DE2759621C2 - Biaxialgereckte Kunststofftafel mit erhöhter Wärmeformbeständigkeit - Google Patents
Biaxialgereckte Kunststofftafel mit erhöhter WärmeformbeständigkeitInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine biaxial gereckte Kunststofftafel nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Sie läßt sich aus Kunststoffen herstellen, die einen ausgeprägten thermoelastischen Zustandsbereich oberhalb
der Glastemperatur und unterhalb des thermoplastischen Zustandsbereichs aufweisen. Bei der biaxialen
Reckung im thermoelastischen Zustand werden die Polymermoleküle in einen orientierten Zustand übergeführt,
in dem sie durch Abkühlung unter die Erweichungstemperatur eingefroren werden. Die mechanischen
Eigenschaften und die Witterungsbeständigkeit des Kunststoffes werden durch die Reckung spürbar
verbessert.
Ein Nachteil der gereckten Kunststofftafeln ist ihre gegenüber dem ungereckten Material verminderte
Wärmeformbeständigkeit. Während beispielsweise ungerecktes Polymethylmethacrylat (PMMA) eine Wärmeformbeständigkeit
nach Vicat von 1150C hat, beginnt
biaxial um je 70% gerecktes PMMA bereits bei 650C langsam zu schrumpfen. Diese Schrumpfung erreicht
einen mit der Temperatur und dem ursprünglichen Reckungsrad steigenden Grenzwert. Er beträgt 0,2%
bei 70° C, 0,5% bei 800C und Wo bei 90° C, jeweils
bezogen auf die Längenausdehnung des gereckten Materials. Diese Rückschrumpfung kann trotz des
geringen Betrags nicht immer vernachlässigt werden, denn sie kann beispielsweise dazu führen, daß eine am
Rand in einem Rahmen gefaßte Kunststoffscheibe aus dem Rahmen herausgezogen wird. Dies läßt sich zwar
durch eine Vorbehandlung bei der höchsten zu erwartenden Gebrauchstemperatur vermeiden, jedoch
ist eine solche Vorbehandlung aufwendig und die höchste Gebrauchstemperatur nicht immer genau
genug vorherzusehen.
Aus der DE-OS 25 36 461 ist es bekannt, einen Verbundkörper aus wenigstens zwei Schichten aus
thermoplastischen Kunststoffen biaxial zu recken. Beispielsweise können die Kernschicht des Verbundkörpers
aus Polyvinylchlorid (PVC) und die an der 5 Oberfläche gelegenen Schichten aus PMMA bestehen.
Der Verbundkörper läßt sich bei einer Temperatur, bei der die PMMA-Schichten thermoelastisch sind, biaxial
recken. Da PVC eine um etwa 25° C niedrigere Glastemperatur als PMMA hat, ist es bei der
ίο Recktemperatur bereits thermoplastisch, so daß in der
PVC-Schicht keine nennenswerte Molekülorientierung eintritt. Das gereckte Verbundmaterial zeigt etwa die
gleichen Rückschrumpfeigenschaften wie biuxial gerecktes PMMA. Bei den Temperaturen, bei denen ein
deutlicher Rückschrumpf der PMMA-Schicht eintritt, beginnt der Kern aus PVC zu erweichen und setzt dem
Rückschrumpf keinen Widerstand entgegen. Liegen die Glastemperaturen der am Aufbau des Verbundkörpers
beteiligten Kunststoffe näher beieinander, so liegen sie bei der Reckung beide im chermoelastischen Zustand
vor, so daß sie auch beide orientiert werden und ein gleichartiges Rückschrumpfverhalten zeigen.
