-
Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Polyamiden durch aktivierte
anionische Polymerisation von Lactamen Formteile aus Polyamiden werden schon lange
im Spritzguß hergestellt. Man benötigt dafür Formen die sehr hohe Drucke aushalten.
-
Solche Formen werden daher aus Speziallegierungen in langwieriger
Arbeit spanabhebend angefertigt und nachgehärtet. Sie sind dementsprechend teuer.
-
Außerdem bevorzugt man für den Spritzguß Formteile mit geringen Wandstärken,
weil der Ausstoß in der Zeiteinheit mit kleinerer Wandstärke durch die damit kürzeren
Abkühlzeiten größer wird.
-
Polyamide eignen sich durch ihr Eigenschaftsspektrum vor allem als
technische Werkstoffe. Sie konnten sich bis jetzt in der Hauptsache aber nur durchsetzen,
wo hohe Stückzahlen und geringe Wandstärken die Verarbeitungskosten niedrige hielten.
-
Eine wertvolle Ergänzung der Spritzgußverarbeitung ist daher die anionische
aktivierte Polymerisation von Lactamen. Bei diesem Verfahren werden die mit Katalysator
und Aktivator versetzten, sehr dünnflüssigen Monomerschmelzen in die Form gegossen
und darin innerhalb weniger Minuten zu einem festen Gußstück polymerisiert.
-
Wegen der geringen Viskosität der Schmelze werden alle Hohlräume der
Form unter dem Eigengewicht der Schmelze ausgefüllt und in den feinsten Einzelheiten
im fertigen Teil abgebildet. Man kann drucklos in sehr billigen Formen polymerisieren
unter der Voraussetzung, daß diese dicht sind und keine die Polymerisation störende
Stoffe, wie z. B. Wasser, in die Schmelze hinein abgeben. Gewöhnlich benutzt man
daher Metallformen, die in vielen Fällen aus Blech gearbeitet sind.
-
Bei der anionischen aktivierten Polymerisation von Lactamen läßt man
während der Herstellung des Fertigteils eine chemische Reaktion
ablaufen,
die in ihrer Geschwindigkeit temperaturabhängig ist und bei der eine Temperaturerhöhung
von 50 bis 55 0C sowie eine Schrumpfung von ca. 15 Volumen % eintritt. Um Lunker
und Spannungen zu vermeiden, sollte die Temperatur der Masse in jedem Polymerisationsstadium
in jedem Volumenteil gleich sein.
-
Mit Ausnahme der Wandpartien läßt sich diese Forderung verhältnismäßig
leicht durch gutes Mischen der Schmelzen einhalten. Man kann auch die Form selbst
so heizen, daß praktisch keine Temperaturunterschiede zwischen einzelnen Formpartien
festzustellen sind. Nicht zu vermeiden ist aber, daß durch die Reaktionswärme Temperaturunterschiede
zwischen der Form und der reagierenden Schmelze auftreten, welche die Reaktionsgeschwindigkeit
in der Nähe der Formwand beeinflussen. Bezogen auf das gesamte Formteil sind diese
Einflüsse umsomehr vernachlässigbar, je dickwandiger das Gußstück ist, weshalb man
im Gegensatz zum Spritzguß bei der anionischen aktivierten Polymerisation von Lactamen
bisher dickwandige Formteile bevorzugte.
-
Man hat zwar schon vorgeschlagen, die genannten Temperaturunterschiede
dadurch zu vermeiden, daß man die Temperatur in der reagierenden Schmelze mit Hilfe
eines Thermoelements mißt und die Formtemperatur über eine entsprechende Regeleinrichtung
durch Nachheizen angleicht. Diese Arbeitsweise ist aber so aufwendig, daß sie keinen
Eingang in die Praxis gefunden hat. In neueren Veröffentlichungen aus den gleichen
Arbeitskreis wurde daher angeregt, die Formtemperaturen auf das arithinethische
Mittel zwischen Anfangs-und Endtemperatur der reagierenden Schmelze einzustellen.
-
Bei tieferen, gegen die Anfangstemperatur tendierenden Formtemperaturen
zeigen die Gußstücke aus Metallformen unsaubere, weißliche, monomerenhaltige Oberflächen,
bei höheren Formtemperaturen entsthen im Fertigteil Spannungen und Lunker. Bei den
geeignetsten#Formtemperaturen ist ein Steiger von ca. 15 % des Formteilvolumens
aufzusetzen. Dabei fließen nur etwa 1/3 der im Steiger enthaltenen Schmelze in das
Gußstück nach. Der Rest polymerisiert im Steiger selbst trichterförmig aus und muß
abgeschnitten und verworfen werden.
-
Bei der Herstellung von dünnwandigen Formkörpern machte sich die Wärmeabgabe
aus der Formwand in die polymerisierende Lactamschmelze nachteilig bemerkbar. Die
zusätzlich zugeführte Wärme ließ die Schmelze in den dünneren Partien schneller
polymerisieren, schrumpfen und erstarren als in den dickeren Teilen, so daß in den
letzteren Schrumpflunker entstehen konnten. Besonders unangenehm wirkte sich das
bei nicht ganz dicht schließenden Formen aus, weil das in der Trennebene zu sogenannten
Schwiunmhäuten polymerisierende Material dort haftet, die Volumenkontraktion der
Gußstücke hemmt und so die Ausbildung von Schrumpflunkern verstärkt.
-
Es sind außerdem massive Formen aus Kunststoff bekannt. Die Wärmekapazität
derartiger Formen, z. B. aus gefüllten Epoxyharzen, ist jedoch immer noch so hoch,
daß man die Formtemperatur nicht in dem wünschenswerten Maße ohne Nachteile für
die Abgüsse herabsetzen kann. In solchen Formen ist es nicht möglich, einwandfreie
Polyamidteile mit stark unterschiedlichen Wandstärken herzustellen.
-
Massive Formen aus Kunststoff neigen auch dazu, sich zu verziehen.
-
So können beispielsweise bei der Verwendung von Siliconkautschuk maßgetreue
Formen praktisch nicht hergestellt werden.
