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Verfahren zur Herstellung von Tafeln aus thermoplastischen Kunststoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tafeln aus thermoplastischen
Kunststoffen in Pulver- oder Granulatform mit Hilfe von heiz-und kühlbaren Etagenpressen.
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Kunststofftafeln aus Polyäthylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol,
Polyvinylchlorid (PVC) und anderen Thermoplasten können mittels Extruder und Breitschlitzdüse
hergestellt werden. Werden solche Tafeln aus Kunststoffen mit niedrigem Schmelzindex
bzw. mit besonders hohem K-Wert durch Extrudieren hergestellt, so sind sie meist
mit anisotrop verteilten Eigenspannungen oder Orientierungen behaftet. Die Eigenspannungen
können bei dünnen Tafeln zum Verzug oder zum Verbeulen führen; desgleichen bei dicken
Tafeln, wenn sie spanabhebend bearbeitet werden. Orientierungen bewirken hauptsächlich
dann Verzug oder Verwerfungen, wenn bei der Weiterverarbeitung oder im Gebrauch
Temperaturen auftreten, die in der Nähe des Erweichunge- oder des Krietallitsohmelzbereichee
des Kunststoffes liegen.
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Die Widerstände innerhalb der Breitschlitzdüsen können außerdem bei
kleiner Plattendicke so groß werden, daß unter Umständen die Extruderfertigung unwirtschaftlich
wird. Die Extruderfertigung erfordert schließlich aus wirtschaftlichen Gründen auch
verhältnismäßig große Produktionsmengen ein und derselben Dimension und eignet sich
nicht für geringen Bedarf.
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Deshalb wird bei der Verarbeitung von Kunststoffen mit niedrigem Schmelzindex
oder hohem K-Wert zu Kunststofftafeln im Dickenbereich von etwa 1 bis 10 mm vielfach
ein Preßverfahren angewandt. Tafeln aus Polyolefinen fertigt man z.B. mit Hilfe
heiz- oder kühlbarer Etagenpressen unter Verwendung mehrerer sehr einfacher Preßwerkzeuge,
die aus je zwei Preßblechen vom Format der herzustellenden Tafeln bestehen, von
denen das eine plan ist, während das andere einen aufgesetzten Rahmen von der Höhe
der gewünschten Plattendicke hat. Das Kunststoffgranulat oder -Pulver wird auf dem
Rahmenblech verteilt und sodann mit dem planen Blech abgedeckt. Mehrere auf diese
Weise vorbereitete Preßwerkzeuge werden in der Etagenpre sse zugleich einem Heiz-
und Kühlzyklus unterworfen, wobei die Granulat- oder Pulverteilchen unter der Wirkung
der Preßkraft und der Wärme zu einem homogenen zunächst plastischen Körper verschweißt
werden, der anschließend durch WRrmeabfuhr zu einem festen Körper erstarrt.
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Dieses Verfahren ist jedoch nur anwendbar bei Kunststoffen, die aufgrund
ihres verhältnismäßig hohen Schmelzindex oder
ihres niedrigen K-Wertes
wenig orientierungsempfindlich sind.
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Es versagt beispielsweise bei Polyäthylen mit einem Schmelzindex IEI
1992#0,1g/10min weil sich der während des Plastifizierens von der Preßkraft herrührende
hochviskose Austrieb an den Rändern der Pre#bleche mehr oder minder stark verhakt.
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Während der Volumenkontraktion, die eintritt, wenn die Schmelze zum
festen Körper erstarrt, entstehen infolgedessen Orientierungen. Außerdem werden
innere Spannungen eingefroren, weil im Verlauf der weiteren Abkühlung die Kontraktion
des bereits festen Körpers behindert bleibt.
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Es wurde weiter beobachtet, daß eine ungleichmäßige VerteSung des
Kunststoffpulvers zwischen den Preßblechen ebenfalls zu Orientierungen und damit
zu verbeulten Platten führt. Auch ein längeres Nachtempern dicht unterhalb des Kristallitschmelzpunktes
unter Kraftwirkung beseitigt diese Nachteile, insbesondere bei Kunststoffen mit
niedrigem Schmelzindex oder hohem K-Wert, nicilt.
