DE19733022A1 - Verfahren zur Herstellung von Halbschalen aus hochgefüllten Acrylmassen - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbschalen aus hochgefüllten Acrylmassen, die beispielsweise unter dem Namen Creanit^® im Handel sind. Die Halbschalen werden für Küchenspülen, für Duschwannen und weitere Sanitärobjekte eingesetzt.

Stand der Technik

Die Arbeitsweise bei technischen Umformverfahren ist im Band IX des Kunststoffhandbuches, "Polymethacrylate" von R. Vieweg und F. Esser (München, 1975), auf den Seiten 550 bis 573 ausführlich dargestellt.

Normales, d. h. nicht hochgefülltes, Acrylglas läßt sich durch Blasformen oder durch Vakuumumformen verstrecken oder tiefziehen. Die Umformtechniken sind im Kunststoff-Taschenbuch, 26. Auflage, (1995), Hanser-Verlag, S. 297-305 schematisch beschrieben.

Hochgefülltes Acrylglas, wie beispielsweise Creanit®, läßt sich nicht nach den bekannten Methoden des Standes der Technik umformen. Aufgrund des hohen Füllstoffgehalts ist die Randfaserdehnung sehr gering und es kommt, insbesondere auf der durch Zug beanspruchten Seite des Materials, zu Weißfärbungen. Diese Weißfärbungen machen das Bauteil unbrauchbar.

Zunehmende Materialdicke und/oder gröbere Füllstoffe führen zu verstärkter Weißfärbung, bei grobstrukturiertem Material kommt es zu Materialaufrissen.

EP 148 761 (Wiggins) beschreibt ein Umformverfahren für glasfaser­ verstärkte Kunststoffe mit Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Acrylnitrilstyrolbutadien (ABS), Polyethylenterphthalat oder Polyvinylchlorid (PVC).

Der Glasfasergehalt der Kunststoffgegenstände beträgt zwischen 20 und 60 Gew.-%.

Es werden keine Hohlkörper, sondern flache Körper mit Verstärkungsrippen hergestellt. Das Polypropylen wird auf 200°C aufgeheizt, in eine auf 90°C vorgeheizte Form überführt und 6 Sekunden bei 25 bar gepreßt.

EP 195 561 (ICI) beschreibt ebenfalls die Herstellung von faserverstärkten Gegenständen aus Verbunden aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und g lasfaserverstärktem PVC. Die Umformtemperatur beträgt 165°C. Der Verbundkörper wird in dem Verfahren gleichzeitig aus zwei Außenkörpern, die aus PMMA bestehen und einem Kern aus glasfaserverstärktem PVC laminiert und durch Anlegen eines Vakuums umgeformt. Erfindungswesentlich ist das Umorientieren der Endlosfasern im Formkörper.

EP 10 646 (Hoechst AG) beschreibt einen gefüllten Formkörper aus PVC, der mit anorganischen Füllstoffen, wie beispielsweise Kreide oder Aluminiumoxid, gefüllt ist. Die Umformung der PVC-Folie erfolgt bei 75°C bis 180°C. Ziel der Erfindung ist die Herstellung eines Formkörpers mit gleichmäßig matter Oberfläche.

EP 331 181 (Röhm GmbH) beschreibt ein Verfahren zum Umformen von Tafeln oder Röhren aus Kunststoffen, wie beispielsweise PMMA im thermoplastischen Zustand mittels eines erhitzten Formwerkzeugs mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Die Erfindung hat die Aufgabe, Abdrücke der Form auf dem Kunststoffkörper zu vermeiden und erreicht dies durch einseitige Abkühlung des Formkörpers unter die Erweichungstemperatur des Kunststoffes. Das Verfahren beruht auf dem guten Wärmeaustausch zwischen Kunststoff und Formwerkzeug.

EP 634 265 (General Electric Company) beschreibt das Umformen von luftdurchlässigen, glasfaserverstärkten Kunststoffen wie Polyestern, Polycarbonaten, Polyetherketonen und -sulfonen, Polyamiden, Polyetherimiden. Die Umformung der Rohlinge geschieht bei einer Temperatur höher als die Schmelztemperatur des thermoplastischen Kunststoffs.