-
Es wurde auch schon vorgeschlagen, Metallformen zu verwenden, die
aus einer inneren, wärmeleitenden metallischen Schicht und einer äußeren, wärmeisolierenden
Schicht bestehen. Diese Formen sind zur Herstellung von langgestreckten Formkörpern
mit weitgehend gleichmäßigem Querschnitt sehr gut geeignet. Die Herstellung von
derartigen Formen für kompliziertere Formkörper ist jedoch sehr aufwendig und in
yielen Fällen nicht praktikabel.
-
Von der Metallgießerei her ist schlieFlich die Verwendung von Sandformen
bekannt. Man stellt sie aus einem mit einem Binder gemischten Sand mit Hilfe eines
Modells in Formkasten her. Auch sehr komplizierte Formen und Kerne können so in
kurzer Zeit hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Formen ist, daß Änderungen
an ihnen, z. B. im Eingußsystem, durch Ausschaben oder Aufbauen sehr leicht undsschnell
vorgenommen werden können. Weiterhin kann man hohle Sandkerne mit sehr komplizierten
Konturen formen, die durch Schrumpfung des gegossenen Stückes zerstört werden. Die
Schrumpfung wird dabei nur vorübergehend gestört, so daß keine schädlichen Spannungen
auftreten.
-
Bei der Erprobung bekannter Sandformen bei der anionischen Polymerisation
von Lactamen ergab sich jedoch, daß die dünnflüssige Lactam-Schmelze mehr oder weniger
stark in die Form einsickerte, so daß die Abgüsse mit dicken Schichten eines Sand-Polyamidgemisches
überzogen waren. Diese Schichten waren durch ihren Polyamidgehalt so fest mit dem
eigentlichen Gußstück verbunden, daß sie nicht ohne schwere Schäden für dieses entfernt
werden konnten. Versuche mit den aus der Metallgießerei bekannten Überzugsmitteln,
den sogenannten Schlichten, brachten keine nennenswerte Verbesserung.
-
Dagegen gelang es nach dem in der deutschen Patentschrift . ... ...
-
(Patentanmeldung P 19 04 225.2 - O.Z. 25 998) beschriebenen Verfahren,
Gußstücke durch aktivierte anionische Polymerisation von Lactamen in Sandformen
herzustellen, deren mit der Lactamschmelze in Berührung kommende Oberflächen mit
einem härtbaren Überzugsmittel beschichtet wurden, das man anschließend härtete.
Nach diesem Verfahren lassen sich Formkörper mit glatter glänzender Oberfläche herstellen.
Derartige Sandformen haben indes den Nachteil, daß sie nur wenige Male zu verwenden
sind.
-
Es wurde nun gefunden, daß man Gußstücke aus Polyamiden durch aktivierte
anionische Polymerisation von Lactamen in einer Form, wobei man eine Aktivatoren
und Katalysatoren enthaltende Schmelze eines oder mehrerer Lactame in die Form einbringt
und dort polymerisiert, ohne die genannten Nachteile herstellen kann, wenn man eine
ein- oder mehrteilige Form, die durch Auflegen eines Modells oder einzelner Modellteile
auf eine Formplatte oder ein sogenanntes falsches Teil, bzw. durch Herrichten einer
Kernbüchse, Auftragen einer 0,3 bis 30 mm starken, weitgehend gleichmäßig dicken
Schicht aus vernetzbarem, in vernetztem Zustand wärme- und lactambeständigen Kunstharzen
auf das Modell oder die Modellteile, sattes Hinterfüttern dieser Schicht mit einem
Gemisch von 85 bis 99,7 Gew.% einer Mischung aus 0 bis 90 Volumenteilen von nicht
wärmebeständigen Stoffen mit einem großen Hohlraumvolumen und 10 bis 100 Volumenteilen
wärmefester, massiver oder ebenfalls Hohlräume enthaltender Formstoffe mit 0,3 bis
15 Gel.% eines härtbaren, in gehärtetem Zustand warmebeständigen Bindemittels, Vernetzen#der
genannten Kunstharzschicht, Aushärten des Bindemittels in'der flinterfütterung
und
Entfernen des Modells oder der Modellteile aus der Form bzw.
-
den Formteilen hergestellt wurde, verwendet.
-
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden Formen verwendet, in denen in einer dem Formhohlraum nahen Schicht zusätzlich
Heizmöglichkeiten, wie beispielsweise elektrische Heizdrähte oder Rohre zum Durchleiten
eines Heizmediums vorgesehen sind. Zur Verbesserung des Temperaturausgleichs in
der Formwand können in die erfindungsgemäß zu verwendenden Formen außerdem Metalleinlagen,
z. B. in Form von Drahtnetzen, durchbrochenen dünnen Blechen oder durch Einbringen
einer dünnen, Metallpulver enthaltenden Schicht in der Hinterfütterung, eingebaut
sein. Naturgemäß ist es auch möglich, in den erfindungsgemäß verwendeten Formen
Temperaturmeßstellen vorzusehen.
-
Zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten ein- oder mehrteiligen
Formen werden Modelle der Gußstücke bzw. Kernbüchsen benutzt, die der zu erwartenden
Schrumpfung entsprechende übermaß aufweisen. Die Modelle können nach bekannten Verfahren
aus einer Vielzahl dafür üblicher Wertstoffe, wie Gips, Beton, lackiertem Holz,
Kunststoffen und dgl. hergestellt sein.
-
Auf das Modell oder die Modellteile wird eine weitgehend gleichmäßig
dicke Schicht aus vernetzbarem, in vernetztem Zustand wärme-und lactambeständigen
Kunstharzen aufgetragen. Die Stärke dieser weitgehend gleichmäßig dicken Kunstharzschicht
beträgt zwischen 0,3 und 30 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 10 mm. In vielen Fällen
ist es vorteilhaft, das Modell oder die Modellteile vor dem Auftragen der Kunstharzschicht
mit einem Trennmittel, wie beispielsweise Siliconöl, Vaseline oder Polyvinylalkohol
zu behandeln.
