DE102008054628A1 - Kraftschlüssige Verbindung zwischen Trägerbauteilen und Trägerelemente aus Kunststoff - Google Patents

Kraftschlüssige Verbindung zwischen Trägerbauteilen und Trägerelemente aus Kunststoff Download PDF

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Carlo SCHÜTZ
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Christian Eckhardt
Lothar Schneider
Thomas Ries
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Evonik Roehm GmbH
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Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Verbindungstechnik für Kunststoffformkörper mittels eingeklebter Ankerelemente.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft kraftschlüssige Verbindungen zwischen Trägerbauteilen und die Trägerelemente aus Kunststoff. In der folgenden Ausführung ist für Kunststoffe exemplarisch PLEXIGLAS® (Gattungsname Acrylglas) verwendet worden, ohne daß hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll. PLEXIGLAS® ist eine Marke der Evonik Röhm GmbH.
  • Stand der Technik
  • DE 10 2007 001 651 (Evonik Röhm GmbH) beschreibt ein Tragsystem, das aus mehreren Komponenten unterschiedlicher Materialien besteht. Dabei besteht mindestens eine lastabtragende Komponente aus Kunststoff. Die Lastübertragung der verschiedenen Komponenten wird durch einen kraftschlüssigen Verbund realisiert.
  • Aufgabe
  • Es bestand nun die Aufgabe, für Last beaufschlagte Elemente mit mindestens einer Komponenten aus Kunststoff, Verbindungselemente zu entwickeln, die auftretende Kräfte und Momente in Formkörpern dauerhaft und sicher auf andere Elemente weiterleiten bzw. übertragen können. Dies wird erforderlich, da die Kunststoffformkörper nicht in beliebigen Abmessungen hergestellt werden können und somit Ankopplungsmechanismen erforderlich werden. So sind beispielsweise Kunststoffformkörper aus PLEXIGLAS® GS bis zu Abmessungen von ca. 8 m × 3 m × 0,2 m (Länge × Breite × Höhe) herstellbar.
  • Eine rein über Kunststoffe herzustellende kraftschlüssige Verbindung ist generell möglich, diese reicht aber meist auf Grund der geringeren mechanischen Festigkeitswerte gegenüber anderen Konstruktionswerkstoffen – wie Holz oder Stahl – nicht bei größeren, dauerhaften Belastungen aus. Während Druckkräfte von einigen Kunststoffen sehr ordentlich beherrscht werden, zeigen sie in der Regel Schwächen bei Zug- und Biegebeanspruchung. Gerade wenn diese Kräfte über längere Zeit anstehen, zeigen Kunststoffe wegen ihrer ausgeprägten Neigung zum Kriechen doch erhebliche Nachteile gegenüber üblichen Baumaterialien.
  • Eine ausschließlich aus Kunststoff bestehende Verbindungstechnik für Kunststoffformkörper, die unter Last stehen bzw. erhebliche Lasten tragen, ist daher kaum statisch sicher möglich, weshalb es notwendig war, geeignete Adapter- bzw. Verbindungsmechanismen zu entwickeln, die eine spannungsarme und homogene Krafteinleitung in Kunststoffformkörper ermöglichen.
  • Lösung
  • PLEXIGLAS® ist durch seine Produktions- und Materialeigenschaften in unterschiedlichster Form herstellbar oder durch Weiterverarbeitung in fast jede geforderte Form zu überführen. Für die Realisierung von Tragsystemen aus PLEXIGLAS® sind als Lückenschluss kraftschlüssige, lösbare Verbindungen erforderlich. Diese Verbindungselemente müssen neben den Festigkeitsanforderungen auch den Montagebedingungen Rechnung tragen. Gerade bei Tragsystemen aus PLEXIGLAS®, ist ein Höchstmaß an Transparenz gefordert. Im vorliegenden Entwurf werden Lösungsbeispiele für die Verbindungstechnik beispielhaft dargestellt unter besonderer Berücksichtigung größtmöglicher Transparenz.