Aufgabe und Lösung

Es bestand daher die Aufgabe, für hochgefüllte und grobstrukturierte Acrylmassen ein Umformverfahren zu entwickeln, daß es erlaubt dicke Platten umzuformen ohne das Weißfärbung oder Materialaufrisse auftreten. Die dicken Platten können einen Dickenbereich von 6-40 mm aufweisen, bevorzugt ist der Bereich von 6-20 mm und besonders bevorzugt ist der Bereich von 6-12 mm. Unter hochgefüllten Acrylmassen werden Acrylmassen mit maximal ca. 55-66 Gew.-% an anorganischen Füllstoffen verstanden.

Als Füllstoffe geeignet sind die einschlägig für Gießharze verwendeten anorganischen Materialien, wie beispielsweise Aluminiumoxide, Alkali- und/oder Erdalkalioxide, Siliciumdioxid und/oder Titandioxid in verschiedenen Modifikationen, Tone, Silikate, Oxide, Kohle, Metalle oder Metallegierungen, synthetische Materialien wie Keramik, Glasmehl, Porzellan, Schlacke oder feinverteiltes Siliciumdioxid, Quarze, Koalin, Talkum, Glimmer, Feldspat, Apatit, Baryte, Gips, Kreide, Kalkstein, Dolomit oder Gemische der vor- und nachstehend genannten Komponenten.

Der Mahlgutgehalt kann zwischen 0 und 20 Gew.-% schwanken.

Es wurde nun überraschend gefunden, daß es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt, aus dicken, hochgefüllten Platten, auch aus grobstrukturiertem Material, Halbschalen ohne Weißfärbung und ohne Materialaufrisse herzustellen.

Unter hochgefüllten Platten werden Platten mit einem Füllstoffgehalt zwischen 55% (Gew.-%) und 65 Gew.-% verstanden.

Folgende Parameter kennzeichnen das Verfahren:

• 1. das Werkzeug
• 2. die Materialaufheizung
• 3. die thermische Isolierung des Materials
• 4. Geschwindigkeit des Werkzeugvorschubs

1. Werkzeug

Als Werkzeug ist jedes Positiv-Negativ Werkzeug aus Holz, Kunststoff oder aus Aluminium oder ähnlichen Materialien, daß die gewünschte Form hat, geeignet.

2. Materialaufheizung

Die Aufheizung der Zuschnitte erfolgt in einem 1. Schritt im Kontakt zwischen zwei Heizplatten, die obere Heizplatte hat vorzugsweise eine Temperatur zwischen 140°C und 150°C, die untere Heizplatte wird auf 170°C bis 180°C aufgeheizt. Die Dauer der Heizperiode beträgt, je nach Dicke der umzuformenden Platte zwischen 3-10 min.

In einem 2. Schritt wird der Zuschnitt in einem Umluftofen für ca. 1-3 min bei 145- 155°C auf einem Blech liegend temperiert.

Die einseitig höhere Temperatur der Heizplatten im ersten Aufheizschritt erzeugt eine Kerntemperatur im Zuschnitt, die höher um ca. 20-50°C höher ist, als die Temperatur der Oberfläche des Materials. Dadurch wird eine gute Formbarkeit des Zuschnitts erreicht.

Durch die anschließende, im Vergleich zum ersten Schritt im zweiten Schritt erfolgende Abkühlung des Zuschnitts wird erreicht, daß eine dünne Oberflächenschicht von ca. 1-2 mm Dicke auf 150°C abgekühlt wird.

Durch diese Maßnahme treten bei der anschließenden Umformung Weißfärbungen und Materialaufrisse nicht mehr auf. Der zweite Erwärmungsschritt ist bei der Umformung von unifarbenen Platten oder feinstrukturierten Platten nicht zwingend, zeigt aber auch bessere Ergebnisse.

Unter feinstrukturierten Platten werden Platten mit Füllstoffen in einem Größenbereich zwischen 60-600 µm verstanden. Unter grobstrukturierten Platten werden Platten mit Füllstoffen im Größenbereich zwischen 60-2000 µm verstanden. Ab Platten mit Füllstoffen der Größe 600 µm wird der zweite Erwärmungs­ schritt obligatorisch.