-
Das Auftragen der vernetzbaren, in vernetztem Zustand wärme- und lactambeständigen
Kunstharze kann in an sich bekannter Weise, z. B. durch Aufsprühen, Aufstreichen,
Aufgießen, Tauchen oder Spachteln erfolgen. Dabei ist es u. U. von Vorteil, Lösungen
oder Verdünnungen der in Frage kommenden Kunstharze oder Kunstharzmischungen zu
verwenden.
-
Als vernetzbare Kunstharze kommen beispielsweise Acrylharze, -ganz
oder teilweise verätherte Aminoplastharze und Epoxyharze in Betracht.
-
Besonders geeignet sind Siliconharze.
-
Die Siliconharze werden bevorzugt für sich alleine eingesetzt. Sie
können aber auch in Mischungen mit Acrylharzen oder Aminoplastharzen verwendet werden.
Die Acrylharze und die Aminoplastharze können ebenfalls jeweils für sich alleine
verwendet werden. Vorteilhaft ist es jedoch, Mischungen dieser beiden Harze, gegebenenfalls
noch unter Zusatz von Epoxyharzen, zu verwenden, wobei Gemische mit einem Anteil
von mehr als 50 % Aminoplastharz, insbesondere Melaminharz, der Vorzug gegeben wird.
Epoxyharze für sich alleine bilden relativ spröde Überzüge, sie werden daher bevorzugt
in Mischung mit Acrylharzen und/oder Aminoplastharzen eingesetzt. Den genannten
Gemischen können darüber hinaus in untergeordneten Mengen (bis zu 20-Gew.X) auch
magere oder mittelfette Alkydharze auf der Basis von Rizinenfettsäuren, Kokosfettsäuren
und/oder synthetischen Fettsäuren zugesetzt werden.
-
Als Siliconharze kommen Mono-, Di- und Triorganopolysiloxane in Betracht.
Bevorzugt werden Di-organo-poly-siloxane, wie Dimethyl-oder Phenyl-methyl-polysiloxan,
verwendet. Besonders geeignet sind Siliconkautschuke. Es können aber auch Vinylgruppen
tragende Organo-polysiloxane, wie Phenyl-methyl-vinyl-polysiloxan, eingesetzt werden.
Auch Epoxygruppen tragende Organo-polysiloxane können Verwendung finden.
-
Unter Acrylharzen sind Mischpolymerisate von Derivaten der Acryl-oder
Methacrylsäure untereinander oder mit anderen Vinylverbindungen zu verstehen, wie
insbesondere Mischpolymerisate aus Estern der Acryl- oder Methacrylsäure mit aliphatischen
Alkoholen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Styrol, Äthern des N-Methylolacryl-oder
-methacrylamids mit einem im Alkanrest 1 bis 8 Kohlenstoffatome aufweisenden Alkanol,
Oxaalkanol oder Phenylalkanol bzw.
-
Mischungen derartiger Äther, Monoestern der Acryl- oder Methacrylsäure
mit 4 bis 6 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkan- oder 3-Oxaalkandiolen, vorzugsweise
#,&i-Diolen, bzw. Gemischen solcher Monoester und. untergeordneten Mengen-Sthylenisch
ungesätti#ter
Verbindungen, wie Acrylnitril, Malein- und Fumarsäure,
Vinylväther, Vinyleßter, Vinylhalogenide, Acryl- und Methacrylamid, N-Vinyllactame
oder C- und N-Vinylamine. Vorteilhaft werden als Acrylharte Einbrennlacke verwendet,
wie sie in der deutschen Auslegeschrift 1 245 008 beschrieben sind.
-
Als ganz oder teilweise verätherte Aminoplastharze kommen insbesondere
verätherte Melaminharze in Betracht. Es können aber beispielsweise auch Harnstoff-Formaldehydharze
verwendet werden, die mit niederen aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen,
vorzugsweise mit Methanol, Xthanol, n-Butanol oder iso-Butanol> veräthert sind.
Bevorzugt verwendet werden Melamin-Formaldehyd-Vorkondensate, die pro Melamineinheit
4 bis 6 Methyloläthergruppen tragen.
-
Die verwendeten Epoxyharze sind bevorzugt aus Verbindungen aufgebaut,
die mindestens zwei Epoxygruppen im Molekül enthalten. Geeignet sind hierfür beispielsweise
die Umsetzungsprodukte von Bisphenol A mit Epichlorhydrin.
-
Als Lösungs- oder Verdünnungsmittel für die genannten Kunstharze bzw.
Kunstharzgemische-kommen geradkettige oder verzweigte Alkanole mit 1 bis 6, vorzugsweise
1 bis 4, Kohlenstoffatomen, Mono-Äther des Xthylenglykols mit Alkanolen mit 1 bis
5 Kohlenstoffatomen, wie Athylenglykolmonoäthyl- oder mon-isobutyläther, alicyclische
Xther, wie Tetrahydrofuran oder Dioxan, aliphatische und cycloaliphatische Ketone
mit 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie Aceton, Methyläthylketpn oder Methylcyclohexanon,
Ester der Essigsäure mit niederen aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen,
wie Methylacetat, Essigester, iso-Butylacetat, iso-Amylacetat, Monoester der Essigsäure
mit ggfls. einfach verätherten Diolen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie Äthylenglykolmonoacetat,
1,4-Butandiolmonoacetat oder Athoxy-Ethylacetat, sowie Aromaten, wie Benzol, Toluol
oder Xylol, in Betracht. Bevorzugt werden Gemische der genannten Verbindungen als
Lösungsmittel verwendet.
-
obwohl man beispielsweise Melaminharze geringer Viskosität unver-Sünnt
auftragen kann, arbeitet lan, in8bes0ndere be;i der Verwendung
von
Gemischen der Harze, bevorzugt mit Lösungen. Die Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemische
sind auf die Art der verwendeten Harze oder Harzgemische, die Verträglichkeit der
Harze in den Harzgemischen sowie auf die Art der Auftragung abzustimmen. Die Konzentrat
ion der Lösungsmittel sind ebenfalls diesen Parametern sowie dem Anteil und der
Natur der zugeset#ten F(Lllstoffe anzupassen.