  • Durch die gute mechanische Bearbeit-, Verkleb- bzw. Verschweißbarkeit von PLEXIGLAS® lassen sich alle erdenklichen mechanischen Formschluss Verbindung oder Schraubverbindungen generieren. Allein die Praxis zeigt, dass diese rein aus PLEXIGLAS® hergestellten Verbindungen den wiederholten Montage- und Demontagebedingungen nicht in ausreichendem Maße widerstehen können. Dies wird im Besonderen kritisch, wenn es sich um sehr schwere Bauteile handelt, welche mit Lasthebezeuge bewegt werden müssen. Der Lösungsansatz fokussiert nun eine funktionelle Trennung der Fügetechnik durch separate Bauteile.
  • Hierbei sind folgende Eigenschaften maßgeblich erforderlich:
    • 1) Kraftschlüssige oder formschlüssige, wieder lösbare Verbindungen,
    • 2) Montagegerechte Ausführung der Anschlusselemente,
    • 3) Kraft und oder formschlüssige Verbindung zu den Trägerbauteilen aus Kunststoff, z. B. PLEXIGLAS®.
  • Diese Elemente übertragen an den Stoßfugen der Trägerbauteile die erforderlichen Kräfte. Die ausgewählten exemplarischen Beispiele zeigen zudem die materialgerechte Verbindung der separaten Verbindungselemente mit den Enden der Trägerelemente.
  • In der nachstehenden Übersichtstabelle sind mögliche Kombinationen systematischer Prinziplösungen beispielhaft dargestellt.
  • Eine detaillierte Beschreibung der Einzelkombinationen ist nachstehend ausgeführt, welche keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt.
  • Kunststoffe
  • Als Kunststoffe können erfindungsgemäß verwendet werden: Poly(meth)acrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS), Styrol-Acrylnitril-Copolymere (SAN), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polystyrol (PS). Das PMMA wird unter der Marke PLEXIGLAS® von der Evonik Röhm GmbH vertrieben. Besonders gut eignen sich für diese Verwendung die PLEXIGLAS® GS-Typen, die durch Gußpolymerisation hergestellt werden. Es können auch gefüllte PMMA-Typen eingesetzt werden, diese werden beispielsweise unter den Namen CORIAN® oder PLEXICOR® in den Handel gebracht.
  • Das Kammerverfahren
  • Das Kammerverfahren ist eines der ältesten Verfahren für die Substanzpolymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren und wird z. B. schon in der Patentschrift US 2,154,639 beschrieben. Nichtsdestotrotz ist es bis heute von großer technischer Bedeutung und wird u. a. zur Herstellung von PMMA-Platten verwendet. Beim Kammerverfahren gießt man ein Gemisch aus ethylenisch ungesättigten Monomeren und ggf. den entsprechenden Polymeren mit einem Anteil von üblicherweise bis zu 25 Gew.-% Polymer, zusammen mit Radikalinitiator(en) und eventuell anderen Zusätzen, wie z. B. Vernetzern und Comonomeren, in eine Flachkammer, die aus zwei beabstandeten Platten, z. B. Silicatglasscheiben, und einer Dichtschnur gebildet wird, und polymerisiert die Reaktionsmischung.
  • Der Einsatz von vorpolymerisiertem Material verringert dabei den Schrumpf, vermindert die Wärmeentwicklung bei der weiteren Polymerisation und verkürzt die Reaktionszeit. Die Polymerisation wird häufig in einem Wärmeschrank zunächst bei niedriger Temperatur, z. B. bei 20°C bis 60°C, durchgeführt und dann meist bei höherer Temperatur, z. B. bei 100°C bis 130°C vollendet. Dabei kommt es zu einem Volumenschwund von bis zu 20%, der durch Zusammenpressen der Platten ausgeglichen wird, so dass Spannungen vermieden werden.
  • Zu diesem Zweck werden gewöhnlich Klammern verwendet, die die beiden Platten und die dazwischenliegende Dichtschnur umgreifen und zusammendrücken. Dies kann allerdings zu einer Verformung (Ausbauchung) der Dichtschnur mit der Folge führen, dass der Randbereich der resultierenden Platte abgeschnitten und verworfen werden muss. Weiterhin müssen für unterschiedliche Plattendicke unterschiedliche Klammern gefertigt und vorgehalten werden.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfassen die ethylenisch ungesättigten Monomere daher, jeweils bezogen auf ihr Gesamtgewicht, vorzugsweise mehr als 50,0 Gew.-%, bevorzugt mehr als 50,0 Gew.-% bis 99,0 Gew.-%, zweckmäßigerweise mehr als 60,0 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mehr als 70,0 Gew.-%, insbesondere mehr als 80,0 Gew.-%, mindestens einer Verbindung der Formel (I)
    Figure 00050001
  • Der Rest R steht für Wasserstoff oder Methyl.
