DE69322130T2

DE69322130T2 - Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus vernetzbarem Kunststoff

Info

Publication number: DE69322130T2
Application number: DE69322130T
Authority: DE
Inventors: James Frederick Eaton Ford St.Neots Cambridgeshire Keys
Original assignee: Standard Products Co
Current assignee: Cooper Standard Automotive Inc
Priority date: 1992-05-22
Filing date: 1993-05-18
Publication date: 1999-04-15
Anticipated expiration: 2013-05-19
Also published as: EP0576137B1; EP0576137A1; DE69322130D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen von Körpern, die Duroplast-Polymere enthalten, und das Produkt des Verfahrens. Sie eignet sich insbesondere dazu, einen Bereich eines Körpers in eine gewünschte Form zu bringen, oder Körper miteinander zu verbinden, wie Körper aus extrudierten gestreckten Streifen aus thermisch stabilen, kovalent vernetzten Polymeren. Sie betrifft insbesondere das In-die gewünschte-Formbringen eines Bereiches vernetzter Kautschuk-Extrudate, wie Elastomervulkanisat-Dichtungsstreifen und Dichtungsstreifen oder Zierleisten, sowie das Verbinden dieser vernetzten Extrudate.
Duroplast-Polymere sind durch ein kovalent vernetztes thermostabiles Netzwerk charakterisiert, wohingegen Thermoplast- Polymere beim Erhitzen und unter Druck weich werden und fließen. Die wärmehärtbaren Polymere vernetzen gewöhnlich beim Erwärmen, obwohl einige, bspw. Urethane und Epoxidharze, wenig oder keine Wärme dazu benötigen. Die Wärmehärtung kann gleichzeitig mit der Polymerisation oder wie bei den Kautschukvulkanisaten danach erfolgen. Der Fachmann weiß, dass sich die Erfindung allgemein auf die Klasse der Duroplast-Polymere, d. h. thermostabile, kovalent vernetzte Polymermaterialen, anwenden lässt. Die Erfindung lässt sich jedoch anhand der bevorzugten Ausführungsformen leichter verstehen. Diese betreffen in der Autoindustrie verwendete extrudierte Kautschukvulkanisatstreifen, wie Dichtungsstreifen, Zierleisten und Glasführungskanäle.
Dichtungsstreifen, Zierleisten, Glasführungskanäle und dergleichen werden gewöhnlich hergestellt, indem ungehärtete, d. h. unvulkanisierte Elastomermaterialien extrudiert werden. Das dabei entstehende Extrudat wird dann vulkanisiert und auf die geeignete Länge geschnitten. Häufig möchte man einen Streifenabschnitt nach dem Vulkanisieren weiter formen, so dass dieser eine Krümmung erhält. Beim Biegen von bereits vulkanisierten Materialien treten jedoch Nachteile auf. Zudem möchte man häufig diese Abschnitte oder Streifen miteinander verbinden, sodass man eine End-an-End-Verbindung, ein T-Stück oder eine Ecke erhält.
GB-A-2140065 offenbart einen verstärkten Dichtungsstreifen mit einem ersten Glasführungskanal und einem umgekehrt angeordneten Flanschabschlussabschnitt, der die Struktur am Fensterrahmen einer Autotür befestigt. Dichtungsstreifen dieses Typs haben gewöhnlich eine elastische Lippe, die vom freien Ende der Außenwand des Flanschabschlussabschnittes ausgeht. Diese Lippe ragt über die Karosserie der Fahrzeugtür und bedeckt den Bereich neben dem Flanschabschluss. Wird der Dichtungsstreifen in die gewünschte Form gebogen, so dass er genau in die Türöffnung passt, verformt sich jedoch die Lippe stark an der Krümmung, da sie aus der Form gedehnt wird. Dadurch entsteht ein ungleichmäßiger und unansehnlicher Abschluss an den Ecken oder Krümmungen des geformten Dichtungsstreifens. Ein ähnliches Problem besteht auch bei Kofferraumdichtungen für Sportwagen oder dergleichen. In solchen Fällen dient die Lippe dazu, Punktschweißungen auf der Karosserie zu verdecken und stellt eine Regenrinne oder dergleichen bereit. Es hat sich herausgestellt, dass sich die Lippe verdreht und an den Eckbereichen von der Karosserie wegbewegt, wenn die Dichtung um die Kofferraumöffnung gebogen ist. Früher hat man dieses Problem dadurch bewältigt, dass die Lippe an den Ecken weggekerbt und wieder in die richtige Form gebracht wurde.