-
Die gunstigsten Verhältnisse sind durch einige Vorversuche leicht
zu ermitteln.
-
Bei dem Aufbringen der vernetzbaren Kunstharze ist es von besonderem
Vorteil, zunächst mit niedriger viskosen, d. h. einer höheren Lösungsmittelgehalt
aufweisenden Harzverdtlnnung einen Grundstrich aufzubringen, diesen z. B. durch
Ablüften antrocknen zu lassen und danach eine höher konzentrierte Harzverdtlnnung
als Deckschicht aufzutragen. Auf diese Weise wird eine besonders glatte und glänzende
Oberfläche der mit der Lactamschmelse in Berührung kommenden Oberflächen der Form
oder Formteile erreicht.
-
Die bei der Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Formen benutzten
Kunstharze bzw. deren Lösungen oder Verdünnungen können, falls gewünscht, übliche
Zusatzstoffe, wie Verdicker, Füllstoffe, Verstärker, Mittel zur Förderung des Verlaufs
oder Antioxydantien, enthalten. Als Verdicker werden Stoffe bezeichnet, welche die
Viskosität eines relativ dünnflüssigen Kunstharzes soweit erhöhen können, daß dieses
nicht mehr in störender Weise vor der Härtung zerläuft, wodurch eine gleichmäßige
Schichtdicke erzielt werden kann. Als Beispiel sei feinverteilte Kieselsäure genannt,
die beispielsweise in Mengen von 0,1 bis 5 S, bezogen auf das Gewicht des Kunstharzes
angewandt werden kann. Im Interesse einer sauberen Abbildung empfiehlt es sich,
eine erste Schicht ohne oder mit geringerem Verdickerzusatz aufzutragen und dahinter
zur Vergleichsmäßigung der Dicke eine zäherviskose Mischung.
-
Der Übergang von Verdickern zu Füllstoffen ist fließend, da auch Füllstoffe,
wenngleich in geringerem Maße, die Viskosität der Kunstharze bzw. deren Lösungen
oder Verdünnungen erhöhen. Als Verdicker bzw. Füllstoffe seien beispielsweise nichtmetallische,
pulverförmige Stoffe wie Quarzmehl, Bariumsulfat, Titandioxid,
zinkoxid,
Kaolin, Eisenoxidrot, Talkum und Schiefermehl genannt, als Verstärker Glasfasern
in loser Form oder als durchbrochene Matten und Gewebe. Metallische Füllstoffe oder
Verstärker sind beim Einbau von Heizungen, am besten in deren Nähe in einer besonderen
Schicht zur besseren Verteilung der Heizungswärme von Vorteil.
-
Die Härtungszeit der KUnstharzschicht vor dem Aufbringen der isolierenden
Hint&rfütterung ist je nach dem verwendeten Kunstharz-Härter-System, den Zusätzen
und der Temperatur verschieden. Da die Kunstharzschicht aus gießtechnischen und
preislichen Gründen möglichst dünn aufgetragen wird, besteht bei vorzeitigem Anbringen
der Hinterfütterung die Gefahr, daß härtere Partikel durchgedrückt werden und Löcher
entstehen, in die Lactamschmelze eindringen kann.
-
Andererseits braucht die Deckschicht einen guten Verbund mit der Hinterfütterung,
der dann gut erreicht wird,wenn die Hinterfütterung vor der völligen Aushärtung
der Kunstharzschicht noch etwas in diese eingedrückt wird. Der Verbund läßt sich
bei Mitverwendung von Glasfasergewebestücken noch verbessern, wenn man diese sowohl
in der Deckschicht als auch in der Hinterfütterung verankert.
-
Als Vernetzungsmittel für die vernetzbaren Kunstharze können die bekannten
und gebräuchlichen, im allgemeinen als Härter bezeichneten Verbindungen verwendet
werden, wie Säuren oder säureabspaltende Verbindungen, wie Ammonchlorid, für Acrylharze
und Aminoplastharze, Diamine für Epoxyharze und organische Metallverbindungen für
Siliconharze. Die Härter werden den vernetzbaren Kunstharzen in den üblichen Mengen
zugesetzt. Die optimale Härtermenge kann in einigen Vorversuchen leicht ermittelt
werden.
-
Als nicht wärmebeständige Stoffe mit großem Hohlraumvolumen für die
Hinterfütterung kommen insbesondere polymere Schaumstoffe, beispielsweise auf der
Basis von Phenolharzen oder Polyurethanen in Betracht. Bevorzugt werden aus preislichen
Gründen Schaumstoffe aus Polystyrol, insbesondere in Form von Kügelchen, wie man
sie beim Erhitzen von niedrigsiedenden Kohlenwasserstoffen enthaltenden Suspensionspolymerisaten
mit Hilfe von Dampf erhält. Die nicht wärmebeständigen Stoffe mit großem Hohlraumvolumen
müssen ihre ursprüngliche Gestalt beim Gebrauch der Formen nicht beibehalten,
da
die wärmebeständigen Formstoffe zusammen mit dem Bindemittel nach dessen Aushärten
für die Formfestigkeit sorgen. Das ursprUngliche Hohlraumvolumen und damit die verringerte
Wärmeleitfähigkeit bleiben, z. B. auch nach dem Zusammenschmelzen des Schaumpolystyrols,
in dem nötigen Maß erhalten.
-
Unter wärmebeständigen Formstoffen für die Hinterfütterung werden
vor allem Sande verstanden, aber auch Glaspulver, Zement, Schiefermehl, gemahlene
Schlacken, Tone und kleinkörniger Bims. Sehr gut geeignet sind auch hohle Mikroglaskugeln.
Korngrößen unter 1a5 mm Durchmesser werden bevorzugt Besonders geeignet sind Korngrößen
von 0,3 bir 1 mm.