  • Der Rest 1R bedeutet eine lineare oder verzweigte Alkyl- oder eine ggf. alkylierte Cycloalkylgruppe mit 1 bis 40, vorzugsweise 1 bis 24, zweckmäßigerweise 1 bis 12, besonders bevorzugt 1 bis 6, insbesondere 1 bis 4, Kohlenstoffatomen. Die Reste 2R und 3R stellen jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder eine Gruppe der Formel -COOR' dar, worin R' Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 40, vorzugsweise 1 bis 24, zweckmäßigerweise 1 bis 12, besonders bevorzugt 1 bis 6, insbesondere 1 bis 4, Kohlenstoffatomen bedeutet.
  • Zu den besonders bevorzugten Verbindungen der Formel (I) gehören insbesondere Meth)acrylate, Fumarate und Maleate, die sich von gesättigten Alkoholen ableiten, wie beispielsweise Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, n-Propyl(meth)acrylat, iso-Propyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, tert.-Butyl(meth)acrylat, Pentyl(meth)acrylat, Hexyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, Heptyl(meth)acrylat, 2-tert.-Butylheptyl(meth)acrylat, Octyl(meth)acrylat, 3-iso-Propylheptyl(meth)acrylat, Nonyl(meth)acrylat, Decyl(meth)acrylat, Undecyl(meth)acrylat, 5-Methylundecyl(meth)acrylat, Dodecyl(meth)acrylat, 2-Methyldodecyl(meth)acrylat, Tridecyl(meth)acrylat, 5-Methyltridecyl(meth)acrylat, Tetradecyl(meth)acrylat, Pentadecyl(meth)acrylat, Hexadecyl(meth)acrylat, 2-Methylhexadecyl(meth)acrylat, Heptadecyl(meth)acrylat, 5-iso-Propylheptadecyl(meth)acrylat, 4-tert.-Butyloctadecyl(meth)acrylat, 5-Ethyloctadecyl(meth)acrylat, 3-iso-Propyloctadecyl(meth)acrylat, Octadecyl(meth)acrylat, Nonadecyl(meth)acrylat, Eicosyl(meth)acrylat, Cetyleicosyl(meth)acrylat, Stearyleicosyl(meth)acrylat, Docosyl(meth)acrylat und/oder Eicosyltetratriacontyl(meth)acrylat; Cycloalkyl(meth)acrylate, wie Cyclopentyl(meth)acrylat, 2,3,4,5-Tetra-t-butylcyclohexyl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat, Bornyl(meth)acrylat; sowie die entsprechenden Fumarate und Maleate.
  • Die Esterverbindungen mit langkettigem Alkoholrest, insbesondere die Verbindungen Alkoholresten mit 6 und mehr Kohlenstoffatomen, lassen sich beispielsweise durch Umsetzen von (Meth)acrylaten, Fumaraten, Maleaten und/oder den entsprechenden Säuren mit langkettigen Fettalkoholen erhalten, wobei im allgemeinen eine Mischung von Estern, wie beispielsweise (Meth)acrylaten mit verschieden langkettigen Alkoholresten entsteht. Zu diesen Fettalkoholen gehören unter anderem Oxo Alcohol® 7911, Oxo Alcohol® 7900, Oxo Alcohol® 1100, Alfol® 610, Alfol® 810, Lial® 125 und Nafol®-Typen (Sasol Olefins & Surfactants GmbH); Alphanol® 79 (ICI); Epal® 610 und Epal® 810 (Ethyl Corporation); Linevol® 79, Linevol® 911 und Neodol® 25E (Shell AG); Dehydad®-, Hydrenol®- und Lorol®-Typen (Cognis); Acropol® 35 und Exxal® 10 (Exxon Chemicals GmbH); Kalcol 2465 (Kao Chemicals).
  • Von den Verbindungen der Formel (I) sind die (Meth)acrylate gegenüber den Maleaten und Fumaraten besonders bevorzugt, d. h. R2 und R3 stellen in besonders bevorzugten Ausführungsformen Wasserstoff dar. Im allgemeinen sind die Methacrylaten den Acrylaten bevorzugt.
