DE2103313C3 - Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit erhöhter Dauerschlagzähigkeit aus einem formbaren Polycarbonat - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit erhöhter Dauerschlagzähigkeit aus einem formbaren PolycarbonatInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit erhöhter Dauerschlagzähigkeit
aus einem formbaren Polycarbonat, bei dem das Polycarbonat unter Druck in eine beheizte Form eingebracht
und nach dem Entformen abgekühlt wird.
Bei der Herstellung von Formteilen ist es häufig erwünscht, Metalle durch Kunststoffe zu ersetzen,
weil erhebliche Einsparungen dadurch erzielt werden können, daß komplizierte Formteile in einem Arbeitsgang
und meist mit wenig Nacharbeit hergestellt werden können anstelle einer Herstellung in einem
Verfahren mit vielen aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen. Damit die Formteile aus Kunststoff denen aus
Metall gleichwertig sind, müssen die Kunststofformmassen vergleichbare physikalische Eigenschaften
aufweisen. Polycarbonatformmassen besitzen die zur Herstellung von Formteilen erforderliche gute Temperaturbeständigkeit
und Schlagzähigkeit. Außerdem soll das Formteil eine ausgezeichnete Dauerschlagzähigkeit
aufweisen, damit es in der Umgebung, für die es bestimmt ist, eine ausreichend lange Lebzeit aufweist.
Es ist bekannt (Zeitschrift Kunststoffe, 1959, Heft 1, Seite 4), daß Teile aus Bisphenol-A-Polycarbonatharzen,
die eine außerordentlich geringe Kristallisationstendenz aufweisen und deren mechanische Eigenschaften
bei Zimmertemperatur praktisch unbegrenzt erhalten bleiben, bei einer Temperung,
während der eine Nachkristallisation stattfindet, eine Minderung ihrer Zähigkeit erfahren. Wenn eine hohe
Dauerschlagzähigkeit der Formteile erwünscht ist, kann eine solche Temperung nicht durchgeführt werden,
damit der glasartige Zustand der Formteile zusammen mit der stark gehemmten Kristallisationstendenz
und der daraus resultierenden hohen Zähigkeit des Polycarbonate erhalten bleiben.
Es ist auch bekannt (W. F. Christopher und D. W. Fox »Polycarbonates«, Reinhold Publishing Corporation
1962 New York, Seite 106), daß Polycarbonatharze außergewöhnlich hohe Glasübergangstemperaturen
von etwa 140 bis 146° C aufweisen, bei denen die Harze erstarren. Diese Temperaturen erfordern,
daß jede Nachbehandlung der Polycarbonat-Extrudate bei erhöhten Temperaturen durchgeführt
wird, beispielsweise daß Polycarbonatfilme oder -folien auf einer Abschreckrolle gekühlt werden, die
eine Temperatur zwischen etwa 129 und 149° C aufweist.
Es ist auch bekannt (US-Patentschrift 3155756), daß möglichst spannungsarme Formkörper aus Bisphenol-
A-Polycarbonat nur erhalten werden können, wenn diese nicht abgeschreckt, sondern unmittelbar
nach der Verformung längere Zeit in einer 120 bis 145° C heißen Umgebung gehalten werden. Bisher
wurde angenommen, daß bei einer Abkühlung durch Abschrecken nur Formteile mit beträchtlichen Spannungen
erhalten werden können.
ι ο Aufgabe der Erfindung ist daher ein Verfahren zur
Herstellung eines Formteils mit erhöhter Dauerschlagzähigkeit aus einem formbaren Polycarbonat,
das einfacher durchführbar ist als die bisher bekannten
Verfahren.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß das Abkühlen des Formteils unmittelbar nach der Entformung durch A jschrecken
in einem Bad mit einer Badtemperatur nicht über 10° C erfolgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
wird zum Abschrecken ein Eiswasserbad verwendet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden
überraschenderweise spannungsanne Polycarbonatformteil
mit hoher Dauerschlagzähigkeit erhalten.
Die Erfindung wird anhand der speziellen Beschreibung näher erläutert.