-
Das Mischungsverhältnis von nicht wärmebeständigen Stoffen mit großem
Hohlraumvolumen und wärmebeständigen Formstoffen wird so gewählt, daß eine möglichst
geringe Gesamtdichte verbunden mit der zur Handhabung nötigen Festigkeit resultiert.
Mit den besten Bindemitteln und Sand als wärme beständigem Formstoff wird man dabei
normalerweise keine geringere Dichte als etwa 0,15 bis 0,20 einstellen. Diese Untergrenze
der Dichte kann aber dann unterschritten werden, wenn beispielsweise Formkerne nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren nur einmal verwendet werden oder unter dem Schrumpfungsdruck
nachgeben sollen. Wenn diese Maßnahme nicht genügt, bzw. wenn z. B. bei kompliziert
geformten und sehr großen Formkernen diese doch fester gebaut werden müssen, kann
man durch geeignete Maßnahmen den Kern soweit schwächen, daß das Polyamid die weitere
Schrumpfung ohne Schaden übersteht. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen,
daß man Drahtschlingen in den Formkern einbaut, an denen man während des Gießvorganges,
d. h. nach dem Festwerden des sich ausbildenden Gießlings, aber vor dem Wirksamwerden
zum Zerreißen des Gießlings führender Schrumpfungskräfte, zieht und so das Kernmaterial
zerschneidet. Es ist aber auch möglich als Formt kerne, die nur einmal verwendet
werden können, mit einem gehärteten Überzug auf härtbaren Kunstharzen versehene
Formkerne zu verwenden, wie sie in der deutschen Patentschrift . ... #.. Patentanmeldung
P 19 04 225.2 - O.Z. 25 998) beschrieben sind.
-
Als Bindemittel für die Hinterfütterungsschicht kommen nralctsch alle
für die Herstellung von Sandformen für den Metallguß bekannten
Bindemittel,
wie s. B. Zement, Wasserglas, Harnstoffharz, aber auch ungesättigte Polyesterharze,
Furanharze und Epoxyharze in Frage. Bevorzugt verwendet werden Harnstoff-, Furan-
und Epoxyharte, weil sie relativ rasch aushärten und dabei wenig oder keine o hr
einer Blasenbildung durch Wasserdampf besteht. Epoxyharze ergaben bei geeigneter
Technik einen besonders guten Verbund zwischen Deckschicht und Hinterfütterung.
Die Bindemittel werden, bezogen auf die wärmebeständigen Formatoffe, in Mengen von
0,5 bis 15, vorzugsweise 1 bis 10 Oewichtsprozenten eingesetst. Dabei ist die Menge
des Bindemittels auf die Art und die Menge der verwendeten nicht wärmebeständigen
Stoffe mit großem Hohlraumvolumen abzustimmen, was mit Hilfe einiger Vo###rsuch
leicht geschehen kann.
-
Die Polymerisation der Lactame in. den erfindungsgemäßen Formen wird
unter den für die aktivierte anionische Polymerisation von Lactamen Ublichen Bedingungen
ausge#ührt0 Man halbiert hierzu z. B. die Menge des zur Polymerisation vorgesehenen
geschmolzenen Lactams und setzt der einen Hälfte nur den alkalischen Katalysator
zu, während man in der anderen Hälfte den Aktivator für die anionisuche Lactampolymerisation
löst. Die beiden Lösungen werden auf Temperaturen gehalten, die über dem Schmelzpunkt
der jeweils verwendeten Lactame, im allgemeinen aber nicht über 1600C liegen.
-
Die zur Polymerisation bestimmten Anteile beider Lösungen werden dann
gemischt und unmittelbar in den Formhohlraum eingefüllt.
-
Bei der Herstellung von langgestreckten Formkörpern mit einen Verhältnis
von Durchmesser zu Länge größer als 1:5 ist es vorteilhaft, das Gemisch der Ausgangsstoffe
bei einer Temperatur von 100 bis 1600c kontinuierlich, möglichst blasenfrei mit
Hilfe eines langen Gießrohres auf den Grund der Form zu bringen und die Form mit
einer solchen Geschwindigkeit zu füllen, daß der Flüssigkeits-Spiegel etwa 20 bis
300 veerzugsweise 30 bis 250 cm in der Minute ansteigt. Hierbei nuß die Form entsprechend
der Gießgeschwindigkeit abgesenkt bzw. die GießdUse angehoben werden, wobei die
Gießdüse zum Vermeiden des Einbringens von gasblasen stets 2 bis 10 cm tief in die
Flüssigkeit eintauchen sol,
Das Polymerisationsgemisch wird unter
bekannten Bedingungen, also bei Temperaturen zwischen 90 und 2000C, vorzugsweise
zwischen 100 und 1600C, je nach Wahl des Katalysator-Aktivator-Systems, polymerisiert.
Obwohl es bei der Verwendung der weiter unten genanntes bevorzugt verwendeten Aktivatoren
nicht unbedingt erforderl1eh ist; kann die Luft in der Einfüllzone des Reaktlonsraumes
durch ein ina differentes Gas, z. B. Stickstoff, verdr##ngt werden.
-
Für das Verfahren geeignete Lactame mit mindestens 6 Ring#o#lenstoffatomen
sind bevorzugt Caprolactam und #nanthlactam, ferner Capryllactan, Caprinlactam,
Laurinlactam oder C-#ubstituierte Deri vate dieser Lactame, wie 3-Methylcaprolactam
und 4-Isopropylcaproo lactam. Es können auch Gemische dieser Lactame verwendet werden.
-
Die genannten Lactame können zusätzlich in untergeordneter Menge Lactame
enthalten, die durch ein Brückenglied miteinander verbunden sind, z. B. Methylenbiscaprolactam.