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Die geschilderte Arbeitsweise ist auch besonders nachteilig bei der
Herstellung dicker Tafeln, weil am Ende der Plastifizierzeit das obere Preßblech
auf dem Rahmen des unteren Preßblechs aufsitzt, so daß bei der Abkühlung auf den
schrumpfenden Kunststoff kein Nachdruck mehr ausgeübt werden kann.
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Bei der Herstellung von PVC-hart-Platten ist es auch bekannt, mehrere
meist im Kalanderverfahren hergestellte dünne Folien
zwischen ebenen
Preßblechen in einer der gewünschten Plattendicke entsprechenden Anzahl übereinander
zu legen und in einer Etagenpresse bei erhöhter Temperatur unter Druck miteinander
zu verschweißen und anschließend zu kühlen.
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Es ist ferner bekannt, zur Verringerung des Austriebs und zur besseren
Verschweißung der Randzonen der PVC-Platten allseitig abgekantete Preßbleche zu
verwenden. Die Summe der Höhe der Abkantungen der Preßbleche ist dabei kleiner als
die Dicke der fertigen Platte.
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Diese Arbeitsweise ist nur anwendbar, wenn Einzelfolien zu Tafeln
verpreßt werden, da das Kunststoffpulver oder -Granulat, dessen Schütthöhe wesentlich
größer ist als die Dicke der daraus hergestellten Tafel, aus dem Spalt zwischen
den Abkantungen herausrieselt. Auch tritt der während der Plastifizierphase entstehende
Austrieb av-s dem Spalt aus und verhakt sich mit den Preßblechen.
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Nach einem anderen bekannten Verfahren werden deshalb dünne Tafeln
aus hochmolekularem Polyäthylen so hergestellt, daß man zunächst durch Pressen dicke
Blöcke herstellt und diese Blöcke anschließend nochmals auf Temperaturen in der
Nähe, jedoch unterhalb des Kristallitschmelzpunktes erwärmt und dann zu dünnen Tafeln
schält. Dieses Verfahren ist umständlich, da mehrfache und langwierige Erwärmungs-
und Abkühlungsprozesse notwendig sind.
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Es ergab sich deshalb die Aufgabe, ein Verfahren zu finden, durch
das die geschilderten Nachteile vermieden werden und das es ermöglicht, aus Kunststoffen
mit niedrigem Schmelzindex bzw. mit hohem K-Wert in der Etagenpresse in nur einem
Heiz-und Kühl zyklus gleichzeitig mehrere verzugsarme und beulfreie Tafeln herzustellen
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Herstellung verzugsarmer,
beulfreier Tafeln der Kunststoff zwischen zwei Preßblechen in gewichtsmäßig gleichmäßiger
Schüttung verteilt wird, die Ränder der Schüttung mittels wärmebeständiger streifenförmiger
Kunststoffolie U-förmig so eingefaßt werden, daß jeweils zwei einander gegenüberliegende
U-Schenkel der Streifen an den Innenflächen der Preßbleche zum Anliegen kommen,
und die Schüttung anschließend dem Heiz- und Kühl zyklus unterworfen wird. In einer
voSailhaften Weiterbildung des Verfahrens kann die Kunststoffolie in dem nicht an
den Preßblechen anliegenden Bereich gegebenenfalls bereits vor dem Einfassen der
Schüttung mit Löchern zur Abführung der in der Schüttung befindlichen Luft versehen
werden. Zur Erhöhung der Haftkraft zwischen der Kunststoffolie und den Preßblechen
können die Preßbleche im 3ereich der zum Anliegen kommenden Kunststoffolie durch
Sandstrahlen aufgerauht werden. Bei der Herstellung dicker Tafeln kann es vorteilhaft
sein, die Preßbleche allseitig abzukanten, wobei die Summe der Höhe der Abkantungen
von sich gegenüberliegenden Preßblechen kleiner ist als die Höhe der fertigen Kunststofftafel.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand der in der
Zeichnung beispielhaft angegebenen Anordnung der Preßbleche eingehend beschrieben.