Ein Verfahren, mit dem dieses Problem gelöst wird, ist der Einsatz eines kombinierten Extrusions- und Formverfahrens. Dieses Verfahren umfasst allgemein das Extrudieren von unvulkanisiertem Kautschuk in ein gewünschtes Profil und Vulkanisieren des Kautschuks durch Wärme unter gleichzeitigem Vernetzen. Das Extrudat wird nach dem Vulkanisieren auf die gewünschte Länge geschnitten und für den Formschritt vorbereitet, damit es mit einem anderen Formabschnitt verbunden werden kann. Für eine Eckverbindung werden bspw. die Enden eines Extrudatpaars in einer Eckform untergebracht. Dann wird unvulkanisierter Kautschuk in die Hohlform gefüllt, so dass man einen Eckabschnitt erhält. Das unvulkanisierte Eckmaterial wird dann erwärmt und somit vulkanisiert und an die bereits vulkanisierten Extrudate gebunden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass ein Produkt mit unansehnlichen Verbindungslinien an den Schnittenden des gestreckten Extrudats hergestellt wird. Die bei diesem Verfahren erhaltene Verbindung ist auch nicht so stark wie das Extrudat an sich. Die Verbindungslinien haben auch mehrere Ursachen, und zwar erstens: Werden die Enden der gehärteten Extrusionen in der Eckform untergebracht, muss die Form die Enden der Extrusionen festspannen, damit diese dem auf die Extrusion ausgeübten Hohlformdruck des eingebrachten Eckmaterials standhält. Dadurch wird verhindert, dass die Extrusion aus der Form gedrückt wird. Die Extrusion verteilt sich aufgrund der Spannwirkung linear im Extrusionsspannbereich. Beim Öffnen der Form am Ende des Eckenformungsverfahrens schnellt die verdrängte Extrusion aufgrund der elastischen Eigenschaften des gehärteten Kautschuks wieder zurück in die Ausgangsform. Diese Entspannung erfolgt - abgesehen von der Verbindungsgrenze zwischen Extrusion und der geformten Ecke - ungehindert. Dort verursacht die Extrusionsgrößenentspannung eine Dehnung und bewirkt eine Maßabweichung im geformten Material, die Probleme hinsichtlich des Aussehens und der Funktion, d. h. beim Abdichten, hervorruft. Ein weiterer Grund für unansehnliche Verbindungslinien ist unterschiedlicher Glanz. Eine Glanzabweichung besteht zwischen dem Extrudat und der geformten Ecke, da die Extrusions- und Formverfahren unterschiedlich verlaufen. Die Oberflächen werden entlang einer deutlichen Linie miteinander verbunden. Die Glanzabweichung ist daher auffällig und für das Aussehen unvorteilhaft.
Ein dritter Grund für unansehnliche Verbindungslinien beruht auf einem Farbunterschied der geformten Extrudatabschnitte. Nicht zueinander passende Farben sind unansehnlich, und selbst wenn für das Extrudat und die geformten Abschnitte des Gegenstandes das gleiche Material verwendet wird, kann ein unterschiedlicher Vernetzungsgrad des Materials eine unangenehme Farbabweichung hervorrufen.
Es gibt erfindungsgemäß einen Übergangsbereich zwischen vulkanisiertem und unvulkanisiertem Kautschuk. Farb- und/oder Glanzunterschiede gehen daher entlang eines Bereichs oder einer Fläche ineinander über, so dass der Übergang weniger sichtbar ist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren vermeidet, dass unvulkanisierter Kautschuk an die Schnittfläche des Kautschukvulkanisats bindet. Dieses Verfahren bindet Stücke von zuvor vernetztem Harz an die Grenzflächen von unvernetztem Harz. Die Bindung zwischen den Stücken ist stark, da die unvernetzten Polymerketten den gebundenen Bereich überbrücken können, bevor sie vernetzt werden. Das Verfahren erleichtert zudem das Biegen oder anderweitige Formen eines Extrudats aus Harzvulkanisat.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Formen eines Duroplast-Polymerelementes bereitgestellt, umfassend die Schritte:
(a) das Bereitstellen eines Elementes aus einem vernetzbaren Polymermaterial, das sich zur Herstellung eines thermostabilen Polymers vernetzen lässt;
(b) das selektive Vernetzen des Polymermaterials, aus dem das Element besteht, wodurch ein erster Bereich des Elementes im wesentlichen unvernetzt bleibt, wobei dieser erste Bereich durch einen partiell vernetzten Übergangsbereich von einem im wesentlichen vernetzten Bereich des Elementes getrennt ist;
(c) das Herstellen des ersten Bereiches und des Übergangsbereiches;
(d) das Unterbringen des ersten Bereiches und des Übergangsbereiches in einer Hohlform;
(e) das Einbringen weiteren wärmehärtbaren, unvernetzten Materials in die Hohlform, das einen Kontakt zum ersten Bereich herstellt; und
(f) im wesentlichen Vernetzen des zusätzlichen unvernetzten wärmehärtbaren Materials, des ersten Bereichs und des Übergangsabschnittes, wodurch man ein geformtes Duroplast- Polymerelement erhält, das im wesentlichen keine sichtbaren Verbindungslinien aufweist.
Die Erfindung betrifft zudem das durch dieses Verfahren hergestellte geformte Duroplast-Polymerelement.
Das Polymerelement ist vorzugsweise ein gestrecktes Duroplast-Polymerelement.