Bei unifarbenen und feinstrukturierten Platten ist die Temperatur im ersten Schritt nicht so genau begrenzt wie bei grobstruktur­ ierten, hochgefüllten Platten, die Temperatur kann zwischen 130°C und 160°C an der oberen Heizplatte und 150°C- 200°C an der unteren Heizplatte schwanken.

3. Thermische Isolierung des Zuschnitts

Die thermische Isolierung des aufgeheizten Zuschnitts erfolgt während des Umformvorgangs durch Silikonkautschukmatten (<2 mm Dicke). Die Silikonkautschukmatten werden aus handelsüblichen Silikonkautschgemischen hergestellt, die Shorehärte A ist ca. 30. Die Oberfläche des Zuschnitts muß während des gesamten Umformvorgangs innigen Kontakt mit den Silikonkautschukmatten halten, um Abkühlungen zu vermeiden. Wird diese Maßgabe nicht erfüllt, kühlt die Oberfläche des Zuschnitts zu sehr aus und färbt sich weiß.

Geschwindigkeit des Werkzeugvorschubs

Die Werte der Deformationsgeschwindigkeit des Zuschnitts liegen zwischen 150 und 300 mm/min wobei unifarbenes feinstrukturiertes Material mit Geschwindigkeiten zwischen 250 und 300 mm/min umgeformt werden kann und grobstrukturiertes Material hingegen mit 150 mm/min umgeformt wird.

BEISPIELE Beispiel 1 Erfindungsgemäßes Formen eines grobstrukturierten Materials

Die Ober- und Unterheizung einer beheizbaren Presse wird auf 140-150°C bzw. auf 170-180°C hochgeheizt. Ein grobstrukturierter Creanitzuschnitt von beispielsweise 12 mm Dicke wird dann so in die beheizte Presse eingelegt, daß die Oberflächen drucklos Kontakt zu den beheizten Flächen haben. Die Verweilzeit beträgt 10 Minuten. Danach wird der Zuschnitt entnommen, und in einen Umluftwärmeschrank bei 150°C mit der Materialunterseite auf ein teflonbeschichtetes Blech gelegt, wo er 2 Minuten verweilt. Dann wird das erwärmte Material entnommen und so zwischen zwei Silikonmatten von 6 mm Dicke positioniert, daß es beidseitig flächig innigen Kontakt mit diesen hat. Anschließend wird das Ganze zügig in ein Positiv- Negativ-Werkzeug eingelegt, das dann mit einem Vorschub von ca. 150 mm/Minute geschlossen wird. Nach beendetem Umformvorgang verweilt das 12 mm dicke Material mindestens noch 5 Minuten im Formwerkzeug, um nach dem Entformen die Formtreue zu wahren.

Nach dem vorab beschriebenen Verfahren lassen sich Halbschalen und ähnliche Formteile aus grobstrukturiertem Creanit mit gleichmäßigem Farbeindruck auf beiden Oberflächen herstellen.

Beispiel 2 Erfindungsgemäßes Formen eines unifarbenen oder feinstrukturierten Materials

Die Ober- und Unterheizung einer beheizbaren Presse wird auf 130-160°C bzw. auf 150-200°C hochgeheizt. Ein entsprechender Creanitzuschnitt von beispielsweise 12 mm Dicke wird dann so in die beheizte Presse eingelegt, daß die Oberflächen drucklos Kontakt zu den beheizten Flächen haben. Die Verweilzeit beträgt 10 Minuten. Nach dieser Zeit wird der Zuschnitt entnommen und so zwischen zwei Silikonmatten von 6 mm Dicke positioniert, daß er beidseitig flächig innigen Kontakt mit diesen hat. Anschließend wird das Ganze zügig in ein Positiv-Negativ-Werkzeug eingelegt, das dann mit einem Vorschub von ca. 250-300 mm/Minute geschlossen wird. Nach beendetem Umformvorgang verweilt das 12 mm dicke Material mindestens noch 4-5 Minuten im Formwerkzeug um nach dem Entformen die Formtreue zu wahren.

