DE2236581A1 - Verfahren zur herstellung von gegenstaenden aus mehreren verbundenen materialschichten, insbesondere kunststoffschichten - Google Patents

Verfahren zur herstellung von gegenstaenden aus mehreren verbundenen materialschichten, insbesondere kunststoffschichten

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Description

Patentanwälte
Dr. O. Loesenbeck Dipl.-ing. Stracke
Dipl.-lng. Loesenbeck Bielefeld, Hei forder Sfiajje 17
15/Str.
Preß- und Stanzwerk Paul Craemer KG., 4836 Herzebrock/Westf.
Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus mehreren miteinander verbundenen Materialschichten, insbesondere Kunststoffschichten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus mehreren miteinander verbundenen Materialschichten und zwar insbesondere Kunststoff schichten. Oft werden an einen Werkstoff sehr viele Anforderungen gestellt, die er mit seinen ihm innewohnenden Eigenschaften nicht alle erfüllen kann. Um trotzdem ein Material mit der Gesamtheit der gevninschten Eigenschaften vorliegen zu haben, kann man Verbundmaterialien schaffen, bei denen schichtweise Werkstoffe mit verschiedenen Eigenschaften miteinander verbunden sind.. Man kenn die verschiedenen Materialschichten durch Kleben miteinander verbinden, wobei heutzutage hauptsächlich Lösungsmittelkleber, Mehrkomponentenkleber oder Schmelzkleber verwendet werden. Thermoplastische Werkstoffe können
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auch miteinander durch Schweißen oder Verschmelzen verbunden werden.
Es hat sich nun herausgestellt, daß, wenn unlösbare Verbindungen hergestellt werden sollen und die Verbindung die Festigkeit des schwächsten der beteiligten Werkstoffe haben soll, die vorgenannte Verbindungstechnik bei unterschiedlichen Polymerisaten versagt. Der auerhaften und festen Verbindung mit Werkstoffen anderer Art widersetzen sich dabei insbesondere die Polyolefine, wie Polyäthylen und Polyamid sowie auch Teflon. All diese Stoffe besitzen eine ausgesprochene Trennwirkung. Besonders störend ist bei derartigen Verbindungen, daß die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Werkstoffe bei Temperaturwechsel im Verbindungsbereich laufend ein Arbeiten hervorrufen, das schnell zu einer Auflösung der Verbindung führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Gegenstände aus mehreren miteinander verbundenen Materialschichten und damit insgesamt mit den gewünschten Eigenschaften auch dann hergestellt werden können, wenn so schwer mit anderen Stoffen fest verbindbare Materialien, wie Polyolefine, Teflon und dergleichen, beteiligt sind. Die erfindungsgemäße Lösung besteht im wesentlichen darin, daß eine erste Materialschicht mit einer zweiten, zumindest ähnlichen Material schicht fest verschmolzen wird, die zweite Materialschicht zumindest zur noch freien Seite hin porig-zellig zum Erstarren gebracht und an der freien Oberfläche offenporig gehalten oder gemacht wird und eine dritte Materialschicht ausreichend fließfähig gemacht, in die zugänglichen Poren des Grenzzonenbereiches vergossen wird, und in ihnen zum Erstarren gebracht wird.
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Auf die aufgezeigte V/eise lassen sich wirtschaftlich ,an sich unverträgliche Materialien äußerst dauerhaft und fest miteinander verbinden. Aufgrund der bekannten Eigenschaften eignen sich die Polyolefine,wie beispielsweise Polyäthylen für viele Anwendungszwecke. Für mechanische Belastungen fehlt jedoch eine ausreichende Steifigkeit, so daß man beispielsweise ein Polyäthylen gerne mit einem glasfaserverstärkten Kunstharz, beispielsweise einem Polyesterharz, kombinieren würde. Derartiges ist nunmehr ohne weiteres ermöglicht. Es hat sich dabei als sehr zweckmäßig erwiesen, die zweite Materialschicht aus dem gleichen Material bestehen zu lassen wie die erste Schicht, jedoch vermischt mit einem Treibmittel, das ein porig-zelliges Erstarx'en gewährleistet.