Das gestreckte Polymerelement, das dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen wird, wird vorzugsweise durch ein Extrusionsverfahren hergestellt. Dieses Verfahren, an das sich ein Härtungsschritt anschließt, wird gewöhnlich zur Herstellung von Duroplast-Polymerkomponenten für die Autoindustrie verwendet. Das gestreckte Element wird der Einfachheit halber nachstehend als Extrudat bezeichnet. Man beachte aber, dass sich das unvernetzte Polymerelement durch andere Herstellungsverfahren als durch Extrusion herstellen lässt.
Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein gestrecktes Duroplast- Extrudat mit sich selbst oder einem weiteren gestreckten Duroplast-Extrudat durch die nachfolgenden Schritte verbunden. Die dabei bereitgestellte Verbindung oder der Verbund ist stark und weist keine sichtbare Verbindungslinie auf. Zuerst wird ein Körper aus unvernetztem wärmehärtbarem Harz selektiv gehärtet, so dass ein Bereich aus im wesentlichen vernetztem thermostabilem Harzmaterial, ein weiterer mit einer Fläche aus im wesentlichen unvernetztem Material und ein dazwischenliegender Übergangsbereich bereitgestellt werden. Die Fläche, der Übergangsbereich und der benachbarte Teil werden in einer Hohlform untergebracht und effizient mit einer weiteren Fläche, einem weiteren Übergangsbereich sowie einem weiteren Nachbarteil zusammengebracht. In die Form wird unvernetztes wärmehärtbares Material gespeist, so dass die Flächen miteinander wirksam in Kontakt kommen. Schließlich wird das Material in der Form bspw. durch Erwärmen vernetzt.
Nach einer zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt das selektive Erhärten im Extrusionskörper. Demzufolge befindet sich der ungehärtete Bereich nicht am Ende oder an der Vorderseite des Teils, sondern im gestreckten Bereich. Auf diese Weise lässt sich der Gegenstand in eine gewünschte Krümmung bringen, in einer Spannvorrichtung oder Form unterbringen, und die gehärteten und Übergangsbereiche lassen sich in die gewünschte Form härten.
Bei der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der im Formschritt (c) das selektive Härten im Extrusionskörper erfolgt, lässt sich das gestreckte Element herstellen, indem die unvernetzte Stelle und dann der unvernetzte Bereich in die gewünschte Krümmung gebogen werden, und der Übergangsbereich lässt sich durch Formen und anschließendes Vernetzen herstellen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das selektive Vernetzen derart, dass ein Zwischenbereich des Extrudats im wesentlichen unvernetzt bleibt. Dadurch kann das partiell fertiggestellte Extrudat in die gewünschte Krümmung gebracht werden, in einer Spannvorrichtung oder Form untergebracht werden, und die unvernetzten und Übergangsbereiche in die gewünschte Form, bspw. durch Erhitzen, gehärtet werden. Zusätzliches unvernetztes wärmehärtbares Material wird vor dem Härten in die Form gespeist, so dass ein Kontakt zum unvernetzten Bereich des Elementes hergestellt und zusätzliche Masse bereitgestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich bei vielen wärmehärtbaren Polymeren anwenden. Diese Polymere verändern sich beim Erwärmen irreversibel und sind dann thermostabil, d. h. nicht thermoplastisch. Wärmehärtbare Polymere lassen sich durch Erwärmen mit oder ohne zusätzliche "Härter" härten oder vernetzen. Sie können auch durch Bestrahlung oder eine chemische Reaktion in den Duroplast-Zustand vernetzt werden. Beispiele für wärmehärtbare Polymere sind Phenol-, Alkyd-, Aminoharze, ungesättigte Polyesterharze, Epoxyharze, Silikone, Urethanformen und Elastomere, wie Natur- oder Synthesekautschuk. Zum Synthesekautschuk gehören u. a. cis-1,4-Polyisopren, Polybutadien, Poly(butadien-co-styrol)(SBR), Poly(butadien-coacrylnitril), Poly(isobutylen-coisopren), Poly(ethylen-copropylen-co-dien)(EPDM), Polychloropren, Polydimethylsiloxan, Polyalkylensulfid, Polyester- oder Polyetherurethane.
Bei bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Duroplast-Polymer ein Natur- oder Synthesekautschuk, wie der Synthesekautschuk EPDM.
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet, dass der umgeformte Bereich des fertigen Polymerelementes keine sichtbare Verbindungslinie aufweist.
Die Begriffe "im wesentlichen unvernetzt" und "im wesentlichen vernetzt" bedeuten für den Fachmann in diesem Zusammenhang "relativ geringfügig vernetztes Polymer" bzw. "Relativ stark vernetztes Polymer". Die prozentuale Vernetzung hängt vom jeweils eingesetzten Polymer ab. Das relativ geringfügig vernetzte Polymer ist ein verarbeitbares Material, d. h. extrudierbares Polymer. Das relativ stark vernetzte Polymer ist soweit vernetzt, dass es stabil ist. Demnach eignet sich das Polymer für den gewünschten Endgebrauch.