Durch die Anwendung einer erhöhten Formtemperatur wird die Bildung von Bläschen in dem Formteil
vermieden. Bläschen werden bevorzugt bei niedrigeren Temperaturen der Form und in den Teilen des
Formteils gebildet, die einen größeren Querschnitt besitzen. Um eine hohe Maßbeständigkeit des Formteils
zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, die Formen auf eine Temperatur zwischen 77° C und 177° C zu
beheizen. Zur Formgebung können auch nicht beheizte Formen verwendet werden; in der Praxis werden
die Formen jedoch auf eine Temperatur zwischen 77° C und 93,3° C beheizt und für spezielle Anwendungszwecke
auf noch höhere Temperaturen.
Die bei erhöhten Temperaturen gebildeten Formteile werden sofort nach der Entformung zum Abschrecken
so lange in Eiswasser getaucht, bis die Temperatur über den gesamten Querschnitt des Teils
reduziert ist. Die Dauerschlagzähigkeit der so hergestellten Polycarbonat-Formteile war erheblich verbessert
und eine ähnliche, wenn auch geringere Verbesserung konnte in mit Füllstoffen versehenen
Polycarbonat-Formteilen erzielt werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Polycarbonat-Formteile,
verstärkt mit 30 Gewichtsprozent an Glüsstapelfasern, besaßen eine Dauerschlagzähigkeit,
die mehr als doppelt so groß als die unbehandelter Teile war. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Ver-
-)-, fahrens ist, daß eine bleibende Erhöhung der Dauerschlagzähigkeit
in den Teilen bei deren Herstellung im ganzen zur Verarbeitung üblichen Temperaturbereich
erzielt werden kann.
Formbare Polycarbonatharze werden in bekannter
bo Weise aus Bisphenol A [2,2-(4,4'-Dihydroxydiphenyl)-dimethylmethan]
und Phosgen oder Diphenylcarbonat hergestellt und werden in wachsendem Maße zur Herstellung von Formteilen verwendet. Dieses
Material wird genauer beschrieben in W. F. C h r i s t opher, D. W. Fox »Polycarbonates«, Reinhold Publ.
Corp., 1962. Die genannten Polycarbonatharze besitzen
gegenüber anderen thermoplastischen Materialien vorteilhafte Eigenschaften wie geringere Form-
schwindung bei der Verarbeitung, gute Maßhaltigkeit bei hoher Beanspruchung, hohen elektrischen Widerstand,
erhöhte Wärnieformbeständigkeit, hohe Festigkeit, einen hohen Elastizitätsmodul und hervorragende
Schlagzähigkeit. Sie sind selbstauslöschend und besitzen die genannten Eigenschaften in einem großen
Temperaturbereich.
Es wurde versucht, die Dauerschlagzähigkeit der Polycarbonat-Formmassen bei wiederholter Beanspruchung
zu verbessern, um so den Anwendungsbereich auf Formteile, die zyklischen mechanischen Beanspruchungen
unterworfen sind, zu erweitern.
Nach dem beschriebenen Verfahren wird ein 2,794 cm langes Teil von quadratischem Querschnitt
mit einer Kantenlänge von 0,955 cm hergestellt, das Bestandteil eines größeren Formstücks ist. Bei nachfolgenden
Belastungsprüfungen wird das Formstück an dem größeren Teil des Formstücks eingespannt und
man läßt ein Schlagpendel mit bekannter Schlagkraft und mit einer Frequenz von 1800 Zyklen pro Minute
wiederholt auf das freitragende, vorstehende Teil einwirken, bis dieses abbricht.
Die Formgebung erfolgt mit einer Form, die thermostatisch auf einer höheren Temperatur beheizt ist
und vorzugsweise auf 121,1° C durch durch Heizkanäle zirkulierendes erhitztes öl innerhalb des Formwerkzeugs
gehalten wird. Nach der 'Formgebung wird die Form geöffnet und das Teil unmittelbar nach der
Entformung in einem Eiswasserbad von 0 bis 5° C abgeschreckt, in welchem es so lange bleibt, bis die
Temperatur über den gesamten Querschnitt des Teils reduziert ist. Während des Abschreckens kann infolge
Feuchtigkeitsabsorption das Gewicht des Teils bis zu 0,15% zunehmen. Die absorbierte Feuchtigkeit wird
jedoch innerhalb von 48 Stunden a «geleitet, wobei das Gewicht des Teils auf seinen Normalwert absinkt.