Die Verbindung der ersten Materialschicht mit der zweiten Materialschicht bietet, wenn es sich um ähnliche oder sogar um gleiche Materialien handelt, überhaupt keine Schwieirg-keit. Die sich ergebende Verbindung ist fest und dauerhaft. Durch die Offenporigkeit an der freien Oberfläche der zweiten Materialschicht und die porig-zellige Struktxir im Grenzbereich ist gewährleistet, daß bei entsprechender Viskosität des dritten Materiales im Verarbeitungszust&nd dieses Material in einea relativ tiefgreifenden Grenzzonenbereicß in die Poren und Zellen, die ja auch untereinander öffnungen und Verbindungen haben, eindringen kann. Geht man beispielsweise vom Vorstellungsbild geplatzter Bläschen aus. ergeben sich für die Hohlräume im Grenzzonenbereicb. Kugelformen. Dringt durch eine öffnung hier Flüssigkeit ein, die dann zu einer Festmasse erstarrt, ergibt sich ein ausgesprochen sicherer und fester Verband durch die vorhandenen Umklammerungen des eingegossenen Materiales durch die Zellwände in Form echter Hinterschheidungen. Die Zellwände bilden somit eine unlösbare Verbindung in Form eines Netzwerkes.
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Es ist dabei zu berücksichtigen, daß das Volumen des eingegossenen Harzes im viskosen und im erhärteten Aggregatzustand unterschiedlich ist. Das Harz zieht sich nach der Heaktion sussmmen. Hierdurch entsteht zwischen Zellwand und Harz ein sehr kleiner Spielraum. Da jedoch die Verankerung über die gesamte gemeinsame Fläche geht und auch sich in die Tiefe des Grenzzonenbereiches fortsetzt, ist dieses winzige Spiel in der sehr kleinen Einzelverbindung für die Festigkeit der Verankerung völlig bedeutungslos und hat darüberhinaus den Vorteil, daß es in Verbindung mit der vorzugsweise zumindest gewissen Elastizität der zweiten, als Haftvermittler dienenden Material schicht das Gegeneinanderarbeiten der Materialschichten bei Temperaturschwankungen einwandfrei abzufangen, ohne daß Zerstörungen an der Verankerung auftreten.
Es versteht sich, daß neben Polyäthylen auch andere Thermoplaste,wie Polyamide, Polyvinylchloride, Propylene, Polystyrole, Terpolymere, Polypropylene und andere nach diesem Verfahren mit einer^Haftvermittlerschicht versehen werden können, mit der dann die dritte Materialschicht mit den weiteren gewünschten Eigenschaften verankert werden kann·
Bevorzugte Durchführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachstehend näher erläutert:
Beispiel I
Es 3ollen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Formkörper, insbesondere Behälter hergestellt werden, deren Innenwand aus Polyäthylen besteht, das zur Lagerung von Lebensmitteln zugelassen ist, eine gute Wärmefestigkeit hat und eine hohe Cheinikalienbesnändirkeit aufweist. Bei vertretbar wirtschaftlichen. Wandstärken besitzen derartige Polyäthylenbe- · hälter keine ausreichende Standfestigkeit und mechanische
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Festigkeit. Diese soll durch die Verbindung mit einer glasfaserverstärkten Kunstharzmasse erreicht werden. Als sehr zweckmäßig zur Herstellung derartiger Behälter hat sich eine neuartige Ausgestaltung des an sich "bekannten Eotationssinterverfahren erwiesen. Unter Sintern versteht man ein langsames Aufschmelzen von thermoplastischem Kunststoffpulver auf einer heißen Formfläche, das solange ausgeführt wird, bis die Formflache formgetreu nachgebildet und die gexvünschte Wandstärke erreicht ist. Bei dem bislang üblichen Rotationssintern, bei dem d&s Kunststoffpulver durch rotierendes Schleudern an die geheizten Form- . ■ wände gelangt und dort anschmilzt entstehen immer Körper, die auf der Außenseite exakt die Konturen der Innenwand der Form aufweisen, während sich die Innenseite des Formkörpers ungenau in den freien Raum, des■Forminneren je nach Anschmelzung weiterer Kunststoffpulverschichten formt.