Unter einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist das gestreckte Extrudat ein Dichtungsstreifen mit einem Befestigungsabschnitt zum Befestigen des Streifens am Fahrzeug und einer Dichtungslippe, die mit dem Befestigungsabschnitt geformt wird und davon absteht. Beim Verfahren zur Herstellung des Streifens ist der Befestigungsabschnitt im wesentlichen vernetzt, wohingegen mindestens ein Abschnitt der Lippe unvernetzt bleibt. Es wird auch ein partiell vernetzter Übergangsabschnitt zwischen dem vernetzten und dem unvernetzten Bereich gebildet. Der Dichtungsstreifen wird in die gewünschte Krümmung gebracht, indem er über eine Stelle gebogen wird, die mit dem unvernetzten Abschnitt der Lippe zusammenfällt. Nach diesem Formgang wird der unvernetzte Abschnitt der Lippe in die gewünschte Gestalt gebracht und anschließend vernetzt. Das Ergebnis der Erfindung ist, dass die Lippe im Bereich der Biegung im wesentlichen unverformt bleibt.
Der Befestigungsabschnitt ist unter diesem bevorzugten Aspekt der Erfindung vorzugsweise kanalförmig. Er hat einen Boden und zwei Seitenwände und ist so angelegt, dass er sich von einem Flansch aufnehmen lässt. Er ist vorzugsweise fest. Diese Steifheit kann durch ein Verstärkungselement erzeugt werden, das vorzugsweise durch den Boden und die Seitenwände verläuft. Der Befestigungsabschnitt kann ersatzweise einen elastischen Kern haben, wie einen Drahtträger oder einen durchgezogenen Stahl. Das Duroplast-Polymermaterial wird als Schicht auf dem Verstärkungselement bereitgestellt. Der Befestigungsabschnitt kann an sich bekannte Elemente besitzen, mit denen er an einem Flansch befestigt werden kann, bspw. Rippen, die aus den Seitenwänden des Kanals zum Boden ragen.
Das bspw. im Befestigungsabschnitt eingebettete Verstärkungselement kann fest oder gelöchert sein und besteht bspw. aus Metall, wie Stahl oder Aluminium. Man kann auch andere Verstärkungen, wie Metalldrahtgewebe, einsetzen. Der Befestigungsabschnitt kann ersatzweise aus einem festen Duroplast-Polymer bestehen, das nicht weicher als 90º Shore A und vorzugsweise nicht weicher als 50º + Shore D ist. Damit entfällt das nötige herkömmliche Metallverstärkungselement zur Verleihung der Festigkeit. Die Lippe besteht bei dieser Ausführungsform aus einem relativ weichen Duroplast-Polymer. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Streifen als Abdichtung der Fensteröffnung einer Autotür verwendet. Er kann einen integrierten Glasführungskanal besitzen, der zum Befestigungsabschnitt umgekehrt angeordnet ist. Es können ein oder mehr Dichtungslippen bereitgestellt werden, die aus einer oder beiden Seitenwänden ragen. Damit wird eine Glasscheibe im Kanal abgedichtet. An der Oberfläche des Bodens im Kanal und den Dichtungen, die aus den Seitenwänden des Glasführungskanals ragen, sind vorzugsweise Flockfasern befestigt, die die Reibung mit der Glasscheibe mindern.
Beider zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der unvernetzte Bereich durch einen Formgang in die gewünschte Form gebracht werden, bei dem das unvernetzte Polymer-Material weich werden kann. Dadurch werden Verformungen aus einem vorhergegangenen Biegeschritt beseitigt. Das weichgewordene Material fließt und füllt die Form aus. Die Form hat bei einer Ausführungsform die Gestalt eines porösen Metallblocks, der ein Vakuumsystem aufweist. Dieses zieht den Bereich gegen die Form in die gewünschte Gestalt. Die Form kann bei Bedarf erwärmt werden, was das Erweichen des unvernetzten Bereiches unterstützt. Es lassen sich verschiedene Formtypen einsetzen, mit denen der unvernetzte Bereich in vielfältige Gestalt gebracht werden kann. Der Bereich lässt sich bspw. pressformen, so dass er gestreckt wird. Dadurch erhält das fertige Element eine schönere Oberfläche. Die Form ist alternativ mit Vorrichtungen zum Schneiden des Bereiches versehen, so dass man eine gleichmäßige Oberfläche erhält.
Das anschließende Härten erfolgt unter Erwärmen (während sich der ursprünglich unvernetzte Bereich noch in der Form befindet oder nach Entfernen des Bereiches aus der Form) oder durch Infrarotstrahlung, die auf den entsprechenden, zu vernetzenden Bereich gerichtet wird.
