DE2520497C3 - Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus thermoplastischem hochmolekularem Material - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus thermoplastischem hochmolekularem Material

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus thermoplastischem hochmolekularem Material, bei dem ein Rohling in eine Form gebracht und darin durch Pressen bei einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg zu dem Formkörper umgeformt wird und der Formkörper danach abgekühlt wird.
Zur Herstellung von Formkörpern aus hochmolekularen Materialien, insbesondere thermoplastischen hochmolekularen Materialien, bediente man sich bisher üblicher Spritzgußverfahren. Beim Spritzgußverfahren werden jedoch ähnlich wie beim Gießen von Metallen Gießköpfe und Gießrinnen benötigt. Weiterhin lassen sich hierbei dickwandige Formkörper nur fehlerhaft herstellen. Obwohl bereits verschiedene Vorschläge gemacht wurden, um dier.en Nachteilen auf dem Gießsektor zu begegnen, bildet ein hochmolekularen Materialien eigener Nacheffekt ein Problem. Weiterhin ist ein großer Nachteil des Spritzgußverfahrens die Dimensionsinstabilität des Formkörpers über die Zeit hinweg.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus thermoplastischem hochmolekularem Material zu schaffen, bei welchem sich das betreffende Material innerhalb kurzer Zeit unter geringem Ausformdruck zu einem Formkörper ausformen läßt, der über die Zeit hinweg keine durch eine elastische Nachwirkung hervorgerufene Dimensionsänderung erfährt.
Die Erfindung liegt aufgrund umfangreicher Untersuchungen bezüglich der Umwandlungssuperplastizität von metallischen Materialien die Erkenntnis zugrunde, daß sich die Glasübergangstemperatur hochmolekularer Materialien bezüglich der Materialeigenschaften ähnlich verhält wie der Phasenumwandlungspunkt eines metallischen Materials. Aufgrund dieser Erkenntnis hat es sich gezeigt, daß sich die Formgebung, wenn sie unter Ausnutzung des Superplastizitätsphänomens bei der Glasübergangstemperatur Tg des jeweiligen hochmolekularen Materials durchgeführt wird, innerhalb kurzer Zeit mit geringem Formdruck ausführen läßt und daß man hierbei einen Formkörper erhält, der keine durch eine elastische Nachwirkung bedingte Dimensionsänderung über die Zeit erfährt.
Gegenstand der Erfindung ist folglich ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Rohling auf eine Temperatur geringfügig unterhalb seiner Glasübergangstemperatur Tg erwärmt, dann der Preßdruck angeleg* und der Vorformling unter Formdruck bis auf 20 bis 500C über die Glasübergangstemperatur Tg erhitzt wird und schließlich der Formkörper auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg abgekühlt wird. Aus der DE-OS 17 04 292 ist es zwar bereits bekannt, zum Herstellen von dimensionsstabilen Formkörpern
ίο aus thermoplastischem hochmolekularen Material unter geringem Ausformdruck und innerhalb kurzer Zeit einen Vorformling aus diesem Material oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg zu dem Formkörper umzuformen.
Bei dem bekannten Formgebungsverfahren wird der Formdruck auf das zu verformende thermoplastische Material erst nach Erreichen bzw. Überschreiten der Glasübergangstemperatur Tg angelegt Demgegenüber wird erfindungsgemäß der Formdruck bereits bei einer Temperatur geringfügig unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg des betreffenden thermoplastischen Materials angelegt und dieses dann unter Formdruck auf eine Temperatur von 20 bis 500C über der Glasübergangstemperatur Tg erhitzt. Auf diese Weise, d. h., beim Durchschreiten der Glasübergangstemperatur Tg unter Formdruck, erreicht man einen dem Superplastizitätszustand von metallischen Materialien ähnlichen Zustand des thermoplastischen Materials, in dem dann - anders als bei dem bekannten Verfahren, bei dem sich der »superplastische« Zustand des zu verformenden thermoplastischen Materials nicht einstellt - ein Formdruck angewandt werden kann, der weit geringer ist als der bei dem bekannten Verfahren erforderliche Formdruck und nur etwa ein Zehntel der Zugfestigkeit des betreffenden thermoplastischen Materials bei Raumtemperatur beträgt. Dies stellt gegenüber dem bekannten Verfahren einen wesentlichen technischen Fortschritt dar.
Der Zeitpunkt, zu dem der Formdruck auf das Material einwirken gelassen wird, kann beliebig gewählt werden, solange die Temperatur des zu verformenden Materials unterhalb, jedoch nahe der Glasübergangstemperatur Tg liegt. Im Falle eines thermoplastischen hochmolekularen Materials mit einer Glas-Übergangstemperatur Tg beträchtlich oberhalb Raumtemperatur ist es jedoch in der Regel zweckmäßig, den Formdruck dann auf das Material einwirken zu lassen, wenn dessen Temperatur einen Wert etwa 10°C unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg erreicht hat. Im Falle eines thermoplastischen hochmolekularen Materials mit einer Glasübergangstemperatur Tg nahe Raumtemperatur kann andererseits bald nach Beginn des Erhitzens die Temperatur die Glasübergangstemperatur Tg erreichen, so daß in einem solchen Falle der Formdruck gleichzeitig mit Beginn des Erhitzens appliziert werden kann.