Bei Formkörpern, insbesondere aber Behältern·, kommt es jedoch häufig darauf an, daß die Innenseiten exakt formgetreu entsprechend der Form sind, während für die Außenseiten eine solche Maßgenauigkeit nicht erforderlich ist. Die erfinderische Ausgestaltung besteht nun darin, daß die hier in Frage stehende erste Materialschicht durch
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Rotations sintern des Materialpulvers •'einen Sinter formkern gebildet wird. Der Kern wird zweckmäßig mit OeI oder der-, gleichen beheizt, während die Außenform für einen Dauerbetrieb mit Luft oder Wasser gekühlt wird. Vi;j>d das Kunststoffpulver in die Form geschüttet, kann diese dann in axiale und gegebenenfalls biaxials Rotation versetzt werden, entvreder mit gleicher oder intermittierender Geschwindigkeit, die einmal die Fliehkraft auf das Kunststoff pulver wirksam werden läßt und dann deaf Kunststofffn*/^r wieder fallen läßt bzw. aufwirbelt, und auch durch die Schwerkraft entsprechend beeinflußt wird, so daß es allseitig den Formkern berieselt. Da dieser mit einer Temperatur, die über' dem Schmelzpunkt des Kunststoffpulvers
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liegt, beheizt wird, schmilzt das Kunststoffpul v?r schichtweise bis zum Verbrsuch sämtlichen Pulvors. Der so erhaltene Formkörper hat die gewünschte exakte Innenform. Auf diese V/eise kann beispielsweise die erctt Haterialschicht eines Polyäthylenbehälters hergestellt werden und zwar aus einem Polyäthylen mit dem ochsiclzindex 6 bis 8 MPI und einer Dichte voa 0,9^8 gr./cnr' und gemahlen mit ein?r 1&CCIX196X. Körnung von SKfirx 100 - 800 U »ι
Ss hat sich nun als sehr zweckmäßig erwiesen, die Haftvermittlerschicht in so einem Fall ebenfalls durch Eotationssintern auf die erste Materialschicht aufzubringen. Im Beispiel wird somit genau das gleiche Polyäthylen wie vorstehend, jedoch vermischt mit 3% Treibmittel als zweite Charge in die Sinterform eingebracht und es wird dann diese zweite Materialschicht in gleicher Weise aufgtsintert. Sie geht eine unlösbare ochmelzverbindung mit der ersten kompakten Materialschicht ein. Die Schicht wurde durch das Treibmittel offenzellig mit einer Dichte von 0,380 gr./cm . Der Sintervorgang, d.h. die Wärmezufuhr wurde dabei so beendet, daß die letzte Schicht nicht glatt anschmilzt sondern leicht körnig bleibt. So wurdfc eine 5 nun starke zellig-porige Außenschicht mit offenen Zellen an der noch freien Oberfläche geschaffen. Ea hat sich herausgestellt, daß auch dann, wenn die Zoit für die Beendigung der Wärmezufuhr nicht völlig exakt eingehalten wird, so daß die Oberfläche sich schmelzend einzuebnen beginnt, die Poren also geschlossen weren, in sehr einfacher W:ise die Offenporigkeit durch leichtes Reiben oder Anschleifen der Oberfläche wieder hergestellt werden konnte. Hervorzuheben ist die Wirtschaftlichkeit der Herstellungsweise, da in einem Produktionszyklus mit zwei Chargen und in einer Wärme die in Frage stehenden zwei Materialschichten gebildet und miteinander verbunden verden konnten.
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Es ist zweckmäßig, den Sinterformkern vor dem Sintern mit einem Trennmittel einzureiben, um den gebildeten Formkörper+xaDC*±DCr besser abziehen zu können. Es ist auch möglich, einen Auswerfer einzubauen oder den Korper mit Luft abzudrücken.
Schließlich wird dann noch ein glasfaserverstärktes Kunstharz wie beispielsweise Polyester ausreichend viskos gemacht und mit der offenporigen Oberfläche der zweiten Materialschicht vergossen, wobei das ausreichend viskose Kunstharz in die zugänglichen Poren des Grenzzonenbereiches der zweiten Materialschicht eindringt, hier erstarrt und damit fest mit dieser Schicht verankert ist.