Das selektive Härten lässt sich durch verschiedene Verfahren erzielen. Man kann bspw. einen Abschnitt des Elementes in Längsrichtung abschirmen und das übrige Element bspw. durch Infrarotstrahlung härten. Das selektive Härten kann auch erfolgen, indem ein Abschnitt des Elementes, der unvernetzt bleiben soll, selektiv gekühlt wird, bspw. mit einem Wasserbenebelungs-Kühlsystem, das auf diesen Abschnitt gerichtet ist. Das Element lässt sich ersatzweise aus unterschiedlichen Polymeren herstellen, von denen mindestens eines mikrowellenempfindlich ist und mindestens eines der anderen nicht. Beim Härten des Elementes im Mikrowellenofen bleibt der Abschnitt des Elementes, der nicht empfindlich für Mikrowellenstrahlung ist, unvernetzt. Dieser Abschnitt lässt sich dann erneut formen und anschließend vernetzen.
Die Erfindung lässt sich am besten anhand der beigefügten Zeichnungen und der beigefügten Beschreibung verstehen. Es zeigt/zeigen:
Fig. 1 einen perspektivischen Ausschnitt eines Autos, an dem die bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen befestigt sind;
Fig. 2, eine Schnittansicht längs der. Linie 2-2 der Fig. 1, einen Glasführungskanal;
Fig. 3, eine perspektivische Ausschnittvergrößerung des Kreissektors mit der Bezugszahl 3 in Fig. 1 im Teilschnitt, eine Ecke des Glasführungskanals;
Fig. 4, ein Ausschnitt der Schnittansicht längs der Linie 4-4 der Fig. 1, ein Windschutzscheibenformteil;
Fig. 5, eine perspektivische Ausschnittvergrößerung des Kreissektors mit der Bezugszahl 5 in Fig. 1 im Teilschnitt, eine Ecke des Windschutzscheibenformteils;
Fig. 6-11, perspektivische Ausschnitte, die Schritte eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 12, eine zeichnerische Darstellung, das erfindungsgemäße selektive Vernetzen;
Fig. 13 ein Verfahren zum selektiven Kühlen eines Dichtungsstreifens;
Fig. 14 einen aus zwei unterschiedlichen Materialien hergestellten Dichtungsstreifen im Querschnitt;
Fig. 15 einen geformten Dichtungsstreifen im Querschnitt;
Fig. 16 einen andersartig geformten Dichtungsstreifen im Querschnitt;
Fig. 17 eine Ausführungsform eines geformten Eckabschnittes des Dichtungsstreifens; und
Fig. 18 eine herkömmliche Kofferraumabdichtung im Querschnitt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Bereitstellung von Fahrzeug-Glasführungskanälen, bei denen die Glasführung eine Ecke aufweist. Die bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind somit in der Fig. 1 dargestellt als Glasführungskanal 10 und Windschutzscheibenformteil 11, die an einem Auto 12 befestigt sind. Der Glasführungskanal 10 hat einen Eckabschnitt 14, und das Windschutzscheibenformteil 11 hat einen Eckabschnitt 15, hergestellt durch das erfindungsgemäße Verfahren.
Ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren ist in den Fig. 6-11 veranschaulicht. Ein erster Schritt ist in der Fig. 6 schematisch dargestellt. Demnach extrudiert ein Extruder 30 unvernetztes Kautschukextrudat 32, z. B. EPDM, auf ein Fließband 34. Das Extrudat 32 wird mit der Klinge 38 in Längsstücke 36 geschnitten.
Die Längsstücke 36 sind Körper aus im Wesentlichen unvernetztem Polymer, die sich später zur Bildung eines thermostabilen Polymers vernetzen lassen. Die Längsstücke 36 sind der Fig. 7 zufolge selektiv vernetzt, d. h. im Ofen 40 gehärtet. Selektives Vernetzen oder Härten bedeutet, das Längsstück wird so vernetzt oder gehärtet, dass ein im Wesentlichen vernetzter Bereich, ein im Wesentlichen unvernetzter Bereich und ein dazwischen befindlicher Übergangsbereich bereitgestellt werden. Über den Enden der Längsstücke 36 sind Wärmeschutzschilde 42 angebracht. Dadurch werden am Ausgang des Ofens 40 Längsstücke 36 mit im Wesentlichen unvernetzten Endflächen 44, vernetzten Längs- oder Körperabschnitten 36 und dazwischen befindlichen Übergangsbereichen 48 bereitgestellt.
Der hier verwendete Ausdruck "selektives Härten" lässt sich anhand der Fig. 12 besser verstehen. Die Fig. 12, ein Diagramm, veranschaulicht eine gewöhnliche Materialeigenschaft von Kautschuk, d. h. eine Rheometerkurve S0. Die Rheometerkurve wird erhalten durch einen Test an einer Testvorrichtung, bspw. einem Schwingscheibenrheometer (ASTMD084). Dieser wird von Fachleuten der Kautschukindustrie gewöhnlich als Test aufgefasst, mit dem man die relative Härtungsgeschwindigkeit eines Kautschukmaterials misst. Das Material wird bei diesem Test auf Vulkanisierungstemperatur (gewöhnlich zwischen 200ºF und 600ºF (93ºC und 316ºC)) unter Überdruck in einer verschlossenen Testkammer erhitzt, die eine Schwingscheibe enthält. Diese ist an einem Dehnungsmess-Streifen befestigt, der das zur Drehung der Scheibe nötige Drehmoment misst, wobei das Material bei der Härtungstemperatur gehalten wird.