-
Als Polymerisationskatalysatoren sind, außer dem allgemein bekannten,
besonders Alkalilactamate, wie sie in der deutschen Bundespatentschrift 1 067 587
beschrieben sind, geeignet, Sie werden in Mengen von 0,01 bis 10 Gew.%, vorzugsweise
von 0,1 bis 5 Gew.%, bezogen auf die gesamte Gewichtsmenge der polyamidbildenden
Ausgangsstoffe, verwendet. Für spezielle Zwecke können aber auch davon abweichende
Mengen verwendet werden, Selbstverständlich sind auch Mischungen dieser Katalysatoren
in beliebigen Verhältnissen geeignet, Als Aktivatoren eignen sich z. B. Acyllactame,
Isocyanate, N-Cyanolactame, substituierte Harnstoffe, Umsetzungsprodukte von Carbaminsäurechloriden
mit Heterocyclen, wie Imidazol. Diese Stoffe werden in Mengen von 0,05 bis 10, vorzugsweise
von 0,1 bis 0,5 Gew.%, bezogen auf die gesamte Gewichtsmenge der polyamidbildenden
Ausgangsstoffe, verwendet.
-
Zusatzstoffe, z. B. Verstärkungsstoffe, Füllstoffe, Gleitmittel, Mattierungsmittel
und Stabilisatoren, können bei der Herstellung mitverwendet werden. Als Füllstoffe
eignen sich z. B. Metallpulver, wie Aluminium- oder Kupferpulver, Schiefermehl und
Kieselgur. Als
Verstärkungsstoffe kommen Glasfasern oder andere
Fasern in Betracht.
-
Das Verfahren eignet sich zum Herstellen von Formkörpern mit belieobigem
Querschnitt, insbesondere jedoch zum Herstellen von solchen mit großen Wanddicken
und vergleichsweise stark unterschiedlichen Masseanhäufungen.
-
Die erfindungsgemäß für die Herstellung von Formkörpern durch aktivierte
anionische Polymerisation von Lactam verwendeten Formen lassen sich einfach, billig
und schnell herstellen und sind damit den bekannten Metaliformen überlegen. Sie
sind aber auch den bekannten massiven Kunststofformen überlegen, weil sie durch
ihre stark herabgesetzte Wärmeleitfähigkeit eine bessere Temperaturführung der Polymerisation
gestatten. Insbesondere ist es bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
möglich, die Formtemperaturen verhältnismäßig niedrig, d. h. etwa auf der Temperatur
der Monomerenschmelze oder sogar darunter zu halten. Man erhält dabei lunkerfreie
Gußteile mit einwandfreier Oberfläche, die keinerlei Monomereneinschlüsse enthält.
Außerdem wird in vielen Fällen die Ausbildung von "Schwimmhäuten" vermieden.
-
Durch den Einbau von Heizdrähten oder Rohren in die erfindungsgemäß
verwendeten Formen kann man außerdem, je nach Bedarf, für gleichmäßige oder ungleichmäßige
Formwandtemperaturen sorgen und so den Polymerisationsverlauf in einer gewünschten
Weise steuern.
-
Bei der Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Formen werden
nur relativ geringe Mengen von lactambeständigem Kunststoff und Bindemittel gebraucht.
Sie sind aus diesem Grund wesentlich billiger als bekannte Formen aus Kunststoff.
Während z. B. die Hinterfütterung konventioneller Expoxyharzformen aus einem Teil
Epoxyharz auf 6-8 Teile wärmebeständigem Füllstoff besteht, kann man jetzt mit einem
Verhältnis von 1:15 bis 1:100 arbeiten.
-
Die erfindungsgemäß verwendeten Formen sind schließlich auch maßgetreuer
als die bekannten Formen aus Kunststoff. Dies zeigt folgender Vergleichsversuch:
Nach dem Relief eines Frauenkopfes werden zwei Formen hergestellt:
(i)
eine Vollsiliconform bekannter Art und (2) eine erfindungsgemäß zu verwendende,
aus einer ca. 2 mm starken mit einer Mischung aus 1 Volumenteil Sand, 5 Volumenteilen
Kügelchen aus Sehaumpolystyrol und 3 % Epoxyharz, bezogen auf das Gewicht des Sands
hinterfütterten Schicht aus Siliconkautschuk bestehende Form.
-
Beide Formen werden unter den gleichen Bedingungen mit polymerisierender
Lactamschplze gefüllt. Der aus der erfinduhgsgemäß verwendeten Form (2) erhaltene
Abguß ist in Höhe, Breite und Tiefe 3 bis 3,5 S kleiner als das Original, wie aus
den bekannten Schrumpfungsmaßen von anionisch polymerisiertem Lactam zu erwarten
war. Durch etwas überstehende Füllung der Form (2) kann die Differenz in der Tiefe
des Reliefs auf 2% reduziert werden. Der mit der Vollsiliconform erhaltene Abguß
ist dagegen in Höhe und Breite um 6 bis 7 % kleiner und in der Tiefe um 6,5 % größer
als das Original. Das breitflächige Gesicht des Originals wird im Abguß schmalwangig
und spitznasig.
-
Wo nicht ausdrückliche Volumenteile genannt werden, sind in den folgenden
Beispielen Teile bzw. Prozente Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozente.
