pressformwerkzeuges 22, welches einen Stempel 24 und ein korrespondierendes Gegenstück 26 umfasst, umgeformt.This blank 20 is then using a press tool 22 which is a stamp 24 and a corresponding counterpart 26 includes, reshaped.

Das Gegenstück 26 weist eine Aufnahme 28 für das Polymermaterial, im vorliegenden Beispiel in Form des Rohlings 20, sowie des Stempels 24 auf. Die Aufnahme 28 weist mittig einen zapfenförmigen Vorsprung 29 auf, der der Zentrierung des Rohlings 20 in der Aufnahme 28 dient. Gleichzeitig dient der Zapfen 29 der Formgebung. Zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens befindet sich der Stempel 24 in einer Ausgangsposition, in der dieser Eingriff mit dem Gegenstück 26 positioniert ist. Eine solche Situation ist in 2 dargestellt. Der Rohling 20 wird in der Aufnahme 28 positioniert. Über das Pressformwerkzeug 22 wird das Polymermaterial des Rohlings 20 auf die vom Polymermaterial selbst abhängige Temperatur (vgl. oben geführte Diskussion hierzu) erwärmt, bei der das Polymermaterial im thermoelastischen Zustand vorliegt. Die Erwärmung geschieht vorzugsweise mit Hilfe einer induktiven Heizvorrichtung (nicht dargestellt).The counterpart 26 has a recording 28 for the polymer material, in the present example in the form of the blank 20 , as well as the stamp 24 on. The recording 28 has a central peg-shaped projection 29 on top of the centering of the blank 20 in the recording 28 serves. At the same time the pin serves 29 the shaping. At the beginning of the process according to the invention is the stamp 24 in a starting position in which this engagement with the counterpart 26 is positioned. Such a situation is in 2 shown. The blank 20 will be in the recording 28 positioned. About the press mold 22 becomes the polymer material of the blank 20 heated to the polymer material itself dependent temperature (see discussion above), in which the polymer material is in the thermoelastic state. The heating is preferably done by means of an inductive heating device (not shown).

Das Werkzeug 22 wird geschlossen, so dass der Stempel 24 in die Ausnehmung 28 einrückt. Der Stempel 24 wird ferner mit einer Kraft F beaufschlagt (vgl. Situation dargestellt in 3), aufgrund welcher das mittlerweile auf die Prozesstemperatur erwärmte Polymermaterial des Rohlings 20 zu fließen beginnt und sich in radialer Richtung bis zu den Seitenwänden der Ausnehmung 28 ausdehnt. Des Weiteren vermag das Polymermaterial des Rohlings 20 in einen Teil einer Ausnehmung 30 im Stempel 24 zu fließen, unter Ausbildung eines nach oben abstehenden ringförmigen Volumenanteils.The tool 22 is closed, leaving the stamp 24 into the recess 28 engages. The Stamp 24 is further acted upon by a force F (see situation illustrated in 3 ), due to which the now heated to the process temperature polymer material of the blank 20 begins to flow and extends in the radial direction up to the side walls of the recess 28 expands. Furthermore, the polymer material of the blank can 20 in a part of a recess 30 in the stamp 24 to flow Shen, forming an upstanding annular volume fraction.

Der Umformvorgang wird abgeschlossen, indem, wie in 4 dargestellt, der Stempel 24 des Pressformwerkzeugs in seine Endposition überführt wird, in der der Stempel 24 zusammen mit dem Gegenstück 26 eine Kavität definiert, die in Form und Volumen dem herzustellenden Formteil 32 entspricht. Das hier schematisch dargestellte Formteil 32 weist einen ringscheibenförmigen Grundkörper 34 sowie einen daran einstückig angeformten, nach oben abstehenden Bund 36 auf. Das erhaltene Werkstück weist keinerlei Lunker, Bindenähte oder andere unerwünschten Merkmale auf und kann im Wesentlichen ohne weiteres seiner Bestimmung zugeführt werden.The forming process is completed by, as in 4 shown, the stamp 24 of the press mold is transferred to its end position in which the punch 24 together with the counterpart 26 defines a cavity in shape and volume of the molded part to be produced 32 equivalent. The molded part shown schematically here 32 has an annular disk-shaped base body 34 as well as an integrally formed, upstanding collar 36 on. The resulting workpiece has no voids, weld lines or other undesirable features and can be fed substantially readily to its destination.

Selbstverständlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit anderen Formgebungsverfahren kombinieren, wie zum Beispiel Tiefziehen, oder auch Verfahren, bei denen das Polymermaterial in schmelzflüssigem Zustand vorliegt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dann bevorzugt für die abschließende Formgebung eingesetzt.Of course you can the inventive method combine with other forming processes, such as thermoforming, or also processes in which the polymer material is in a molten state is present. The inventive method is then preferred for the final one Forming used.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formteils aus einem bei Raumtemperatur amorphen oder teilkristallinen teil- oder vollfluorierten thermoplastischen Polymermaterial unter Verwendung eines Pressformwerkzeugs mit einem Stempel und einem zu dem Stempel korrespondierenden Gegenstück mit einer Ausnehmung zur Aufnahme von Polymermaterial und des Stempels, wobei der Stempel und das korrespondierende Gegenstück bei einer Anordnung des Stempels in einer vorgegebenen Endposition eine Kavität definieren, deren Form im Wesentlichen der Form des herzustellenden Formteils entspricht, umfassend die Schritte – Bereitstellen des Pressformwerkzeugs mit dem in eine Ausgangsposition überführten Stempel, bei der dieser außer Eingriff mit der Ausnehmung des Gegenstücks positioniert ist, – Einbringen einer dem Gewicht des herzustellenden Formteils entsprechenden Menge des Polymermaterials in festem Zustand in die Ausnehmung des Gegenstücks, – Erwärmen des Polymermaterials auf eine Temperatur oberhalb seiner Glasübergangstemperatur, – Beaufschlagen des erwärmten Polymermaterials mit Druck durch Überführen des Stempels in die Endposition, wobei das Polymermaterial zu dem Formteil umgeformt wird, – Abkühlen des Polymermaterials auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur, – Entfernen des Stempels aus der Endposition und Entnahme des hergestellten Formteils aus dem Pressformwerkzeug.Process for producing a plastic molding from an amorphous or partially crystalline room temperature at room temperature or fully fluorinated thermoplastic polymer material using a Press mold with a punch and a corresponding to the stamp counterpart with a recess for receiving polymer material and the stamp, wherein the punch and the corresponding counterpart in an arrangement define a cavity in a predetermined end position of the punch, whose shape is essentially the shape of the molded part to be produced corresponds, comprising the steps - Providing the press mold with the transferred to a starting position stamp in which this except Is engaged with the recess of the counterpart, - bring in a quantity corresponding to the weight of the molded part to be produced the polymer material in the solid state in the recess of the counterpart, - heating the Polymer material to a temperature above its glass transition temperature, - Apply of the heated Polymer material with pressure by transferring the stamp to the final position, wherein the polymer material is formed into the molded part, - cooling the Polymer material to a temperature below the glass transition temperature, - Remove of the stamp from the final position and removal of the produced Molded part from the press mold.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial in Form eines vorgeformten Rohlings (Halbzeug) in die Ausnehmung eingebracht wird.Method according to claim 1, characterized in that the polymer material is in the form of a preformed blank (semifinished product) is introduced into the recess.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung des Rohlings zu dem Formteil mit einem Umformfaktor des am Prozess beteiligten Materialvolumens von ca. 20% oder mehr erfolgt.Method according to claim 1 or 2, characterized that the deformation of the blank to the molding with a deformation factor of the material volume involved in the process of about 20% or more he follows.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial in Form von Partikeln in die Ausnehmung eingebracht wird.Method according to claim 1 or 2, characterized that the polymer material in the form of particles in the recess is introduced.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial ausgewählt wird aus PTFE, modifiziertem PTFE, PFA, MFA FEP, ETFE, ECTFE, PVDF, PCTFE, THF und Mischungen von zwei oder mehreren dieser Polymere.Method according to claim 4, characterized in that that the polymer material is selected is made of PTFE, modified PTFE, PFA, MFA FEP, ETFE, ECTFE, PVDF, PCTFE, THF and mixtures of two or more of these polymers.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial mindestens ein im Wesentlichen vollfluoriertes Polymer umfasst.Method according to claim 5, characterized in that in that the polymeric material is at least one substantially fully fluorinated one Polymer includes.

Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das im Wesentlichen vollfluorierte Polymer ein TFE-Copolymer ist, dessen Co-Monomeranteil ca. 3,5 Mol-% oder weniger, bevorzugt ca. 3 Mol-% oder weniger, insbesondere ca. 1 Mol-% oder weniger beträgt.Method according to Claim 6, characterized that the substantially fully fluorinated polymer is a TFE copolymer is, its co-monomer content about 3.5 mol% or less, preferably about 3 mol% or less, in particular about 1 mol% or less.

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Co-Monomer ausgewählt ist aus Hexafluorpropylen, Perfluoralkylvinylether, Perfluor-(2,2-dimethyl-1,3-dioxol) und Chlortrifluorethylen.Method according to claim 7, characterized in that that the co-monomer is selected is hexafluoropropylene, perfluoroalkyl vinyl ether, perfluoro (2,2-dimethyl-1,3-dioxole) and chlorotrifluoroethylene.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial ein Polymer-Compound mit einem Füllstoffmaterial umfasst, dessen Anteil ca. 60 Gew.% oder weniger beträgt, bezogen auf die Masse des Polymer-Compounds.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the polymer material comprises a polymer compound with a filler material, its proportion is about 60% by weight or less, based on the mass of the Polymer compounds.

Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllstoffmaterial einen Füllstoff in Faserform und/oder in granularer Form umfaßt.Method according to claim 9, characterized that the filler material a filler in fibrous form and / or in granular form.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllstoffmaterial eine oder mehrere Komponenten umfasst, ausgewählt aus Glasfasern, Glaskugeln, harten und weichen Kohlepartikeln und -fasern, Graphit, Leitfähigkeitsruß, Metallfasern, Metallpartikeln, insbesondere Bronzepartikel und Stahlpulver, Quarz, Al₂O₃, CaF₂, Glimmer, Mineralstoffe, insbesondere BaSO₄ sowie organischen Polymermaterialien.A method according to claim 10, characterized in that the filler material comprises one or more components selected from glass fibers, glass beads, hard and soft carbon particles and fibers, graphite, conductivity carbon black, metal fibers, metal particles, especially bronze particles and steel powder, quartz, Al ₂ O ₃ , CaF ₂ , mica, minerals, especially BaSO ₄ and organic polymer materials.

Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Polymermaterialien des Füllstoffmaterials ausgewählt sind aus Polyamid, Polyamidimid, PPS, PEEK, PPSO₂, aromatischen Polyestern und Aramiden sowie Mischungen von zwei oder mehreren dieser Materialien.A method according to claim 11, characterized in that the organic Polymermateria The materials of the filler material selected from polyamide, polyamide-imide, PPS, PEEK, PPSO ₂ , aromatic polyesters and aramids and mixtures of two or more of these materials.

Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des organischen Polymermaterials ca. 25 Gew.% oder weniger beträgt, bezogen auf die Masse des Polymer-Compounds.Method according to claim 12, characterized in that that the proportion of the organic polymer material about 25 wt.% Or less, based on the mass of the polymer compound.

Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil ca. 10 Gew.% oder weniger beträgt.Method according to claim 13, characterized in that that the proportion is about 10% by weight or less.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial eine Mischung eines thermoplastischen PTFE und eines weiteren thermoplastischen Polymers umfasst.Method according to one of claims 1 to 14, characterized that the polymer material is a mixture of a thermoplastic PTFE and another thermoplastic polymer.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass teilkristallines Polymermaterial im Falle von vollfluorierten Materialien auf eine Temperatur von ca. 140°C oder mehr, insbesondere von ca. 160°C bis ca. 400°C, und im Falle von teilfluorierten Materialien auf eine Temperatur im Bereich von ca. 100°C bis ca. 350°C erwärmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that partially crystalline polymer material in the case of fully fluorinated materials to a temperature of about 140 ° C or more, in particular of about 160 ° C up to 400 ° C, and in the case of partially fluorinated materials to a temperature in the range of approx. 100 ° C up to 350 ° C heated becomes.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass amorphes Polymermaterial auf eine Temperatur im Bereich von der Hälfte der Glasübergangstemperatur (in °C) bis unter die Glasübergangstemperatur erwärmt wird.Method according to one of claims 1 to 15, characterized that amorphous polymer material to a temperature in the range of half the glass transition temperature (in ° C) to below the glass transition temperature heated becomes.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial mit einer Induktionsheizung erwärmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the polymer material with an induction heating is heated.

Kunststoffformteil, hergestellt oder herstellbar nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Plastic molding, manufactured or manufactured according to a method according to any one of the preceding claims.

Kunststoffformteil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffformteil zumindest in einem Teilbereich eine Dicke von ca. 500 μm oder weniger aufweist.Plastic molding according to claim 19, characterized that the plastic molding at least in a partial area a Thickness of approx. 500 μm or less.

Kunststoffformteil nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass es im Wesentlichen rotationssymmetrisch, insbesondere ring- oder scheibenförmig, ausgebildet ist.Plastic molding according to claim 19 or 20, characterized characterized in that it is substantially rotationally symmetrical, in particular ring-shaped or disk-shaped, is trained.

Kunststoffformteil nach einem der Ansprüche 19 bis 21, gekennzeichnet durch eine variierende Dicke entlang eines Querschnitts.Plastic molding according to one of claims 19 to 21, characterized by a varying thickness along a cross section.

Kunststoffformteil nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen seiner maximalen räumlichen Ausdehnung und der Dicke in dem Teilbereich ca. 10 oder mehr, vorzugsweise ca. 50 bis ca. 200, beträgt.Plastic molding according to one of claims 20 to 22, characterized in that the ratio between its maximum spatial Expansion and the thickness in the partial area about 10 or more, preferably about 50 to about 200, is.

Kunststoffformteil nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass es frei von einem Anguss und/oder Bindenähten ist.Plastic molding according to one of claims 19 to 23, characterized in that it is free of a sprue and / or weld lines is.