Über der Rheometerkurve sind drei Bereiche angegeben, die der Verdeutlichung halber als "ungehärteter Bereich", "Übergangsbereich" und "gehärteter Bereich" bezeichnet sind. Diese Bereiche sind verallgemeinert und zeigen drei bestimmte Stoffzustände beim Vulkanisationsverfahren von Kautschuk, oder wie es in der Industrie ausgedrückt wird, zeigen sie den Härtungszustand. Der ungehärtete Bereich ist wahrscheinlich im Wesentlichen unvernetzt. Der Übergangsbereich stellt einen abgestuften Übergang zwischen ungehärtetem und gehärtetem Bereich dar. Der Erfindung zufolge dienen die drei Bereiche oder Stoffzustände eines extrudierten Gegenstandes der Herstellung eines extrudierten Produktes mit geformten Ecken, das keine sichtbaren Verbindungslinien zwischen den extrudierten und geformten Abschnitten aufweist. Die Extrusionen werden erfindungsgemäß in einem Herstellungsschritt erzeugt und in einheitliche Längsstücke geschnitten. Der Schnittbereich wird jedoch von einem Bereich aus ungehärtetem Kautschuk überlagert.
Zudem ist nahe des ungehärteten Bereichs Material im Übergangsbereich zwischen dem ungehärteten und dem gehärteten Bereich eingeschichtet.
Die Fig. 12 zeigt auch ein nach diesem Schritt hergestelltes extrudiertes Längsstück. Die Härtungszustandsbereiche sind aus dem Rheometerdiagramm extrapoliert. Sie veranschaulichen die Wirkung dieses selektiven Härtens. Das Extrudat 36 hat somit einen unvernetzten Bereich 44, einen Übergangsbereich 48 und einen vernetzten Körper 46.
Der Fachmann auf dem Gebiet der Kautschukextrusion und -härtung ersieht aus der Fig. 7, dass es zahlreiche Verfahren zur Herstellung einer selektiv gehärteten Kautschukextrusion gibt. Man kann bspw. den Bereich, der ungehärtet bleiben soll, mit einem Kaltluftstrom punktkühlen, während das Extrudat im Heißluftofen gehärtet wird. Man kann ersatzweise verschiedene andere Verfahren zur selektiven Härtung einsetzen, bei denen Wärmeübertragung und selektiver Energieeinsatz erfolgt, bspw.: Mikrowellenunterdrückung, Strahlungshärten, flüssige Härtungsmedien, Fließbett, Verdunstungskühlen, Abschirmung, Isolierung, usw. Das Beispiel der Fig. 13 zeigt eine Vorrichtung, mit der eine Lippe 70 eines Dichtungsstreifens selektiv gekühlt wird, so dass diese nicht härten kann, während der übrige Dichtungsstreifen vernetzt wird. Die Vorrichtung umfasst Wasserverteilungsvorrichtungen 72 und 74, die einen Nebel 76 auf der Lippe 70 verteilen. Dadurch wird sie gekühlt und kann nicht mehr gehärtet werden.
Der Dichtungsstreifen in Fig. 14 kann erfindungsgemäß vernetzt werden. Der Dichtungsstreifen 76 umfasst in dieser Ausführungsform zwei unterschiedliche wärmehärtbaren Polymermaterialien 78 und 80. Das Polymermaterial 78 lässt sich mit Mikrowellenstrahlen härten und bildet den Hauptkörper des Dichtungsstreifens 76. Das Polymermaterial 80 bildet die Lippe 70 und ist nicht mikrowellenhärtbar. Das Polymermaterial 78 wird im Mikrowellenofen vernetzt. Dabei bleibt die Lippe 70 aus dem Polymermaterial 80 erfindungsgemäß unvernetzt. Die drei Härtungszustandsbereiche in Fig. 12 sind zwar im Querschnitt deutlich voneinander abgegrenzt, jedoch gibt es auch erfindungsgemäße Formen, bei denen das Material in zwei oder drei Formen im Querschnitt enthalten ist. Auf diesem weg enthalten nur selektive Bereiche, wie die Sichtfläche, Material im ungehärteten Bereich. Die Darstellung zeigt zwar eine Extrusion aus einem einzigen Material, man kann jedoch alternative Konstruktionen aus verschiedenen Kombinationen von dichten und Schaumgummiverbindungen, Metallen, Thermoplastmaterialien und Geweben einsetzen, bei denen man je nach Anwendung unterschiedliche Beschichtungen einsetzt.
Das Längsstück 36 wird selektiv gehärtet, so dass ein unvernetzter Bereich 44, ein Übergangsbereich 48 und ein vernetzter Körper 46 entstehen. Anschließend wird es in einem Formverfahren mit einem weiteren Längsstück 36 unter Erzeugung einer Ecke, wie in den Fig. 8-11 veranschaulicht, verbunden.