In der Praxis hat es sich bewährt, als Wärmeformbeständigkeit einer gereckten Kunststofftafel diejenige
Temperatur anzugeben, bei der die Rückschrumpfung einen Grenzwert von 0,5% nicht überschreitet. Die
Erfindung geht von der Aufgabe aus, die Wärmeformbeständigkeit von biaxial gereckten Kunststofftafeln zu
erhöhen und möglichst der Glastemperatur des
jo Kunststoffes anzunähern.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs
gelöst
Der von Reckspannungen weitgehend freie Kern der Kunststofftafel ist gleichsam mit einer gereckten Haut
überzogen. Der unterschiedlichen Reckung im Kern und den oberflächennahen Schichten entspricht eine unterschiedliche
Molekülorientierung. Bei Temperaturen unterhalb der Glastemperatur, bei der gleichmäßig
gereckte Kunststofftafeln in der oben beschriebenen Weise schrumpfen, treten vergleichbare Schrumpfkräfte
bei den erfindungsgemäßen Tafeln nur im Oberflächenbereich ein, während der weniger gereckte
Kernbereich entweder einen geringeren Grenzwert des
4r> Schrumpfes oder im günstigsten Fall gar keinen
Rückschrumpf aufweist und eine Schrumpfung der oberflächennahen Schichten verhindert. Dieser Effekt
ist um so stärker, je größer die Differenz zwischen den Reckungsgraden im Kernbereich und an der Oberfläche
ist. Um dem Material die Vorteile des biaxial gereckten Kunststoffes zu verleihen, beträgt die Reckung in den
Oberflächenschichten vorzugsweise 40 bis 120%. Die Reckung im Kernbereich sollte so niedrig wie möglich
liegen. Überraschenderweise zeigt dieses unterschiedlieh
gereckte Material die gleichen Vorzüge wie homogen gerecktes Material. Dies ist dadurch zu
erklären, daß für das Witterungs- und Korrosionsverhalten die gereckten Oberflächenschichten verantwortlich
sind und diese Schichten auch bei mechanischen Biegebeanspruchungen den überwiegenden Teil der
auftretenden Kräfte aufnehmen.
Die erhöhte Wärmeformbeständigkeit von erfindungsgemäßen
Kunststofftafeln aus PMMA mit einer biaxialen Reckung von je 70% in den Oberflächenschichten
und einer völlig ungereckten Kernschicht wird in der nachfolgenden Tabelle im Vergleich zu
homogen biaxial um je 70% gerecktem PMMA veranschaulicht.
Temperung
(Stunden)
Temperatur
(% der ursprünglichen Länge)
PMMA, homogen biaxial um
je 70% gereckt
PMMA, Oberflächenschichten biaxial um je 70% gereckt, Kern
ungereckt
20
20
20
20
90
20
20
20
20
20
20
90
20
20
20
70
80
90
95
95
100
105
110
0,2
0,5
1,0
0,5
1,0
6,0
0,2
1,0
6,6
Die Meßwerte wurden an Probekörpern von 200 χ 200 mm Größe ermittelt. Auf jedem Probekörper
war ein Kreis von 100 mm Durchmesser eingeritzt, dessen Durchmesser bei der Temperung allmählich
abnimmt Die Abnahme ist in Prozent des ursprünglichen Durchmessers angegeben. Es ergibt sich eine
Wärmeformbeständigkeit von 100 bis 105° C was mit der Glastemperatur von PMMA übereinstimmt. Dagegen
liegt die Wärmeformbeständigkeit des homogen gereckten PMMA nur bei 70 bis 80°C. Die erfindungsgemäßen
Kunststofftafeln sind im allgemeinen 1 bis 8 mm dick.
Bedingt durch die Herstellung sind die Kern- und Oberflächenbereiche im allgemeinen nicht scharf
voneinander getrennt. Bei dem Herstellungsverfahren, das unten genauer beschrieben wird, bildet der
Reckungsgrad einen von der Oberfläche bis zum Kern kontinuierlich abnehmenden Gradienten. Als Grenze
zwischen dem Kern und dem Oberflächenbereich wird die Zone angesehen, bei der der Reckungsgrad den
Mittelwert zwischen dem höchsten und dem niedrigsten vorkommenden Reckungsgrad erreicht. Die Grenze
kann allerdings bei anderen Herstellungsverfahren ziemlich scharf sein, so daß ein solcher Mittelwert nicht
auftritt.