Beispiel II
Im vorhergehenden Beispiel wurde das Hotationssintern eines Behälters beschrieben. Bei größeren Stückzahlen ist es jedoch wirtschaftlicher, den Polyäthylen-oder Polyamidbehälter nach dem Spritzgußverfahren herzustellen. Es hat sich nun für derartige ia Spritzgußverfahren hergestellte Behälter, wie auch für andere insbesondere flächige Gegenstände aus thermoplastischen Kunststoffen als sehr wirtschaftlich und zweckmäßig erwiesen, die zweite, porig-zellig erstarrende Materialschicht mis Iaftvermittlerschicht durch ein Pülverflamiaspritze2L zu MMes und mit der ersten Materialschicht zu verschmelzen» Es wird somit wiederum ein Polyäthylen, entsprechend der ersten Materialschicht genommen, das mit einem 3%igen Treibmittel vermischt wird. Die Flamme einer Flemmenspritzpistole wird dann dicht über die Polyäthylenfläche der Behälterwand geführt, so daß diese anschmilzt. Gleichzeitig wird durch die Flamme hindurch das Polyäthylenpulver, mit Treibmittel vermischt, zur Herstellung der zweiten Materialschicht geblasen. Beim Durchgang durch die Flamme, schmelzen die +nach der Kühlung
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Polyäthylenkörnchen auf und gehen in den plastischen Zustand über. Wenn sie in diesem Aggregatzustand auf die angeschmolzene Polyäthylenbehälteroberfläche aufprallen, gehen sie sofort eine unlösbare Schmelzverbindung ein. Die in dem geschmolzenen Polyäthylenkorn eingeflossenen Treibmittel-Pulverkörnchen haben das Gas noch nicht abgespalten. Die Zeit beim Durchgang durch die Flamme reichte zwar zum Anschmelzen des Polyäthylenkornes aus, jedoch nicht zur Übertragung der Hitze auf das Treibmittel. Der Vorgang ist träge. Er setzt mit Verzögerung ein, wenn das geschmolzene Korn bereits auf der Behälterwand fest aufsitzt. Das Korn bläht dann auf und die Blase platzt, so daß die porig-zellige, schichtweise jeweils außen offenporige Struktur erreicht wird. Der Auftrag kann wiederholt werden, bis die gewünschte Dicke der Haftvermittierschient erreicht ist.
Es kann jetzt wie nach dem Beispiel I eine letzte Materialschicht aus glasfaserverstärktem Kunstharz verankert werden.
Auf diese Weise lassen sich auch gut Platten, Halbzeuge und dergleichen herstellen, die dann entsprechend zugeschnitten werden. See Verankern der glasfaserverstärkten Kunstharzmasse kann auch nach den Zuschneiden erfolgen. Ie können auch grMere Gebilde au· den Platten »ma«— ing»»
Beispiel III **ft verdem.
Es hat sich herausgestellt, daß mit der außenseitig offenporigen Haftvermittlerschicht als zweiter Materialschicht auch solche Materialschichten verankert werden können, die völlig rom bisherigen abweichen, i-;enn diese Material schicht en nur ausreichend verflüssigt werden können und dann wieder zum Erstarren gebracht werden können. So hat sich beispielsweise eine hervorragende und in der Grenzschicht aus ausreichend elestisehe Verankerung von Zement als
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möglich erwiesen. Es werden beispielsweise Platten aus Polyäthylen mit einer Polyäthylen-Haftvermittlerschicht als zweiter Materiallage nach dem Beispiel II hergestellt. Diese Platten werden dann mit Zement vergossen. Es lassen sich somit Fertigbauelemente herstellen, die weitestgehend fabrikmäßig vorgefertigt werden können und deren Zusammenfügung und gegebenenfalls Vergießen mit Beton, wobei die Fertigbauelemente, dann die Form oder Verschalung für den Beton bilden, auf der Baustelle denkbar einfach und schnell durchzuführen sind.
Macht man dabei die porig-zellige Haftvermittlerschicht, also die zweite Materialschicht, entsprechend stark, ergeben sich außergewöhnlich gute Isolierungseigenschaften für derartige Fertigbauelemente sowohl gegenüber Wärme wie auch im Sinne einer Schalldämpfung.