  • Der Ausdruck (Meth)acrylat umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung Methacrylate und Acrylate sowie Mischungen aus beiden Verbindungen.
  • Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die ethylenisch ungesättigten Monomere ein oder mehrere Comonomere, die sich zweckmäßigerweise mit Verbindungen der Formel (I) copolymerisieren lassen. Der Anteil an Comonomere liegt bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 25,0 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 10,0 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 5,0 Gew.-%, insbesondere im Bereich von 0,01 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomerzusammensetzung.
  • Hierbei sind Comonomere besonders geeignet, die der Formel entsprechen:
    Figure 00070001
    worin R1* und R2* unabhängig aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus Wasserstoff, Halogene, CN, lineare oder verzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 6 und besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, welche mit 1 bis (2n + 1) Halogenatomen substituiert sein können, wobei n die Zahl der Kohlenstoffatome der Alkylgruppe ist (beispielsweise CF3), Cycloalkylgruppen mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, welche mit 1 bis (2n – 1) Halogenatomen, vorzugsweise Chlor, substituiert sein können, wobei n die Zahl der Kohlenstoffatome der Cycloalkylgruppe ist; Arylgruppen mit 6 bis 24 Kohlenstoffatomen, welche mit 1 bis (2n – 1) Halogenatomen, vorzugsweise Chlor, und/oder Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen substituiert sein können, wobei n die Zahl der Kohlenstoffatome der Arylgruppe ist; C(=Y*)R5*, C(=Y*)NR6*R7*, Y*C(=Y*)R5*, SOR5 *, SO2R5*, OSO2R5*, NR8*SO2R5*, PR5* 2, P(=Y*)R5* 2, Y*PR5* 2, Y*P(=Y*)R5* 2, NR8 * 2 welche mit einer zusätzlichen R8 *-, Aryl- oder Heterocyclyl-Gruppe quaternärisiert sein kann, wobei Y* NR8*, S oder O, vorzugsweise O sein kann; R5 * eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, eine Alkylthio mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, OR15 (R15 ist Wasserstoff oder ein Alkalimetall), Alkoxy von 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, Aryloxy oder Heterocyklyloxy ist; R6* und R7* unabhängig Wasserstoff oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen sind, und R8 * Wasserstoff, lineare oder verzweigte Alkyl- oder Arylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen sind; R3* und R4* unabhängig ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Halogen (vorzugsweise Fluor oder Chlor), Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und COOR9 *, worin R9* Wasserstoff, ein Alkalimetall oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 40 Kohlenstoffatomen ist, sind, oder R3* und R4* können zusammen eine Gruppe der Formel (CH2)n, bilden, welche mit 1 bis 2n' Halogenatomen oder C1 bis C4 Alkylgruppen substituiert sein kann, oder der Formel C(=O)-Y*-C(=O) bilden, wobei n' von 2 bis 6, vorzugsweise 3 oder 4 ist und Y* wie zuvor definiert ist; und wobei zumindest 2 der Reste R1*, R2 *, R3* und R4* Wasserstoff oder Halogen sind.