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Fig. 1 zeigt zwei plane Preßbleche mit der zwischen diesen befindlichen,
von Kunststoffolienstreifen eingefaßten Kunststoffschüttung zwischen benachbarten
Heiz- und Kühlplatten einer Etagenpresse.
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Fig. 2 zeigt die Anordnung mehrererPreßbleche zwischen benachbarten
Heiz- und Kühlplatten einer Etagenpresse.
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Wie in Fig. 1 veranschaulicht ist, wird auf einem planen Preßblech
2 die durch die gewünschte Tafelabmessungen gegebene Kunststoff-Pulver- oder Granulatmenge
1 in gewichtsm^ßig gleichmäßiger Schüttung verteilt. Dazu kann auf das Preßblech
2 ein in der Figur nicht dargestellter Raster vom Format der herzustellenden Tafel
aufgelegt werden, der in eine Anzahl gleich große Felder unterteilt ist. In jedes
Feld wird eine gewichtsmäßig gleiche Kunststoffmenge eingefüllt, und darin verteilt
und glattgestrichen. Sodann wird der Raster entfernt.
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Die Kunststoffschüttung 1 wird ringsum mit 0,1 bis 0,3 mm dicken Folienstreifen
3 aus wärmebeständigem Kunststoff, z.B.
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Polyesterfolie, U-förmig so eingefaßt, daß nach Auflegen des die Schüttung
abdeckenden planen Preßbleches 4 die Folienstreifen
in einer Breite
von jeweils zwei bis drei Zentimetern an der Innenfläche des oberen und unteren
Preßbleches 4 und 2 zum Anliegen kommen. Die Kunststoffolie 3 wird vorzugsweise
in einer solchen Dicke verwendet, daß sie eine ausreichende Eigensteifigkeit besitzt,
um vor dem Gebrauch abgekantet und bereits vor dem Aufl-gen des Rasters mit einem
Schenkel auf das Preßblech 2 aufgelegt werden zu können. Dadurch wird vermieden,
daß die Kunststoffschüttung 1 nach Entfernung des Rasters seitlich von dem Preßblech
2 herunterfällt.
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Die so vorbereiteten Preßbleche 2 und 4 werden zwischen heiz-und kühlbare
Platten 5 und 6 der Etagenpresse gebracht und unter Aufbringung von Preßkräften
10 einem Heiz- und Kühlzyklus unterworfen. Die in den Platten 5 und 6 vorgesehenen
Öffnungen 9 dienen dem Durchleiten von Heiz- und Kühlmedien.
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Zunächst wird die Kunststoffschüttung 1 auf eine Temperatur oberhalb
des Schmelzbereichs des eingesetzten Kunststoffs 2 aufgeheizt und einem Preßdruck
von 1 bis 15 kp/cm , je nach Kunststoffsorte und Dicke der Tafel, ausgesetzt. Je
kleiner die Tafeldicke und åe geringer die Fließfähigkeit des zu verarbeitenden
Kunststoffes ist, um so höhere Preßkräfte sind anzuwenden. Nachdem die Kunststoffschüttung
zu einem homogenen, zunächst noch plastischen Körper verschweißt ist, wird der Kunststoff
unter Aufrechterhaltung oder Steigerung des Preßdruckes abgekühlt. Zur Abführung
der während des Plastifiziervorganges aus der Kunststoffschüttung austretenden Luft
kann
es besonders bei der Herstellung von dickeren Tafeln, beispielsweise
solchen von 8 bis 10 mm Dicke an, notwendig sein, daß der Folienstreifen in dem
nicht an den Preßblechen anliegenden Bereich mit Löchern 7 versehen wird. Die Löcher
7 von etwa 1 bis 2 mm Durchmesser werden in Abständen von etwa 30 cm vor Beginn
des Heiz- und Kühlzyklus in die zwischen den Preßblechen angeordneten Kunststoffolienstreifen
eingestochen oder bereits beim Herstellen und Zuschneiden der Folienstreifen 3 vorgesehen.
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Wie in Pig. 2 dargestellt, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
wie bei anderen bereits bekannten Preßverfahren möglich, mehrere Kunststofftafeln
zwischen zwei Heiz- bzw.