Beispiel IV
Als weiteres Anwendungsbeispiel sei die Herstellung von Paletten hervorgehoben. Derartige Paletten bestehen oft aus Polyäthylen. Eine Palette aus Polyäthylen ist jedoch an ihrer Oberfläch· so glatt und rutschig, daß Stapelgut bei leichter Schrägstellung oder Traneporterschütterungen abrutscht, wenn nicht eine besondere lestzurrung oder dergleichen erfolgt. Es besteht also das Problem, Paletten zu schaffen, deren Oberfläche rutschfest ist. Es kann nach einem der vorstehend beschriebenen DurchführungBbeispiele ein Palettenkörper beispielsweise durch Spritzen gebildet und eine außenseitig offenzellige Haftvermittlerschicht nach dem Pulverflammspritzen aufgebracht werden. Mit dieser aufgebrachten offenzelligen Haftvermittlerschicht kann dann ein Material vergossen werden, das entweder
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selbst einen entsprechend hohen Haflireibungskoeffizienten besitzt, wie beispielsweise eine Gummidisptrsion, oder daß durch Füllstoffe eine entsprechende Rutschfestigkeit gewährleistet, wobei als Füllstoffe an feinkörnige Mineralien, Kreide, Schiefermehl, Holzspäne und dergleichen zu denken ist. Es versteht sich, daß mit dem erfindungsgemaßen Vorfahren die Paletten auch an den hochbeanspruchten Stellen durch Aufbringen beispielsweise eines glasfaserverstärkten Polyesterharzes als dritter Materialschicht versteift v/erden können.
Bei der Verankerung einer dritten Materialschicht mit einem hohen Anteil an Füllstoffen kann die Viskosität infolge des hohen Füllstoffanteiles so gering v/erden, daß ein ausreichend tiefes Eindringen in den Grenzzonenbereich der offenen Zellen der Haftvermittlerschicht nicht mehr gegeben ist. Es kann in so einem Fall zweckmäßig sein, zunächst eine Schicht ohne oder mit wenig Füllstoff versetzt anzubringen und dann naß in naß die hochgefüllte Mischung damit zu verbinden.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Λ* Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus mehreren miteinander verbundenen Material schicht en,' insbesondere Kunststoffschichten, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Materialschicht mit einer zweiten, zumindest ähnlichen Materialschicht fest verschmolzen wird, die zweite Materialschicht zumindest zur noch freien Seite hin porig-zellig zum Erstarren gebracht und an der freien Oberfläche offenporig gehalten oder gemacht wird und eine dritte Materialschicht ausreichend fließfähig gemacht, in die zugänglichen Poren des Grenzzonenbereiches eingebracht und in ihnen zum Erstarren gebracht wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Materialschicht aus einem Polyolefine gebildet wird. -
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht aus dem gleichen Material wie die erste Schicht, jedoch vermischt mit einem Treibmittel, gebildet wird.
    4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die zugänglichen Poren des Grenzzonenbereiches der zweiten Material schicht ein glasfaserverstärktes Kunstharz eingebracht wird.
    5- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite porig-zellige Materialschicht durch Sintern gebildet und mit der ersten Materialschicht verschmolzen wird.
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    G. Verfahren nach Anspruch 1, zum Herstellen von Forekorpern, insbesondere Behältern, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Matorialschicht durch Rotationssintern des Materialpulvers auf einen Sinterformkern gebildet wird.
    7· Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß direkt im Anschluß an das Rotationssintern der ersten Materialschicht auf diese die zweite Materialschicht aufgesintert wird.
    8. Vorfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite-, porig-zellige Materialschicht durch ein Pulverflammspritzen gebildet und mit der ersten Meterialsclxicht verschmolzen wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere zur Herstellung von Pertigbaueleraenten, dadurch gekennzeichnet, daß in die zugänglichen Poren des Grenzzonenbereiches der aweiten Haterialschicht als dritte Materialschicht Zement vergossen wird.
    10. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere zur Herstellung von Paletten, dadurch gekennzeichnet, daß in die zugänglichen Poren des Grenzzonenbereich.ee der zweiten Materialschicht als dritte Materialschicht eine Gummidispersion oder sonstige Stoffe Bit entweder eigenen hohen Haftreibkoeffizienten oder entsprechenden Füllstoffen eingebrecht
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