  • Zu den bevorzugten Comonomeren gehören unter anderem Styrol, substituierte Styrole mit einem Alkylsubstituenten in der Seitenkette, wie z. B. α-Methylstyrol und α-Ethylstyrol, substituierte Styrole mit einem Alkylsubstitutenten am Ring, wie Vinyltoluol und p-Methylstyrol, halogenierte Styrole, wie beispielsweise Monochlorstyrole, Dichlorstyrole, Tribromstyrole und Tetrabromstyrole; Vinylhalogenide, wie beispielsweise Vinylchlorid, Vinylfluorid, Vinylidenchlorid und Vinylidenfluorid; Vinylester, wie Vinylacetat; Heterocyclische Vinylverbindungen, wie 2-Vinylpyridin, 3-Vinylpyridin, 2-Methyl-5-vinylpyridin, 3-Ethyl-4-vinylpyridin, 2,3-Dimethyl-5-vinylpyridin, Vinylpyrimidin, Vinylpiperidin, 9-Vinylcarbazol, 3-Vinylcarbazol, 4-Vinylcarbazol, 1-Vinylimidazol, 2-Methyl-1-vinylimidazol, N-Vinylpyrrolidon, 2-Vinylpyrrolidon, N-Vinylpyrrolidin, 3-Vinylpyrrolidin, N-Vinylcaprolactam, N-Vinylbutyrolactam, Vinyloxolan, Vinylfuran, Vinyloxazole und hydrierte Vinyloxazole; Vinyl- und Isoprenylether; Maleinsäure und Maleinsäurederivate, wie beispielsweise Maleinsäureanhydrid, Methylmaleinsäureanhydrid, Maleinimid, Methylmaleinimid; Fumarsäure und Fumarsäurederivate; Acrylsäure und Methacrylsäure; Aryl(meth)acrylate, wie Benzylmethacrylat oder Phenylmethacrylat, wobei die Arylreste jeweils unsubstituiert oder bis zu vierfach substituiert sein können; Methacrylate von halogenierten Alkoholen, wie 2,3-Dibromopropylmethacrylat, 4-Bromophenylmethacrylat, 1,3-Dichloro-2-propylmethacrylat, 2-Bromoethylmethacrylat, 2-Iodoethylmethacrylat, hloromethylmethacrylat; Hydroxyalkyl(meth)acrylate, wie 3-Hydroxypropylmethacrylat, 3,4-Dihydroxybutylmethacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 2-Hydroxypropylmethacrylat, 2,5-Dimethyl-1,6-hexandiol(meth)acrylat, 1,10-Decandiol(meth)acrylat; carbonylhaltige Methacrylate, wie 2-Carboxyethylmethacrylat, Carboxymethylmethacrylat, Oxazolidinylethylmethacrylat, N-(Methacryloyloxy)formamid, Acetonylmethacrylat, N-Methacryloylmorpholin, N-Methacryloyl-2-pyrrolidinon, N-(2-Methacryloyloxyethyl)-2-pyrrolidinon, N-(3-Methacryloyloxypropyl)-2-pyrrolidinon, N-(2-Methacryloyloxypentadecyl)-2-pyrrolidinon, N-(3-Methacryloyloxyheptadecyl)-2-pyrrolidinon; Glycolmethacrylate, wie 1,2-Butandiolmethacrylat, 2-Butoxyethylmethacrylat, 2-Ethoxyethoxymethylmethacrylat, 2-Ethoxyethylmethacrylat; Methacrylate von Etheralkoholen, wie Tetrahydrofurfurylmethacrylat, Methoxyethoxyethylmethacrylat, 1-Butoxypropylmethacrylat, Cyclohexyloxymethylmethacrylat, Methoxymethoxyethylmethacrylat, Benzyloxymethylmethacrylat, Furfurylmethacrylat, 2-Butoxyethylmethacrylat, 2-Ethoxyethoxymethylmethacrylat, 2-Ethoxyethylmethacrylat, 1-Ethoxybutylmethacrylat, Methoxymethylmethacrylat, 1-Ethoxyethylmethacrylat, Ethoxymethylmethacrylat und ethoxylierte (Meth)acrylate, die bevorzugt 1 bis 20, insbesondere 2 bis 8 Ethoxygruppen aufweisen; Aminoalkyl(meth)acrylate und Aminoalkyl(meth)acrylatamide, wie N-(3-Dimethylaminopropyl)methacrylamid, Dimethylaminopropylmethacrylat, 3-Diethylaminopentylmethacrylat, 3-Dibutylaminohexadecyl(meth)acrylat; Nitrile der (Meth)acrylsäure und andere stickstoffhaltige Methacrylate, wie N-(Methacryloyloxyethyl)diisobutylketimin, N-(Methacryloyloxyethyl)dihexadecylketimin, Methacryloylamidoacetonitril, 2-Methacryloyloxyethylmethylcyanamid, Cyanomethylmethacrylat; heterocyclische (Meth)acrylate, wie 2-(1-Imidazolyl)ethyl(meth)acrylat, 2-(4-Morpholinyl)ethyl(meth)acrylat und 1-(2-Methacryloyloxyethyl)-2-pyrrolidon; Oxiranylmethacrylate, wie 2,3-Epoxybutylmethacrylat, 3,4-Epoxybutylmethacrylat, 10,11-Epoxyundecylmethacrylat, 2,3-Epoxycyclohexylmethacrylat, 10,11-Epoxyhexadecylmethacrylat; Glycidylmethacrylat.
  • Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die ethylenisch ungesättigten Verbindungen ein oder mehrere Vernetzer, die sich günstigerweise mit den Verbindungen der Formel (I) copolymerisieren lassen. Dabei werden Verbindungen mit mindestens zwei, vorzugsweise 2 bis 5, insbesondere 2, ethylenisch-ungesättigten Gruppen pro Molekül besonders bevorzugt.
  • Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung haben sich insbesondere die folgenden Verbindungen besonders bewährt:
    (Meth)acrylate, die sich von ungesättigten Alkoholen ableiten, wie z. B. Oleyl(meth)acrylat, Allyl(meth)acrylat, Vinyl(meth)acrylat, 2,4,5-Tri-t-butyl-3-Vinylcyclohexyl(meth)acrylat, 3-Vinylcyclohexyl(meth)acrylat; Methacrylate von ungesättigten Etheralkoholen, wie Vinyloxyethoxyethylmethacrylat, 1-Methyl-(2-vinyloxy)ethylmethacrylat, Allyloxymethylmethacrylat; mehrwertige (Meth)acrylate, wie Trimethyloylpropantri(meth)acrylat, Glycoldi(meth)acrylat, Bis((meth)acryloyloxyethyl)sulfid; und Diene, wie beispielsweise Divinylbenzol.
  • Diese Monomere können einzeln oder als Mischung eingesetzt werden.
  • Zur Polymerisation wird dem ethylenisch ungesättigten Monomer zweckmäßigerweise mindestens ein, an sich bekannter Radikalinitiator zugesetzt. Zu den bevorzugten Initiatoren gehören unter anderem die in der Fachwelt weithin bekannten Azoinitiatoren, wie AIBN und 1,1-Azobiscyclohexancarbonitril, sowie Peroxyverbindungen, wie Methylethylketonperoxid, Acetylacetonperoxid, Dilaurylperoxyd, tert.-Butylper-2-ethylhexanoat, Ketonperoxid, Methylisobutylketonperoxid, Cyclohexanonperoxid, Dibenzoylperoxid, tert.-Butylperoxybenzoat, tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat, 2,5-Bis(2-ethylhexanoyl-peroxy)-2,5-dimethylhexan, tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, tert.-Butylperoxy-3,5,5-trimethylhexanoat, Dicumylperoxid, 1,1-Bis(tert.-butylperoxy)cyclohexan, 1,1-Bis(tert.-butylperoxy)3,3,5-trimethylcyclohexan, Cumylhydroperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Bis(4-tert.-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat, Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen miteinander sowie Mischungen der vorgenannten Verbindungen mit nicht genannten Verbindungen, die ebenfalls Radikale bilden können.
  • Diese Verbindungen werden häufig in einer Menge von 0,1 bis 10,0 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 3,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, eingesetzt.
  • Weiterhin setzt man dem ethylenisch ungesättigten Monomer vorzugsweise mindestens ein Prepolymer mindestens eines ethylenisch ungesättigten Monomers, günstiger Weise mindestens eines (Meth)acrylats, Fumarats und/oder Maleats, zu. Der Anteil des Prepolymers beträgt dabei zweckmäßigerweise 0,1 bis 50,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 10,0 bis 30,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der ethylenisch ungesättigten Verbindungen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die das ethylenisch ungesättigte Monomer enthaltende Zusammensetzung in einem ersten Verfahrensschritt in eine Form, die sogenannte „Kammer”, eingebracht, die wenigstens zwei Platten umfasst, die durch wenigstens ein erfindungsgemäßes Dichtungselement voneinander beabstandet angeordnet sind. Dabei unterliegen die Platten keinen besonderen Beschränkungen, es können vielmehr die herkömmlichen, für das Kammerverfahren bekannten Platten verwendet werden. Die Platten sollten zweckmäßigerweise die Reaktionskammer abdichtend verschließen können und dabei gegenüber der verwendeten Reaktionsmischung unter den verwendeten Reaktionsbedingungen möglichst inert sein. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders geeignete Platten sind aus Glas und/oder rostfreiem Stahl, insbesondere aus Glas, gefertigt.
  • Die Form der Platten wird primär durch die angestrebte Polymerform bestimmt. Daher können sowohl ebene als auch gebogene Platten verwendet werden, obwohl ebene Platten vorliegend besonders bevorzugt werden.