Die geöffnete Form 52 in Fig. 8 umfasst eine obere Hälfte 54 und eine untere Hälfte 56 mit den Kanälen 58 bzw. 60. Diese bilden zusammen den Hohlraum 62. Die obere Hälfte 54 hat einen Formteilanguss 64, der mit dem Kanal 58 und daher mit dem Hohlraum 62 in Fließverbindung steht. Die Form 52 eignet sich zum Formen von Ecken. Man kann hier jedoch natürlich andere Formen für andere Profile verwenden. Zwei Endabschnitte der Längsstücke 36 werden in den Kanal 60 eingebracht, und die Formhälften 54 und 56 der Form 52 werden geschlossen, so dass sie die Endabschnitte in der Hohlform 62, wie in Fig. 9 veranschaulicht, einschließen. Beim Schließen der Form 52 werden die drei Härtungszustandsbereiche 44, 46, 48 in der Hohlform 62 zusammengepresst, wobei die Seiten 44 jedoch voneinander beabstandet sind. Das Extrusionsvolumen wird somit verdrängt, weil die Form und die Extrusion nicht genau zueinander passen. In die Hohlform 62 wird zusätzlicher, nicht gehärteter Kautschuk 66 eingebracht, damit die Seiten 44 effizient in Kontakt gebracht werden. Beim Einbringen des ungehärteten Eckmaterials 66 gemäß Fig. 10 kommt es zu einer ungehärteten Grenzfläche zwischen den Extrudatseiten 44 und dem Eckmaterial 66, was eine unsichtbare Verbindung der beiden Materialien erzeugt. Da das eingebrachte Eckmaterial zudem auf den ungehärteten Bereich am Extrudat Druck ausübt, wird jeglicher Versatz aufgrund von verdrängter Extrusion oder Thermoschrumpfen auf den Übergangsbereich übertragen, wo der Versatz über den gesamten Bereich verwischt wird. Die Farb- und Glanzänderungen gehen ebenso durch Verwischen längs des gesamten Übergangsbereichs in einer weichen, abgestuften und "unsichtbaren" Weise ineinander über.
Beim herkömmlichen Verfahren bindet das Schnittende des gehärteten Streifens über Diffusion an den ungehärteten Eckkautschuk. Beim Vorvulkanisieren des Schnittendes können aufgrund von geringfügigem Vernetzen wenige Vernetzungsstellen erhalten werden. Beim Einsatz des selektiven Härtungsverfahrens können die Polymerketten die Grenzen vom gehärteten Extrudat zum ungehärteten Bereich durchqueren. Der unterschiedliche Vernetzungsgrad vor dem Formen ermöglicht, dass der ungehärtete Kautschuk und der Übergangsbereich eines Streifens mit dem ungehärteten und dem Übergangsbereich eines zweiten Streifens vernetzen.
Die vorstehende Beschreibung betrifft zwar ein Material, das in die Eckform eingebracht wird. Selbstverständlich werden zur Herstellung von Verbindungen auf Stumpfstoß und Gehrung jedoch auch einfachere Varianten des selektiven Härtens eingesetzt, bei denen zusätzliches Material oder Klebstoff in die Ecken eingebracht wird oder nicht.
Das selektive Härten kann, wie vorstehend erwähnt, innerhalb des Extrusionskörpers erfolgen d. h. anstatt dass sich der ungehärtete Bereich am Ende oder der Seite des Teils befindet. Auf diese Weise kann der Gegenstand die gewünschte Krümmung erhalten, ohne dass die Biegung verformt wird. Sobald der Gegenstand selektiv gehärtet ist, wird er in die gewünschte Gestalt gebracht, und der vorher unvernetzte Abschnitt wird vernetzt.
Die Fig. 15 zeigt eine Vorrichtung, mit der die unvernetzte Lippe 70 in die gewünschte Gestalt gebracht wird. Sie besteht aus einer ersten Form 82 und einer zweiten Form 84. Die Formen 82 und 84 bringen die Lippe 70 in die gewünschte Gestalt. Sie umfassen in der gezeigten Ausführungsform strukturierte Oberflächen 86 und 88, die beim Erhitzen und Formen ein Muster auf die Lippe 70 übertragen.
Die Fig. 16 zeigt ein alternatives Formverfahren, wobei die Lippe 70 mit der erwärmten Form durch Zusammendrücken gestreckt wird. Dabei werden eine erste Form 90 und eine zweite Form 92 gegeneinander gepresst, während sich die Lippe 70 dazwischen befindet. Dadurch wird die Lippe 70 gestreckt, ohne dass zusätzliches Kautschukmaterial hinzugegeben werden muss.
Eine derartige Formvorrichtung eignet sich insbesondere beim Formen eines Dichtungsstreifens wie in Fig. 17, bei dem aus einer gestreckten Lippe 70 am Eckabschnitt 94 einer B-Stütze eine Fahne 92 geformt ist.
Die Lippe 70 wird sofort vernetzt, sobald sie in die gewünschte Gestalt gebracht worden ist.
Die Fig. 18 zeigt einen im Fachgebiet bekannten alternativen Dichtungsstreifen 96, mit dem der Kofferraum eines Sportwagens abgedichtet wird. Der Streifen 96 umfasst eine Lippe 98, einen Befestigungsabschnitt 100 und eine Schaumstoffwulst 102 zum Abdichten. Wenn der Streifen in die erforderliche Gestalt gebogen wird, verformt sich die Lippe 98 an den Eckbereichen. Dies wird verhindert, indem die Lippe 98 längs der Linie 104 eingekerbt und anschließend erneut in die gewünschte Gestalt gebracht wird. Die Lippe 98 bleibt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ungehärtet, wird dann geformt und anschließend gehärtet. Bei dessen Einsatz werden die mit dem Kerb- und Formverfahren einhergehenden Kosten vermieden.