Die erfindungsgemäßen Tafeln können aus allen Kunststoffen hergestellt werden, die bei bestimmten
Temperaturen oberhalb der Erweichungstemperatur und unterhalb des thermoplastischen Zustands einen
thermoelastischen Zustandsbereich haben, in dem eine Molekülorientierung erreicht und durch Abkühlen
eingefroren werden kann. Diese Orientierung ist die eigentliche Ursache für die Eiigenschaftsverbesserung.
Der therrnoelastische Zustandsbereich von Kunststoffen
ist in G. Schreyer, »Konstruieren mit Kunststoffen« (1972), S. 384-414,456-492 eingehend beschrieben. Zu
den verwendbaren Kunststoffen gehören z. B. Polymethylmetharcrylat
oder Mischpolymerisate von mehr als 80% Methylmethacrylat mil anderen Acryl- oder
Methacrylestern oder -nitrilen, sowie Polystyrol, Styrol-Acrylnitril-Mischpolymerisate.,
Polyvinylchlorid und deren schlagzähe Modifikationen, Polyolefine, Polyamide, Polyoxymethylen, thermoplastische Polyester. Die genannten
Kunststoffe auf Basiü von Methylmethacrylat sind bevorzugt. Da die Temperatur in der Reckzone
sehr genau eingestellt werden kann, können die erfindungsgemäßen Tafeln auch aus Kunststoffen mit
einem sehr schmalen Temperaturbereich des thermoelastischen Zustands hergestellt sein. Wenn das
verwendete Kunststoffband durch Extrusion hergestellt worden ist, richten sich die Anforderungen an das
Molekulargewicht und die Schmelzviskosität des Kunststoffes
in an sich bekannter Weise nach den Bedingungen der Extrusion. Grundsätzlich kann für die
Erfindung jedes Kunststoffmaterial als geeignet angesehen werden, dessen thermoelastische Spannung innerhalb
der zum Umformen bis zum Einfrieren erforderlichen Zeitspanne nicht wesentlich relaxiert
Vorzugsweise besteht die erfindungsgemäße Kunststofftafel aus einem extrudierbaren Kunststoff, d. h.
einem Material, das oberhalb des thermoelastischen einen thermoplastischen Zustandsbereich aufweist Ein
Kunststoff dieser Art ist z. B. Acrylglas mit einem Molekulargewicht zwischen 100.000 und 400.000. Derartige
Werkstoffe gestatten ein besonders einfaches Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäßen
Kunststofftafeln. Die ungereckte Tafel wird in der Weise erwärmt, daß sie im Kernbereich eine Temperatur
im thermoplastischen Zustandsbereich und in der Oberflächenschicht eine Temperatur im thermoelastischen
Zustandsbereich hat Zweckmäßig erreicht man dies durch anfängliches Erhitzen der ganzen Tafel bis
zum thermoplastischen Zustand und nachfolgende Abkühlung bis zum Eintritt der Oberflächenschicht in
den thermoelastischen Zustand. Dabei stellt sich ein von außen nach innen ansteigender Temperaturgradient ein.
In diesem Zustand wird die Tafel biaxial gereckt. Dabei
tritt nur in der oberflächennahen Schicht, wo das Material thermoelastisch ist, eine Molekülorientierung
und damit eine echte Reckung ein. Dagegen wird der Kernbereich plastisch verformt, ohne daß eine Molekülorientierung
stattfindet.
j5 Dieses Verfahren eignet sich besonders zur kontinuierlichen
Herstellung der erfindungsgemäßen Tafeln, was nachfolgend am Beispiel der Verarbeitung einer
PMMA-Formmasse vom Molekulargewicht 180.000 erläutert wird. Die Formmasse wird in an sich bekannter
Weise in einem Extruder aufgeschmolzen und in einer Breitschlitzdüse bei einer Temperatur von 230° zu
einem kontinuierlich fließenden Band von 700 mm Breite und 6 mm Dicke extrudiert. An die Extrusionsdüse
ist ein gekühlter Formkanal angeschlossen, worin die Oberfläche des Stranges auf eine Temperatur von 130°
bis 150° C abgekühlt wird. In diesem Zustand wird das
Band biaxial gereckt. Das Band wird dabei auf eine Breite von 1200 mm gedehnt. Durch eine erhöhte
Abzugsgeschwindigkeit wird gleichzeitig eine Längsreckung um 70% bewirkt. Während der biaxialen
Reckung nimmt die Dicke des Bandes von 6 auf 2 mm ab. Das gereckte Band wird unter die Erweichungstemperatur,
mindestens auf 80° C, abgekühlt Danach wird das Band gegebenenfalls besäumt und zu Tafeln von
gewünschter Länge geschnitten.