  • Erfindungsgemäß werden die Platten zweckmäßiger Weise abdichtend an das erfindungsgemäße Dichtungselement angelegt und günstiger Weise mit diesem, vorzugsweise kraftschlüssig, verbunden.
  • Dabei ist es ganz besonders vorteilhaft, ein Dichtungselement mit wenigstens einem, vorzugsweise zwei, wegragenden Schenkel zu verwenden und das Dichtungselement zwischen den Platten derart anzuordnen, dass der/die Schenkel an einer Platte/beiden Platten abdichtend anliegt/anliegen. Das Dichtungselement wird dann zweckmäßigerweise über den/die Schenkel mit der Platte/den Platten kraftschlüssig verbunden. Auf diese Weise wird eine Verformung des Dichtungselements durch den angelegten Druck bestmöglich vermieden.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Variante besteht darin, dass im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren unabhängig von der angestrebten Plattendicke und -geometrie ein universelles Klammersystem verwendet werden, da die benötigte Klammergröße durch die Dicke der wegragenden Schenkel und nicht durch die Dicke des Dichtungselements und der Platten vorgegeben wird.
  • Die Polymerisationstemperatur ist dabei unkritisch. Je nach verwendetem Initiatorsystem liegt sie im allgemeinen jedoch im Bereich von 0°C–200°C, vorzugsweise im Bereich von 20°C–190°C und insbesondere im Bereich von 60°C–120°C, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll. Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Variante erfolgt die Polymerisation zunächst bei 20°C–60°C und wird dann bei 100°C–130°C fortgesetzt.
  • Auch die Polymerisationsdauer ist an sich unkritisch und kann im üblichen Bereich gewählt werden. Sie beträgt vorzugsweise 2 Stunden bis 2.000 Stunden, vorzugsweise 24 Stunden bis 1.200 Stunden, insbesondere 48 Stunden bis 1.000 Stunden, wobei die Vorteile des erfindungsgemäßen Dichtungselements insbesondere bei längeren Polymerisationszeiten, vorzugsweise größer 72 Stunden, zum Tragen kommen.
  • Beispiel: Kraftschlüssige Verbindung mit eingeklebten Flanschblättern
  • Der Montageflansch verfügt über entsprechende fest mit ihm verbundene Ankerdübel aus Metall. Die Anzahl sowie die Länge dieser Anker sind den Dimensionen des Trägers und den zu übertragenden Kräften angepasst. Hierbei werden die Bolzen über einen Spezialklebstoff in die Bohrungen im PLEXIGLAS® Träger eingeklebt. Hierbei sind die Auswahl des Klebstoffes und das Aushärteverfahren (Start der Polymerisation des Klebers durch thermischen Zerfall des Radikalbildners oder durch lichtinduzierten Zerfall des Radikalbildners) auf die Produkteigenschaften des Formkörpers, z. B. PLEXIGLAS® abgestimmt. Über die Gestaltung der Formgebung und des Tragflächenanteiles werden die Spannungen im Allgemeinen und Spannungsspitzen im Besonderen in denen für ein Dauerzeitstandsverhalten zulässigen Grenzen gehalten.
  • Als Kleber können die unterschiedlichen ACRIFIX®-Typen eingesetzt werden.
  • Weitere Fügetechniken sind unter Berücksichtigung der Verabreitungs- sowie Belastungsgrenzen der beteiligten Werkststoffe von Adapter- und Formkörper möglich.
  • PLEXIGLAS® weist ein Elastizitätsmodul E von 3.000 MPa, gemessen nach ISO 527-2/1B/1, auf.
  • Die Adapter- oder Verbundelemente (3) bestehen nicht aus thermoplastischem Kunststoff und weisen ein erheblich höheres Elastizitätsmodul als der Kunststoffformkörper selbst auf.
  • Die Adapter- oder Verbundelemente (3) bestehen beispielsweise aus Metall und werden entsprechend den statischen Anforderungen ausgewählt.
  • Es können auch Rohre und Stäbe mittels der erfindungsgemäßen Technik miteinender verbunden werden. Rundstäbe aus PLEXIGLAS® werden beispielsweise in Durchmessern von 15 bis 100 mm angeboten, Vierkantstäbe in Abmessungen von 10 × 10 mm bis 50 × 50 mm.
  • Figurenbeschreibung
  • 1 zeigt ein eingeklebtes Adapterelement.
  • 2 zeigt ein Adapterelement mit Verschraubung.