Claims

1. Verfahren zum Formen eines Duroplast-Polymerelementes, umfassend die Schritte:

(a) das Bereitstellen eines Elementes (36) aus einem vernetzbaren Polymermaterial, das sich zur Herstellung eines thermostabilen Polymers vernetzen lässt;

(b) das selektive Vernetzen des Polymermaterials, aus dem das Element (36) besteht, wodurch ein erster Bereich (44) des Elementes (36) im wesentlichen unvernetzt bleibt, wobei dieser erste Bereich (44) durch einen partiell vernetzten Übergangsbereich (48) von einem im Wesentlichen vernetzten Bereich (46) des Elementes (36) getrennt ist;

(c) das Herstellen des ersten Bereiches (44) und des Übergangsbereiches (48);

(d) das Unterbringen des ersten Bereiches (44) und des Übergangsbereiches (48) in einer Hohlform;

(e) das Einbringen weiteren wärmehärtbaren, unvernetzten Materials in die Hohlform, das einen Kontakt zum ersten Bereich (44) herstellt; und

(f) im Wesentlichen Vernetzen des zusätzlichen unvernetzten wärmehärtbaren Materials, des ersten Bereichs (44) und des Übergangsabschnittes (48), wodurch man ein geformtes Duroplast-Polymerelement erhält, das im Wesentlichen keine sichtbaren Verbindungslinien aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polymerelement (36) durch ein Extrusionsverfahren hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das selektive Vernetzen durch selektives Erwärmen des Elementes (36) erfolgt.

4. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Formungsschritt erfolgt, indem der im Wesentlichen unvernetzte Bereich (44) und der/die Übergangsbereich oder -bereiche (48) in einer Hohlform (62) zusammengepresst werden.

5. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der im Wesentlichen unvernetzte Bereich (44) zwischen zwei im Wesentlichen vernetzten Bereichen (46) angeordnet ist, und sich einer der Übergangsbereiche (48) zwischen dem im Wesentlichen unvernetzten Bereich (44) und jeweils einem der beiden im Wesentlichen vernetzten Bereiche (46) befindet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der im Wesentlichen unvernetzte Bereich (44) ein Stirnflächenabschnitt des Elementes (36) ist und die Stirnfläche beim Formungsschritt so angeordnet ist, dass sie mit einer weiteren Fläche wirksam in Kontakt steht, und die Flächen so vernetzt sind, dass sie aneinander haften.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich der im Wesentlichen unvernetzte Bereich (44) im Körper des Elementes (36) befindet, welches beim Formungsschritt (c) durch Biegen am unvernetzten Bereich (44) eine gewünschte Krümmung erhält, und dann der unvernetzte Bereich (44) und der Übergangsbereich (48) geformt und anschließend vernetzt werden.

8. Verfahren zum Verbinden aneinandergrenzender Flächen aus Polymermaterial, die einen Abschnitt haben, der vorher zur Erzeugung eines thermostabilen Polymers vernetzt worden ist, umfassend die Schritte:

(a) das Bereitstellen der ersten und zweiten Fläche (44) aus im Wesentlichen unvernetztem Polymer, wobei die Flächen (44) jeweils einen dazugehörigen Harzkörper (46) besitzen, der im Wesentlichen so vernetzt ist, dass er thermostabil ist, und wobei sich jeweils zwischen den entsprechenden Flächen (44) und dem Körper (46) ein erster und zweiter Übergangsbereich (48) befinden, die partiell miteinander vernetzt sind;

(b) das Einbringen der ersten und zweiten Fläche (44) und des ersten und zweiten Übergangsbereiches (48) in eine Hohlform (62), in der die Flächen (44) gesondert vorliegen;

(c) das Einbringen von zusätzlichem unvernetztem wärmehärtbarem Material in die Hohlform (62) zwischen die Flächen (44), so dass es mit diesen wirksam in Kontakt gebracht wird;

(d) im Wesentlichen Vernetzen des zusätzlichen unvernetzten wärmehärtbaren Materials, des Polymers der ersten und zweiten Fläche (44) und des ersten und zweiten Übergangsbereiches (48), wodurch eine Verbindung zwischen der ersten und zweiten Fläche entsteht, die im Wesentlichen keine sichtbare Verbindungslinie aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei in Schritt (a) ein Polymer extrudiert wird, das dann selektiv gehärtet wird, so dass die Flächen (44), die Übergangsbereiche (48) und der Körper (46) bereitgestellt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei Schritt (d) unter Wärme- und Druckbedingungen erfolgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Flächen (44) Stirnflächen desselben länglichen Extrudats (36) sind oder gegenüberliegende Abschnitte unterschiedlicher Extrudate (36).

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Flächen (44) so miteinander verbunden sind, dass sie ein T-Stück bilden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Flächen (44) so in einer Hohlform (62) angeordnet sind, dass sie aneinanderstoßen.

14. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Polymer Kautschuk ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Kautschuk cis-1,4- Polyisopren, Polybutadien, Poly(butadien-co-styrol), Poly(butadien-coacrylnitril), Poly(isobutylen-coisopren), Poly(ethylen-copropylen-co-dien), Polychloropren, Polydimethylsiloxan, Polyalkylensulfid, Polyester oder Polyetherurethane ist.