DE2221526A1

DE2221526A1 - Verfahren zum herstellen von hochmolekularen thermoelastischen kunststoffteilen

Info

Publication number: DE2221526A1
Application number: DE19722221526
Authority: DE
Inventors: Georg Prof Dr-Ing Menges; Dieter Dipl-Ing Rheinfeld
Original assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Current assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Priority date: 1972-05-03
Filing date: 1972-05-03
Publication date: 1973-11-15

Description

Verfahren zum Herstellen von hochmolekularen thermoelastischen Kunststoffteilen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von hochmolekularen thermoelastischen Kunststoffteilen.
Thermoplastische Kunststoffe (Plastomere), welche durch Polymerisation hergestellt werden, müssen, wenn sie eine gute Gebrauchstüchtigkeit aufweisen sollen, ein hohes Molekulargewicht besitzen. Dadurch wird allerdings die Verarbeitung über die Schmelze erschwert, weil diese stets umso zähflüssiger sich erweist, je höher das Molekulargewicht ist.
Die Möglichkeit, etwa durch höhere Temperaturen diesen Nachteil zu kompensieren, will man nicht anwenden, weil dabei infolge des thermischen Abbaues der Werkstoff geschädigt und wegen der längeren Kühlzeiten die Teile-Fertigung unwirtschaftlicher wird.
Ebenso geht man bei der Vernetzung von Plastomeren (z.B.
Polyäthylen mit Hilfe organischer Peroxide) vom hochmolekularen Werkstoff aus, um die mit einer Vernetzung verbundenen Eigenschaftsverbesserungen wie erhöhte Wärme-, Chemikalien- und Lösungsmittelbeständigkeit zu erhalten.
Bei einer anderen Art von Polymeren, den Duromeren, geht allerdings die Verarbeitung zu hochmolekularen Kunststoffteilen von sehr niedermolekularen Substanzen (Harzen) aus.
Dabei erfolgt der Vorgang des molekularen Aufbaus zu einem makromolekularen Werkstoff mit guten Gebrauchseigenschaften durch Vernetzen. Wird dagegen bei der Verarbeitung von Plastomeren der Einsatz relativ niedermolekularer W#erkstoffe erforderlich, wie z.B. beim Rotationspulversintern, so lassen sich schlechte Gebrauchseigenschaften wie geringe Spannungsrißbeständigkeit nicht vermeiden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von hochmolekularen Kunststoffteilen zu schaffen, bei dem sich die Vorteile niedermolekularer Ausgangspolymere (geringe Zähflüssigkeit und dadurch bedingt: hoher Durchsatz und geringe Antriebsleistung der Arbeitsmaschine) mit den Vorteilen hochmolekularer Polymere (hohe mechanische Festigkeit) verbinden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Ausgangsbasis ein sehr niedermolekulares Plastomer (z.B.
mit einem Molekulargewicht weit unter 20.000 bei Verwendung von Polyäthylen) dient, das während seiner Verarbeitung durch Vernetzen zu einem makromolekularen Polymerisat aufgebaut wird.
Dabei ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Plastomer Teil eines Vernetzungssystems, zu dem Vernetzer und eventuell auch Füllstoff und Zusatzstoffe gehören, mit deren Hilfe die Reaktivität des Systems und die Viscosität des Systems je nach dem jeweils angewendeten Verarbeitungsverfahren einstellbar sind.
Das sehr niedermolekulare Plastomer kann entweder durch Polymerisation oder durch Abbau eines höhermolekularen Plastomers gewonnen werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein Plastomer verwendet wird, dessen Schmelzpunkt unter dem der höhermolekularen Plastomere derselben Art liegt.
Das makromolekulare Polymerisat kann in verschiedenen, an sich bekannten Verarbeitungsverfahren wie Rotationsgießen, Schleuderguß, Spritzguß, Extrudieren hergestellt werden; es kann außer#zur Teileherstellung, wozu auch das Herstellen von Profilen und Folien gehört., zum Beschichten von Teileoberflächen und zum Verkleben zweier Teile angewendet werden.
Eine beispielsweise Ausführung der Erfindung verwendet als Ausgangsbasis ein abgebautes Polyäthylen (z.B. 100 Gewichts% PE-Wachs) mit einem Molekulargewicht von etwa 9.000, das mit 2 Gewichts% organ. Peroxid vom Typ 1,3-Bis (tert. butylperoxiisopropyl) -benzol als Vernetzer und mit 1 - 5 GewichtsX Triallylcyanurat als Koagenz gemischt ist.
An sich sind die Fertigungs- (Vernetzungs-) Zeiten von Polyäthylen-Wachs bei Verwendung der bisher zur Vernetzung von Polyäthylen üblichen Peroxyde verhältnismäßig lang, etwa doppelt so lang wie bei Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von z.B. 40 000. Man hat aber die Möglichkeit, die Geschwindigkeit zu erhöhen, entweder durch Beschleuniger oder Koagenzien (wie bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel) oder durch Peroxyde höherer Reaktivität.
Da beim Vernetzen von z.B. Polyäthylen mit Hilfe von Peroxyden Gase entstehen, insbesondere Methan, können speziell beim Rotationsgießen bei der Herstellung von Formteilen mit großen Wandstärken Schwierigkeiten durch die Bildung von Blasen entstehen. Diese Schwierigkeiten lassen sich in verschiedener Weise, wie nachstehend dargelegt, beheben: a) durch das aufeinanderfolgende Aufschmelzen nur dünner Schichten, b) durch Steigerung des Druckes in der Form bzw. in der Schmelze, sei es durch zusätzlichen Innendruck in der Form oder größere Rotationsgeschwindigkeit, c) durch die Zugabe von Gasfängern.