Das Abschrecken kann auch mit anderen Flüssigkeiten durchgeführt werden, solange diese Flüssigkeiten
mit dem Teil verträglich sind. Die Flüssigkeiten dürfen mit dem Teil nicht reagieren oder dasselbe lösen.
Bei der nachfolgenden Prüfung der Dauerschlagzähigkeit ergibt sich ein wesentlicher Anstieg der Dauerschlagzähigkeit
für die abgeschreckten Teile, wobei diese Eigenschaft dauernd beibehalten wird, selbst bei
einer Belastung in einer Umgebungstemperatur von 65,6° C.
Beispiel 1
Ineiner Form, die auf 121,1° C gehalten wird, wird ein 2,794 cm langes Teil von quadratischem Querschitt mit einer Kantenlänge von 0,955 cm als Bestandteil eines größeren Formstücks hergestellt. Verarbeitet wird ein Bisphenol A-Polycarbonat, das auf eine Temperatur von 299° C erhitzt wird und unter Einwirkung einer Kraft von 4448,22 N in die Form eingefüllt. Das Teil bleibt ungefähr 90 Sekunden lang in der Form. Unmittelbar nach der Entformung wird das Teil in Eiswasser von 0 bis 3 ° C abgeschreckt und
Ineiner Form, die auf 121,1° C gehalten wird, wird ein 2,794 cm langes Teil von quadratischem Querschitt mit einer Kantenlänge von 0,955 cm als Bestandteil eines größeren Formstücks hergestellt. Verarbeitet wird ein Bisphenol A-Polycarbonat, das auf eine Temperatur von 299° C erhitzt wird und unter Einwirkung einer Kraft von 4448,22 N in die Form eingefüllt. Das Teil bleibt ungefähr 90 Sekunden lang in der Form. Unmittelbar nach der Entformung wird das Teil in Eiswasser von 0 bis 3 ° C abgeschreckt und
ίο 15 Minuten lang darin belassen, damit eine sorgfältige
Kühlung über den ganzen Querschnitt des Teils erfolgt.
Diese Teile werden als abgeschreckte Teile bezeichnet. Eine weitere Anzahl von Formteilen wird
hergestellt, diese werden jedoch nach der Entformung nicht abgeschreckt. Man läßt sie in einem aufgeteilten
Behälter mit gewellter Oberfläche auf Zimmertemperatur abkühlen, wie es bei normalen Formverfahren
üblich ist. Die Dauerschlagzähigkeit der so hergestell-
ten Teile wird bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt:
Tabelle 1: | vor dem Bruch | |
Anzahl Schläge | Abgeschreckte | |
25 Schlagkraft | Nicht abge | Teile |
schreckte Teile | 89,000 | |
205,952 N | 9,100 | 310,000 |
173,457 N | 24,000 | 3,000,000 |
115,654 N | 235,000 | 13,000,000 |
30 88,964 N | 773,000 | |
Entsprechend Beispiel 1 wird eine Anzahl von Formteilen hergestellt. Die Formmasse aus Bisphenol
A-Polycarbonat ist mit 30 Gewichtsprozent Glasstapelfasern verstärkt.
Die Dauerschlagzähigkeit der so hergestellten, glasfaserverstärkten Teile wird bestimmt. Die Ergebnisse
sind in nachfolgender Tabelle nifgeführt:
Tabelle 2: | vor dem Bruch | |
Anzahl Schläge | Abgeschreckte | |
Schlagkraft | Nicht abge | Teile |
schreckte Teile | 39,600 | |
133.447 N | 16,600 | 254,000 |
111,206 N | 59,000 | 830,000 |
100,085 N | 387,000 | 3,340,000 |
88,964 N | 896,000 | 15,000,000 |
79,178 N | 4,250,000 | |
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung eines Formteils
mit erhöhter Dauerschlagzähigkeit aus einem formbaren Polycarbonat, bei dem das Polycarbonat
unter Druck in eine beheizte Form eingebracht und nach dem Entformen abgekühlt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß das Abkühlendes Formteils unmittelbar nach der Entformung durch
Abschrecken in einem Bad mit einer Badtemperatur nicht über 10° C erfolgt.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil nach der Entformung
in Eiswasser abgeschreckt wird.
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