-
Beispiel 1 Das Modell, ein Lüfterrad von 350 mm Durchmesser und 80
mm größter Höhe, läßt sich als umgedrehter durchbohrter Suppenteller beschreiben,
auf dessen Boden senkrecht 12 hohe Rippen (Flügel) radialsymmetrisch in der Nabe
münden. Es wurde mit den Flügeln nach oben in einem Formrahmen mit den lichten Maßen
500 x 500 x 250 mm auf eine Modellplatte aufgelegt. Modell und Modellplatte wurden
mit einer sehr dünnen Trennschicht aus Vaseline überzogen und mit einher guten Mischung
aus je einem Teil Siliconkautschuk-Streichmasse und Siliconkautschuk-Gießmasse (beides
Diorganopolysiloxane; Produkte der Fa. Wacker-Chemie GmbH, München), die mit, bezogen
auf die Gesamtmenge, 2 Gew.% Härter T (Gemisch aus Kieselsäureester und organischer
Zinnverbindung (ebenfalls ein Produkt der Fa. Wacker-Chemie GmbH, München) versetzt
war, so übergossen, daß das ganze
Modell und die Trennebene mit
einer Schicht überzogen war, die an den dünnen (senkrechten) Stellen ca. 0,5 mm
und and den dicksten Stellen (Trennebene) ca. 2 mm stark war. In der Trennebene
wurden in diese Schicht Streifen aus Glasfasergewebe so eingedrückt, daß sie teilweise
in der Hinterfütterungsschicht verankert werden konnten. Diese erste Siliconschicht
wurde ca. 45 Minuten anhärten gelassen und dann auf dem Modell mit einer etwas zäher
fließenden Schicht aus 94 Teilen Siliconkautschuk-Gießmasse, 3 Teilen Kieselgel
und 3 Teilen Härter T so aufgetragen, daß eine insgesamt ca. 3 bis 4 mm starke Sili
schicht entstand. Auch in dieser Schicht, besonders an den senm 4;-en Stellen, wurden
Stücke aus Glasfasergewebe wie oben eingedrUcrJ5 Diese Schicht härtete sehr schnell,
so daß man sofort weiterarbeiten und die nächste Schicht von ca. 2 mm Stärke aus
einer Mischung von 500 Teilen Sand, 100 Teilen feinem Bims, 7 Teilen @ #EPIK0TE
162 (Epoxyharz auf Basis von Pentaerythrittriglycidyläther; Produkt der Fa.
-
Deutsche Shell-Chemie, Frankfurt) und 3 Teilen @ LAROMIN C 260 (cycloaliphatisches
Diamin; Produkt der Fa. BASF, Ludwigshafen) schwach in die Siliconschicht eindrücken
konnte. Der große restliche Hohlraum im Formkasten wurde danach mit einer Mischung
aus 200 Raumteilen Sand, 800 Raumteilen Schaumpolystyrolkügelchen mit einem mittleren
Durchmesser von ca. 2 mm und einem Schüttgevicht von ca. 15 g/l, 7 Raumteilen EPIKOTE
162 und 3 Raumteilen LAROMIN C 260 hinterstampft und aushärten gelassen. Das Oberteil
wurde in gleicher Weise wie das Unterteil nach Überziehen von Modell und Trennebene
mit Vaseline aufgebaut. Der Einguß wurde in die Nabe gelegt und entlang der Kante
des tellerförmigen Teils ein Ring von 6 mm Stärke und 12 mm Höhe mit 4 Entlüftungs#teigern
eingeformt.
-
Die Form wurde im Wärmeschrank auf 1200C aufgeheizt und eine 1300C
heiße Schmelze aus 146 Teilen Caprolactam, 0,9 Teilen Natriumcaprolactamat und 3,0
Teilen Bis-(caprolactam-N-carbonsäure)-hexamethylendiamid eingegossen, Ein einw#ndfreies
Gußstück konnte nach 4 Minuten entnommen werden.
-
Die Anzahl der mdglichen Abgüsse wurde nicht geprüft. Nach 20 Abgassen
war die Form jedoch noch völlig unbeschädigt.
-
Beispiel 2 Für das Modell, ein Rad von 460 mm Durchmesser, mit einem
Radkraflz von 60 mm Dicke, 5 kräftigen Speichen mit Kreuzprofil und einer Nabe von
100 mm Durchmesser wurde aus Gips ein 1'falsches Teil" hergestellt und darauf wie
in Beispiel 1 die Siliconschichten aus Glasgewebe aufgetragen. Die erste Siliconschicht
enthielt 98,5 Teile einer Mischung aus Silicon-Streichmasse und Silicon-Gießmasse
im Verhältnis 2:1 und 1,5 Teile Härter T. Anguß und Steiger waren in der Trennebene
eingelegt. Als.Hinterfütterung wurde eine Mischung aus 1 000 Volumenteilen geschäumter
Polystyrolkügelchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 4 mm, 200 Gewichtsteilen
Zement 475 und 150 Volumenteilen Wasser satt aufgestampft. Die Schaumpolystyrolkügelchen
waren vor der Mischung mit einem Haftvermittler aus, bezogen auf 1000 Volumenteilen
Kügelchen, 0,73 Teilen EPIKOTE 162 und 0,27 Teilen LAROMIN C 260, die in 40 Volumenteilen
Wasser dispergiert waren, überzogen worden.
-
Die erste Formhälfte wurde nach ca. 15 Stunden zusammen mit dem Modell
umgedreht und in gleicher Weise darauf die zweite Formhälfte aufgebaut. Nach weiteren
24 Stunden wurde das Modell entnommen und die Form ca. 5 Stunden bei 600C und weitere
15 Stunden bei 1200C gehalten. Man ließ die Form für den Abguß auf 1100C erkalten
und goß eine 1250C heiße Schmelze aus 4,0 Teilen Natriumcaprolactamat, 9,2 Teilen
Bis-(caprolactam-N-carbonsäure)-o-toluylendiamid und 450,0 Teilen Caprolactam ein.
Nach 5 Minuten konnte ein einwandfreier Abguß entnommen werden.
-
Die Form war nach mehr als 10 Angüssen nicht beschädigt.
-
Beispiel 3 Für ein Kreiselpumpengehäuse mit einem größten diagonalen
AußenmaB-von ca. 700 mm wurde eine Außenform und ein Kern gebraucht.
-
a) Außenform: Die beiden Formhälften wurden in quadratischen Formrahmen
mit lichten Maßen von 700 mm ähnlich wie in Beispiel 1
und 2 eingeformt.
Der Siliconkautschuk wurde in einem Verhältnis von 3 Teilen Streichmasse zu einem
Teil Gießmasse zusammen mit 1 % Härter T nur einschichtig in einer Stärke von im
Mittel 2 bis 3 mm ohne Einbettung von Glasgewebe aufgetragen und sofort mit einer
ca. 5 mm starken Schicht eines Gemischs aus 100 Teilen Sand, 5 Teilen eines kalthärtenden
Furanharzes, das unter dem Namen QRESIFIX von der Fa. Dr, F. Raschig GmbH, Ludwigshafen,
verkauft wird, sowie 0,4 Teilen 75 giger wässriger Phosphorsäure bedeckt. Der restliche
Hohlraum wurde mit einem Gemenge aus 1 Raumteil des gleichen Sand-Harz-Härter-Gemisches
und 1,5 Raumteilen geschäumter Polystyrolkügelchen und 0,5 Raumteilen feinzerhackter
Polyurethanschaumstoffabfälle hinterstampft und aushärten lassen.