Durch die Anwendung dieser Maßnahmen erhält man Formteile mit Eigenschaften, die hinsichtlich Zähigkeit, Spannungsrißbeständigkeit und chemischer Beständigkeit solchen auch aus hochmolekularem Rohstoff weit überlegen sind und trotzdem relativ niedrige Fertigungszeiten besitzen.
Auch bei der Herstellung von Spritzgußteilen können akzeptable Herstellzeiten erreicht werden. Das vorgemischte Pulver aus Wachs und Peroxyd, mit und ohne Zusätze, wie Farbpigmente, Glasfasern, Mineralpulver usw. wird direkt in die Maschine gefüttert. Im Gegensatz zur üblichen Verarbeitung von Polyäthylen erhält man bei sehr niedrigen Temperaturen bereits eine dünnflüssige, leicht verarbeitbare Schmelze.
Dabei besteht kaum die Gefahr, daß das Vernetzungsmittel bereits seine Reaktion beginnt, weil seine Anspringtemperatur höher liegt, außerdem das Polyäthylen-Wachs-Peroxyd-System rekationsträger ist als die bisher bekannten Polyäthylen-Peroxyd-Systeme, und infolge der niedrigen Viskosität des Wachses keine zusätzliche Scherwärme in der Schmelze erzeugt wird.
Dies stellt natürlich eine erhebliche Fertigungserleichterung dar, denn wenn man von handelsüblichem Polyäthylen ausgeht, ist man gezwungen, mit "kalten", d.h. sehr hochviskosen Schmelzen zu arbeiten, um die Reaktionstemperatur auch bei zusätzlicher Schererwärmung des Vernetzungsmittels nicht zu erreichen.
Eine andere mit Polyäthylen erprobte Variante des Spritzgußverfahrens besteht darin, das Vernetzungsmittel der Schmelze erst unmittelbar vor der Form zuzudosieren, wodurch die Plastifiziertemperatur der Masse wesentlich höher und damit die Vernetzungszeit kürzer gehalten werden kann. Infolge der niedrigen Viskosität der Wachsschmelze läßt sich das Reaktionsmittel viel leichter einmischen als in handelsübliche Polyäthylene. Dies aber wirkt sich vorteilhaft auf die Qualität der erhaltenen Formteile aus.
Auch die Herstellung von Profilen wie Rohren und vor allem Folien, läßt sich besser und billiger als bisher durchführen, wenn man von dem erfindungsgemäßen sehr niedermolekularen Rohstoff ausgeht. Bekanntlich erschweren gerade Fließanomalien, wie Schmelzbruch und niedrige Relaxation, die Verarbeitung von Profilen umso mehr, je höher die Viskosität der Schmelzen ist. Rohre werden extrudiert; man kann sie dann vernetzt als Band flach drücken und in dieser Form viel leichter als ein Rohr aufwickeln, was sonst nur bei Rohren mit kleinen Durchmessern möglich ist. Werden solche Bänder dann ausgerollt und erwärmt, stellt sich die beim Vernetzen der Schmelze vorhanden gewesene Form, d.h. das Rohr wieder her. Rohre mit sehr großem Durchmesser lassen sich im Schleuderguß herstellen.
Die erfindungsgemäße Arbeitsweise erlaubt es sogar, z.B.
Folien im Gießverfahren herzustellen, womit höhere Fertigungsgeschwindigkeiten und bessere Oberflächen erreicht werden. Ein weiterer Vorteil solcher Folien besteht darin, daß sie infolge der Vernetzung sich vorzüglich als Schrumpffolien eignen, weil sie hohe Kautschukelastizität und Rückerinnerungsvermögen besitzen. Gleichartige Schrumpffolienqualitäten lassen sich bislang nur in sehr teueren Elektronenstrahlenvernetzungsanlagen herstellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch anwenden, um Rohre und Behälter, z.B. aus Stahl oder Beton, mit der niedermolekularen Substanz innen undloder außen zu beschichten, die nach ihrer Vernetzung die geschätzten Eigenschaften der Chemikalien- und Spannungsrißbeständigkeit aufweist. Zudem besitzen diese vernetzenden Polyäthylene eine hervorragende Haftfestigkeit, was dieser Verwendung sehr entgegenkommt.
Schließlich sind damit derartige Schmelzen besonders gut als Klebstoff geeignet.
Die geschilderten Methoden beschränken sich jedoch nicht auf Polyäthylen, sondern sind sinngemäß auf alle Polymerisate anwendbar, wenn bei der Herstellung des niedermolekularen Vorproduktes darauf geachtet wird, daß vernetzungsfähige Glieder in den Molekülketten vorhanden sind.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von hochmolekularen thermoelastischen Kunststoffteilen, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsbasis ein sehr niedermolekulares Plastomer (z.B. mit einem Molekulargewicht weit unter 20 000 bei Verwendung von Polyäthylen) dient, das während seiner Verarbeitung durch Vernetzen zu einem makromolekularen Polymerisat aufgebaut wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sehr niedermolekulare Plastomer durch Polymerisation oder durch Abbau eines höhermolekularen Plastomers gewonnen wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Plastomer verwendet wird, dessen Schmelzpunkt unter dem der höhermolekularen Plastomere derselben Art liegt.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Plastomer Teil eines Vernetzungssystems ist, zu dem Vernetzer und eventuell Füllstoff und Zusatzstoffe gehören, mit deren Hilfe die Reaktivität des Systems und die Viscosität des Systems je nach dem jeweils angewendeten Bearbeitungsverfahren einstellbar sind.

5. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das makromolekulare Polymerisat im Rotationsgießverfahren bzw. im Schleuderguß hergestellt wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das makromolekulare Polymerisat im Spritzgußverfahren hergestellt wird.

7. Verfahren nach Patentanspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das Vernetzungsmittel erst unmittelbar vor der Form der Schnecke zudosiert wird.

8. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das makromolekulare Polymerisat in Form von Profilen oder Folien im Extrusionsverfahren hergestellt wird.

9. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das makromolekulare Polymerisat in Form von Folien im Gießverfahren hergestellt wird.

10. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das makromolekulare Polymerisat zum Beschichten (innen und/oder außen) von Teile-Oberflächen (z.B. von Rohren, Behältern) verwendet wird.

11. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das makromolekulare Polymerisat als Klebstoff (z.B.

zwischen zwei Teilen) verwendet wird.

12. Verfahren nach Patentanspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsbasis ein Polyäthylen (z.B. 100 Gewichts Xo) mit einem Molekulargewicht von etwa 2.500 - 10.000 dient, das mit 2 - 3 Gewichts% Peroyd vom Typ 1,3 - Bis (tert.

butylperoxiisopropyl) -benzol als Vernetzer und mit 1 - 5 Gewichts°/O Triallylcyanurat als Koagenz gemischt wird.