Nach dem vorab beschriebenen Verfahren lassen sich Halbschalen und ähnliche Formteile aus unifarbenem oder feinstrukturiertem Creanit mit gleichmäßigem Farbeindruck auf beiden Oberflächen herstellen.

Beispiel 3 Erfindungsgemäßes Formen eines unifarbenen oder strukturierten Materials mit verschiedenen Dicken und Füllungsgraden

Das unter Punkt 1 und 2 beschriebene Verfahren ist auf Creanitdicken von 2 bis 40 mm und Füllstoffgehalten bis zu 65%, bei grobstrukturierten Einfärbungen nur bis ca. 55% Füllstoffgehalt, anwendbar.

Es sind lediglich die Erwärmungszeiten zu variieren z. B.:

• 6 mm Dicke 4 Minuten,
• 9 mm Dicke 7 Minuten,
• 12 mm Dicke 10 Minuten usw.

Für das Abkühlen im Werkzeug ist eine Mindestabkühlzeit von 3 Minuten erforderlich. Größere Dicken erfordern eine etwas längere Abkühlzeit, (z. B. grobstrukturiertes Material mindestens 5 Minuten bei 12 mm Dicke, unifarbenes oderfeinstrukturiertes Material in 12 mm Dicke mindestens 4 Minuten).

Beispiel 4 Beispiel für die nicht-erfindungsgemäße Umformung einer Platte

Nach der konventionellen Umformmethode wird ein Material hängend oder liegend in einem Wärmeschrank mit Luftumwälzung oder liegend in einem Schubladenofen erwärmt oder in einem Spannrahmen gehalten und mittels IR-Strahler erwärmt, anschließend der Wärmequelle entzogen, und in ein Formwerkzeug oder ein Positiv- Negativ-Werkzeug oder ein Überlegformwerkzeug eingelegt. Das Formwerkzeug wird dann geschlossen und die Formgebung durch Zuführung von Preßluft oder Vakuum, u. U. auch in Kombination mit einem Stempel oder durch die Positiv-Negativ-Vorgabe, erzielt. Der Werkzeugvorschub bzw. die Deformationsgeschwindigkeit des Materials während des Umformens liegt dabei ≧ 500 mm/Minuten.

Will man Zuschnitte aus Creanit derart umformen, so bedarf es zum einen einer wesentlich längeren Aufheizzeit als üblich (z. B. 25-35 Minuten bei 9 mm Dicke statt 7 Minuten), um das Material homogen durchzuheizen und es ergeben sich Formteile, die mit steigendem Verstreckungsgrad weiß werden und bei gröber werdender Strukturierung auch aufreißen können.

Anmerkung zu 4)

Acrylplatten werden üblicherweise nicht zwischen beheizten Pressen erwärmt, weil es dabei einerseits zu einem Verkleben/Verbacken der Zuschnitte mit der Heizplatte kommen würde, und andererseits die Acrylglas-Oberflächen nicht erwünschte Abdrücke bekämen.

Bei Creanitplatten ist ein Aufheizen nach den konventionellen Methoden (Ofen/IR) aufgrund der langen Erwärmungszeiten (Ofen) bzw. der schlecht beherrschbaren Temperaturführung (IR) nicht sinnvoll.

Das Beheizen zwischen Pressen, wie sie in der Holzverarbeitung üblich sind, ist aber für hochgefüllte Acrylmassen wie mit Corian, ein schon lange praktiziertes Verfahren. Corian ist die Marke für hochgefüllte Acrylmassen von DuPont.

Claims (3)

1. Verfahren zum Umformen einer hochgefüllten Acrylplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte in einem ersten Schritt oben auf 140°C-150°C und unten auf 170°C aufgeheizt wird und in einem zweiten Schritt auf 150°C temperiert wird und anschließend thermisch isoliert und mit einer Umformgeschwindigkeit von 150-300 mm/min umgeformt wird.

2. Formkörper, erhältlich nach einem Verfahren des Anspruchs 1.

3. Verwendung des Formkörpers nach Anspruch 2 zur Herstellung von Sanitärgegenständen.