-
b) Kern: Der Kern wurde in zwei Teilen hergestellt und in der Trennebene
zusammengeklebt. In jedem der beiden Kernb#chsenteile wurde an die Wand eine ca.
5 - 10 mm starke Schicht aus einem Gemenge von 100 Teilen Sand, 4 Teilen FESIDUR
B und 8 Teilen FESIDUR A, einem selbsthärtenden Wasserglasbindergemisch der obengenannten
Fa. Dr. Raschig, Ludwigshafen, angedrückt und bis ca. 5 mm über die Trennebene mit
einem Gemisch aus 100 Raumteilen Schaumpolystyrolkügelchen mit einem Durchmesser
von 4 bis 7 mm, 3 Raumteilen FESIDUR B und 4 Raumteilen FESIDUR A aufgefüllt und
mit einer Abdeckplatte auf die Trennebenenhöhe heruntergedrückt. Die Masse erwärmte
sich und härtete innerhalb von 1,5 bis 2 Stunden so an, daß man die Abdeckplatten
von den beiden Kernbüchsenteilen entfernen konnte.
-
Die Trennebene eines Kernteils wurde danach mit etwas FESIDUR A als
Klebstoff bestrichen und die beiden Teile mit den Kernbüchsen zusammengepreßt. Man
ließ ca. 12 Stunden aushärten, entformte und hielt den Kern zur Entfernung des Wassers
ca. 6 bis 8 Stunden bei 120 bis 1500C. Da die Masse dabei vorübergehend etwas plastisch
wird, trocknete man in einem Sandbett. Der trockene, abgekühlte Kern wurde danach
gemäß Beispiel 2 der deutschen Patentschrift . ... ... (Patentanmeldung P 19 04
225.
-
- O.Z. 25 998) dreimal mit einem vernetzbaren Überzugsmittel porendicht
gestrichen und nach dem Ablüften 7 Stunden lang bei 1500C eingebrannt.
-
Außenform und Kern wurden zusammengelegt und bei einer Formtemperatur
von 1300C eine 1350C heiße Schmelze aus 0,47 Teilen Natriumcaprolactamat, 2,2 Teilen
Bis-(caprolactam-N-carbonsäure) hexamethylendiamid, 104,3 Teilen Caprolactam und
3 Teilen Laurinlactam eingegossen. Nach 5 Minuten wurden die Außenformteile entfernt
und der Kern beginnend vom breiten Kernlager mit dem Hammer ausgeschlagen. Außer
einigen Luftbläschen an der Oberfläche war das Krtiselpumpengehäuse einwandfrei.
Die Außenform war nach mehreren Güssen noch unbeschädigt.
-
Beispiel 4 Für das Modell, eine Grundplatte einer kleinen Straßenverdichtungsmaschine
(Frosch) mit einem schlittenförmigen Profil, mit einer Länge von 350 mm und einer
Breite von 260 mm, wurde ein falsches Teil aus Gips aufgebaut und das Modell aufgelegt.
Darüber wurden wie in Beispiel 1 zwei Siliconkautschukschichten, ober ohne Glasfasergewebe
aufgezogen und sofort eine ca. 1 mm dünne Sandschicht (korngröße des Sands ca. 0,3
mm), die mit 8 % Epoxyharz (aus 100 Teilen ~ ARALDIT C 219 und 35 Teilen Härter
HY 979, beides Produkte der Fa. Ciba AG, Basel) als Bindemittel versehen war, aufgestreut.
Darauf wurde ein vorher am Modell abgeformtes Drahtnetz mit einer Maschenweite von
1,6 mm aufgedrückt und darauf nochmals eine Schicht von ca. 2 mm des gleichen Sand-Bindegemischs
aufgebracht. In diese Schicht wurde ein flexibler Heizleiter mit Asbest-Isolation
schlangenförmig auf einer Fläche von ca o 3o x 40 cm mit einem Abstand der Parallelen
von ca. 15 mm eingedrückt. DieGesandt länge des Heizleiters einschließlich der aus
der Form herausragenden Enden betrug ca. 8 m Zwischen den Heizdrähten auf dem Drahtnetz
wurden an zwei verschiedenen steilen Thermoeieri#ent-Meßstellen eingebaut, auf die
zur besseren Erfassung der mittleren Temperatur Kupferplättchen (#O x 15 mm x 8
aufgelötet waren. Danach wurde wie n Beispiel 1 mit einem Sand-Schmumpolystyrol-Epoxyharzgemisch
hinterfüttert. Die zweite zweite #ormhälfte wurde auf dor ersten in gleicher e aufgebaut.
-
Die Fermhälften wurden sc erzen nach der Härtung zusammengelegt, die
Heiz- die Heiz- #C# drähte an einen Regeltransformator mit max. 42 V und 10 A Leistung
und
die Theremoelemente an ein Meßinstrument angeschlossen. Die Form wurde vor bba ersten
Guß im Laufe eines Arbeitstages stufenweise, langsam aut eine Temperatur von 12O0C
hochgeheizt. Bei späteren ~Arbeiten wurde direkt die dabei ermittelte Reglerleistung
eingeteilt.
-
Die Form lieferte mit einer 1250C heißen Schmelze aus 2,6 Teilen Natriumcaprolactamat,
8 Teilen Bis- (capro caprolactam-N-carbonsture-)-hexamethylendiasid und 300 Teilen
Caprolactam ohne Beschädigung mehr als 10 einwandfreie Gußst(1cke. Die maximal erreichbare
Anzahl der mit dieser Form herstellbaren einwandfreien Oußstücke wurde nicht ermittelt.