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Kühlplatten 5 und 6 einer Etagenpresse herzustellen, wobei zwei benachbarte
Kunststofftafeln jeweils durch ein Preßblech 8 voneinander getrennt sind. Diese
Arbeitsweise empfiehlt sich insbesondere bei Tafeln von 2 bis 5 mm Dicke zur besseren
Ausnutzung der Pressenkapazität und zum Ausgleich von Dickenabweichungen der herzustellenden
Tafeln.
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Bei der Erprobung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden verzugsarme,
beulfreie Tafeln zunächst aus Kunststoffen mit einem Schmelzindex ### 190/2#01,g/10min
in einem Dickenbereich von 1 mm bis 60 mm hergestellt.
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Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß auch leichter fließende
KunststdBenach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu Tafeln
verarbeitet
werden können, ohne daß die Polieneinfassung einreißt. Um zu vermeiden, daß die
Folienstreifen, die den Kunststoff einfassen, unter der Wirkung der Preßkraft zwischen
den Preßblechen herausgedrückt werden, kann es jedoch vorteilhaft sein, die Randbezirke
der Preßbleche, in denen der Folienstreifen auf den Preßblechen aufliegt, durch
Sandstrahlen aufzurauhen. Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zur Herstellung
dicker Tafeln, insbesondere aus Kunststoffen mit hohem Schmelzindex oder kleinem
K-Wert, statt der planen Preßbleche 4 und 2 allseitig abgekantete Preßbleche zu
verwenden. Die Summe der Höhe der Abkantungen von sich gegenüberliegenden Preßblechen
ist dabei kleiner als die Höhe der fertigen Kunststofftafeln.
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Durch die Einfassung der Kunststoffschüttung mittels Kunststoffolienstreifen
wird erreicht, daß unter der Wirkung der bei der Tafelherstellung aufgebrachten
Preßkräfte weder die Kunststoffechüttung noch die Schmelze zwischen den Preßblechen
ausgetrieben wird. Dadurch wird vermieden, daß die Teile der erkaltenden Schmelze
sich an den Rändern der Preßbleche festsetzen bzw. verhaken und durch die bei der
Abkühlung einsetzende Volumenkontraktion des Kunststoffes Spannungen im Kunststoff
eingefroren werden, die bei der Lagerung und Weiterverarbeitung der Tafeln zum Verbeulen
und Verziehen der Tafeln führen können. Diese Maßnahme wird durch die gewichtsmäßig
gleichmäßige Verteilung der Kunststoffschüttung auf dem Preßblech noch unterstützt,
so daß während des Preßvorganges senkrecht zur
Preßrichtung keine
ungeordneten Fließbewegungen der Kunststoffschmelze erfolgen, die leicht zu im Fertigteil
eingefrorenen Orientierungen und damit ebenfalls zum Verzug und Verbeulen der Tafeln
führen können.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Tafeln aus Polyäthylen
hoher Dichte mit einem Schmelzindex MPI 190/2#01,g/10min waren auch bei Dicken von
1 bis 2 mm völlig plan und zeigen auch nach einer 8-stündigen Temperung bei 1200C
keinen sichtbaren Verzug oder Verbeulung.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den
bekannten Tafelherstellungsverfahren ist darin zu sehen, daß sich mit ein und denselben
Preßblechen Kunststofftafeln unterschiedlicher Dicke herstellen lassen, während
es bisher notwendig war, für jede Dicke ein entsprechendes Rahmenblech zur Verfügung
zu haben. Aus dieser Notwendigkeit ergeben sich besonders dann unwirtschaftliche
Verhältnisse, wenn zur Herstellung von Kunststofftafeln mit hochglänzender Oberfläche
bzw. von transparentn Kunststofftafeln Hochglanzpreßbleche verwendet werden müssen.
Zum Unterschied htirvon erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren, sofern plane TI-eßbleche
verwendet werden, mit ein und denselben Preßblechen Kunststofftafeln mit beliebig
geformter Umrandung in i gendwelchem Format, das gleich groß oder kleiner als die
R wendeten Preßbleche ist, herzustellen.