  • 3 zeigt ein Adapterelement mit Verschraubung (durchgesteckte Schraube)
  • 4 zeigt ein Adapterelement mit Verschraubung (durchgesteckte Schraube). Das Adapterelement kann auch aufgeschrumpft sein.
  • 5 zeigt die Sicherungselemente der Verschraubung.
  • 6 und 7 zeigen ein Adapterelement mit außenliegender Verschraubung.
  • 8 zeigt ein auf den Kunststoffformkörper aufgeschrumpftes Adapterelement.
  • 9 zeigt einen auf das Adapterelement aufgeschrumpften Kunststoffformkörper.
    • a: Adapterelement
    • b: Schraube mit Mutter
    • c: Schraube oder Bolzen
    • d: Schraube oder Bolzen
    • e: Sackloch, gefüllt mit Kleber
    • f: Kunststoffformkörper
    • 11
    Metallplatte
    21
    Plexiglas®
    31
    Gewindestab
    41
    Sackloch, gefüllt mit Kleber
    51
    Scheibe
    61
    Schraube
    71
    Mutter
    81
    Bolzen kurz
    91
    Splint
    101
    Schraube
    111
    Bolzen lang
    121
    Metallformteil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102007001651 [0002]
    • - US 2154639 [0013]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - ISO 527-2/1B/1 [0042]

Claims (25)

  1. Verbindungstechnik von Kunststoffformkörpern mittels Adapterelementen oder Verbundelementen dadurch gekennzeichnet, daß die Adapter- oder Verbundelemente (3) nicht aus thermoplastischen Kunststoff bestehen und ein erheblich höheres Elastizitätsmodul aufweisen als der Kunststoffformkörper selbst.
  2. Verbindungstechnik nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung Adapterelemente-Formkörper kraftschlüssig ist.
  3. Verbindungstechnik nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung Adapterelemente-Formkörper formschlüssig ist.
  4. Verbindungstechnik nach Anspruch 1–3 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung Adapterelemente-Formkörper alleinig oder zusätzlich stoffschlüssig ist.
  5. Adapter- oder Verbindungselemente nach Anspruch 1–4 dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterelemente Flanschelemente sind
  6. Adapter- oder Verbindungselemente nach Anspruch 1–4 dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterelemente Steckelemente sind.
  7. Verbindungstechnik nach Anspruch 1–6 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente mit dem Kunststoffformkörper verschraubt werden.
  8. Verbindungstechnik nach Anspruch 1–6 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente mit dem Kunststoffformkörper durch Aufschrumpfen befestigt werden.
  9. Verbindungstechnik nach Anspruch 1–6 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente mit dem Kunststoffformkörper über Formschluss miteinander verbunden werden.
  10. Verbindungstechnik nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement beim Herstellen des Kunststoffformkörpers bereits in diesem eingebettet wird.
  11. Verbindungstechnik nach Anspruch 1–6 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente mit dem Kunststoffformkörper über Stoffschluss miteinander verbunden werden.
  12. Verbindungstechnik nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente über Ankerelemente mit dem Kunststoffformkörper verklebt werden.
  13. Verbindungstechnik nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente über den Umfang des Kunststoffformkörpers aufgeklebt werden.
  14. Verbindungstechnik nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verklebung auch abschnittsweise erfolgen kann.
  15. Verbindung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polymerisationskleber verwendet wird.
  16. Verbindungstechnik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schmelzkleber verwendet wird.
  17. Verbindungstechnik nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerelemente ein- bzw. aufgeschmolzen werden können.
  18. Verbindungstechnik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffformkörper aus thermoplastischen Kunstoffen bestehen.
  19. Verbindungstechnik nach Anspruch 1 sowie Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffformkörper transparent ist.
  20. Verbindungstechnik nach Anspruch 1 sowie Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffformkörper massiv ist.
  21. Verbindungstechnik nach Anspruch 1 sowie Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffformkörper ein Hohlkörper ist.
  22. Verbindungstechnik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffformkörper ein Kompositbauteil ist.
  23. Verbindungstechnik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapterwerkstoff ein Metall ist.
  24. Verbindungstechnik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapterwerkstoff aus Holz ist.
  25. Verbindungstechnik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapterwerkstoff ein faserverstärkter Werkstoff ist.
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