Bei einer besonders vorteilhaften Arbeitsweise wird die Extrusionsdüse druckdicht an einen aus drei
nacheinander folgenden Zonen bestehenden Formkanal angeschlossen. In der ersten Zone wird das extrudierte
Band bis zum thermoelastischen Zustand der Oberflächenschicht abgekühlt, während der Kernbereich
thermoplastisch bleibt. In der darauffolgenden zweiten Zone wird die Oberflächentemperatur durch entsprechende
Temperierung des Formkanals konstant gehal-
b5 ten. In dieser Zone nimmt die Dicke des Formkanals ab
und die Breite zu, wobei die Querschnittsfläche sgesamt allmählich abnimmt. Das Formmassenband
wird durch den im Extruder erzeugten Massendruck
durch die Zone hindurchgepreßt und dabei biaxial gereckt In der nachfolgenden dritten Zone, deren
Querschnitt mit dem am Ende der zweiten Zone übereinstimmt, wird das Band unter die Erweichungstemperatur
abgekühlt Es ist vorteilhaft, am Beginn der ersten Zone ein hochviskoses Schmiermittel in den
Formkanal einzuleiten, um die Bewegung des Bandes zu erleichtern. Das Herstellungsverfahren selbst ist nicht
Gegenstand der Erfindung. Die erfindungsgemäßen Tafeln haben alle Vorzüge der bekannten, homogen
biaxial gereckten Kunststofftafeln, übertreffen diese jedoch in der Wärmeformbeständigkeit Sie können
daher bei höheren Temperaturen verwendet werden, ohne daß eine Rückschrumpfung zu befürchten ist
Claims (5)
1. Biaxial gereckte Kunststofftafel mit erhöhter Wärmeformbeständigkeit aus Kunststoff, der in
einem Temperaturbereich oberhalb der Erweichungstemperatur und unterhalb des thermoplastischen
Zustar.dsbereichs einen thermoelastischen Zustandsbereich hat, dadurch gekennzeichnet,
daß die biaxiale Reckung im oberflächennahen Bereich wesentlich höher als im Kern ist.
2. Kunststofftafel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern im wesentlichen
ungereckt ist.
3. Kunststofftafel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Reckungsgrad
im oberflächennahen Bereich 40 bis 120% beträgt
4. Kunststofftafel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Kunststoffauf
Basis von Methylmethacrylat besteht.
5. Kunststofftafel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekulargewicht des
Kunststoffes bei 100.000 bis 400.000 liegt
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2759621A DE2759621C2 (de) | 1977-02-17 | 1977-02-17 | Biaxialgereckte Kunststofftafel mit erhöhter Wärmeformbeständigkeit |
CA000349690A CA1141924A (en) | 1977-02-17 | 1980-04-11 | Biaxially stretched lengths of synthetic resin material with enhanced dimensional stability under the application of heat |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2706688A DE2706688C2 (de) | 1977-02-17 | 1977-02-17 | Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Recken eines Kunststoffbandes |
DE2759621A DE2759621C2 (de) | 1977-02-17 | 1977-02-17 | Biaxialgereckte Kunststofftafel mit erhöhter Wärmeformbeständigkeit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2759621C2 true DE2759621C2 (de) | 1981-10-29 |
Family
ID=25771618
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2759621A Expired DE2759621C2 (de) | 1977-02-17 | 1977-02-17 | Biaxialgereckte Kunststofftafel mit erhöhter Wärmeformbeständigkeit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2759621C2 (de) |
-
1977
- 1977-02-17 DE DE2759621A patent/DE2759621C2/de not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
NICHTS ERMITTELT * |
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