Im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung wird das Material unter Einwirkung des Formdrucks bis auf eine Temperatur 20 bis 50°C, vorzugsweise etwa 30°C, oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg erhitzt. Der Grund dafür, warum das Material auf eine Temperatur oberhalb seiner Glasübergangstemperatur Tg erhitzt wird, besteht darin, daß die Temperatur des gesamten thermoplastischen hochmolekularen Materials so weit erhöht werden muß, um zu gewährleisten, daß der verformte Teil tatsächlich auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg gelangt. Obwohl die Erhitzungsgeschwindigkeit
schnellersein kann als die Abkühlungsgeschwindigkeit, besteht, wenn erstere zu schnell ist, die Gefahr, daß die erforderliche höchste Erhitzungstemperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg überschritten wird, was sich im Hinblick auf einen Verlust an thermischer Energie nicht empfiehlt Folglich ist eine Erhitzungsgeschwindigkeit von etwa lC°C/sec zu empfehlen. Um eine Überkühlung des Formkörpers zu vermeiden, sollte zweckmäßigerweise eine Abkühlungsgeschwindigkeit im Bereich der sogenannten »Langsamkühlung«, insbesondere eine Abkühlungsgeschwindigkeit von weniger als 10°C/sec, vorzugsweise von etwa 5°C/sec, eingehalten werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung und der Beispiele näher erläutert In der Zeichnung zeigen im einzelnen
Fig. 1 (A)und 1 (B)schematische Querschnittsseitenansichten einer Formvorrichtung zur Durchführung des Formgebungsveifahrens gemäß der Erfindung, insbesondere Fig. 1 (A) den Zustand vor dem Pressen und Fig. 1 (B) den Zustand nach dem Pressen.
Beispiel 1
Das Ausformen eines Polyamidharzes (Nylon 6) wurde in einer Formvorrichtung gemäß Fig. 1 (A) und 1 (B) durchgerührt. Bei der Formvorrichtung befinden sich zwischen ^wei einander gegenüberliegenden Bauteilen 3 und 4 ein beweglicher Pressenstempel 1 und ein fixierter Pressenstempel 2. Die Bauteile 3 und 4 sind mit Heizeinrichtungen 6 zum Erhitzen des auszuformenden Materials 5 versehen. Daneben sind in den Stellen des beweglichen Pressenstempels 1 und des fixierten Stempels 2, die mit dem auszuformenden Material 5 in Berührung gelangen, weitere Heizeinrichtungen 7 und 8 vorgesehen. Ferner sind noch Kupfer/ Konstantan-Thermoelemente 9 und 10 zur Messung der Temperaturen des auszuformenden Materials 5 und des fixierten Stempels 2 vorgesehen.
Zunächst wird das auszuformende und aus einem Polyamidharz (Nylon 6) bestehende Material in die Formvorrichtung gefüllt Während die Temperatur des Materials überwacht wird, wird es mit einer Erhitzungsgeschwindigkeit von etwa 10°C/sec mit Hilfe von Ni/Cr-Heizeinrichtungen 7, 8 und 6 in dem bewegl:chen Pressenstempel 1, dem fixierten Stempel 2 und den Bauteilen 3 und 4 erhitzt Unmittelbar bevor die Temperatur des Materials die Glasübergangstemperatur Tg (ungefähr 50cC) des Polyamidharzes (Nylon 6) erreichte, wird auf das Material mittels des beweglichen Pressenstempels 1 ein Preßwerkzeug (mit einer Preßkraft von etwa 500 g/mm2) einwirken gelassen. Nachdem die Temperatur des auszuformenden Materials 5 einen Wert von etwa 80üC erreicht hat wird das geschilderte Heizsystem abgeschaltet, um das Material mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 5°C/sec auf Raumtemperatur abkühlen zu lassen. Schließlich wird der Preßdruck aufgehoben.
Bei dem geschilderten Ausformverfahren wurde mit einer Preßkraft von lediglich einigen 100 g/mm2 und in einem einzigen Formvorgang der gewünschte Formkörper erhalten. Bei dieser Ausführungsform muß die Formvorrichtung nicht aus SpezialStahl bestehen, vielmehr kann sie aus üblichem Kohlenstoffstahl und Weichstahl bestehen.
Beispiele 2 bis 8
Die folgende Tabelle zeigt die Ausformbedingungen bei verschiedenen thermoplastischen hochmolekularen Materialien. In der Tabelle bedeutet Tmax die höchste Erhitzungstemperatur und Tp diejenige Temperatur, bei der mit dem Anlegen des Preßdrucks begonnen wird.
Beispiele Thermoplastisches Glasübergangs (X) ' max Druckkraft Ausform
hochmolekulares temperatur Tg Raumtemp. dauer
Material Raumtemp.
(C) Raumtemp. (0O (g/mm2) (min)
2 Polyacetalharz ca. 100 Raumtemp. 130 300 ca. 12
3 Polyamidharz (Nylon 6/5) ca. 50 80 500 ca. 10
4 Polycarbonatharz ca. 150 Raumtemp. 180 300 ca. 15
5 Acrylnitril/Butadien/ ca. 120 Raumtemp. 150 300 ca. 15
Styrol-Harz Raumtemp.
6 Vinylchloridharz ca. 87 Zeichnungen 110 200 ca. 12
7 Methylmethacrylatharz ca. 105 130 400 ca. 15
8 Tetrafluorethylen ca. 126 160 100 ca. 13
Hierzu 1 Blatt

Claims (1)

  1. Patenianspruch:
    Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus thermoplastischem hochmolekularem Material, bei dem ein Rohling in eine Form gebracht und darin durch Pressen bei einer Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur Tg zu dem Formkörper umgeformt wird und der Formkörper danach abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling auf eine Temperatur geringfügig unterhalb seiner Glasübergangstemperatur Tg erwärmt, dann der Preßdruck angelegt und der Vorformling unter Formdruck bis auf 20 bis 500C über die Glasübergangstemperatur Tg erhitzt wird und schließlich der Formkörper auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg abgekühlt wird.
DE19752520497 1974-05-31 1975-05-07 Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers aus thermoplastischem hochmolekularem Material Expired DE2520497C3 (de)

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CH595411A5 (de) 1978-02-15

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