NO793360L - Sproeytestoepning av hoeymolekylaer polyeten med anvendelse av forhoeyet formtemperatur - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til fremstilling av sprøytestøpte produkter av HD-polyeten med høy molekylvekt ved sprøytestøping med sprøytestøpingstrykk på over 250 MPa under anvendelse av en forhøyet formromstemperatur på mellom 40 og 125°C, hensiktsmessig mellom 50 og 120°C. De ved fremgangsmåten fremstilte produkter utmerkes av meget forbedrede mekaniske styrkeegenskaper, slik som ytterst høye verdier for strekkbruddgrense og elastisitetsmodul.

Fra svensk patent nr. 401.129 er det kjent at en vesent-

lig forhøyelse av trykket i formrommet ved bearbeiding av termo-plaster ved sprøytestøping, resulterer i en rekke egenskaps-forbedringer hos gjenstanden samtidig som visse<p>rosesstekniske fordeler kan oppnås. Nevnte svenske patent beskriver således en sprøytestøpingsfremgangsmåte der trykket i forbindelse med plast-smeltens innsprøyting og etterfølgende stivning overstiger 250 MPa. Dette trykkområde skal sammenlignes med det trykkintervall som ligger mellom 50 og 150 MPa og som utgjør det vanlige trykkom-

råde ved sprøytestøping.

Blant de forbedringer hos gjenstandens egenskaper som tilveiebringes med et bearbeidningstrykk på over 250 MPa kan nevnes en generell forhøyelse av nivået hva angår gjenstandens stivhets(elastisitetsmodul)- og styrkeparametre, slik som oppnås ved forsøk med polyeten av varierende tetthet, samt polypropen. Videre har man ved målinger på såvel krystallinske som amorfe polymerer notert en markert nedgang i formkrympingen. I visse tilfeller var denne forandring så stor at formkrympingen antok negative verdier.

En ytterligere egenskapsforbedring som er observert ved aktuelle forsøk har vært en påtagelig minsking av det indre spenningsnivået. Som bekjent utgjør indre spenninger en defekt hos normalt sprøytestøpegods; de kan bl.a., resultere i skjevhet, uønsket dannelse av spenningssprekker, osv. Deres reduksjon,

i visse tilfeller fullstendig eliminering, kan tilbakeføres til en forhøyelse av plastens smelte- resp. mykningspunkt med trykket. Således har trykk innen det ovenfor jspesif iserte intervall vist seg å kunne forhøye disse kritiske temperaturer slik at det oppnås en praktisk talt momentan stivning av det smeltede plast-materiale som er innsprøytet i formrommet. Derved forebygges forekomsten av en indre spenningsstruktur, hvilken som bekjent har sin forklaring i en gradvis stivning av smeiten og i de krefter som de allerede stivnede og de fremdeles flytende deler av gjenstanden utøver på hverandre.

Når det gjelder forbedring av gjenstandens egenskapsprofil, spesielt hva angår de mekaniske parametrene, er de ved en forhøyelse av bearbeidningstrykket oppnådde effekter avhengig av strukturen til den benyttede plast. Således har de største forandringer blitt notert hos krystallinske plaster, spesielt polyeten, der de har kunnet tilbakeføres til forandringer i den krystallinske fasens struktur. Ved krystalliseringen av en poly-etensmelte under trykk på over ca. 300 MPa oppnås en krystall-modifikasjon der den ved normale trykk foreliggende foldede lamellstruktur i en med trykket økende grad omdannes til en struktur som består av rette kjeder. Forklaringen på det forbedrede egenskapsbilde kan finnes i forekomsten av denne nye struktur. Bl.a. gir den nye modifikasjonen med rette kjeder en mer ordnet pakking av molekylene i rommet.

Spesielt iøynefallende resultater oppnås med HD-polyeten med høy molekylvekt, dvs. polyeten med en molekylvekt på fra 200 000 opp til 1,5 millioner og høyere (eller tilsvarende en smelteindeksverdi på mindre enn 1 g/10 min. ved 190°C/2 kg belastning) i det følgende betegnet HMWHDPE. Til sammenligning med de med denne og lignende kvaliteter oppnådde forbedringer av modul og styrke, var tilsvarende verdier som ble oppnådd med HDPE av normal molekylvekt relativt små. Som eksempler på den meget markante forhøyelse av egenskapsnivået ved en forhøyelse av trykket, vises til de i nedenstående tabell I gjengitte verdier.

Det har ved foreliggende oppfinnelse vist seg at en ytterligere overraskende forbedring av egenskapene hos gjenstander av HMWHDPE sprøytet ved trykk på over 250 MPa, fortrinnsvis fra

300 MPa og oppover, kan oppnås ved et passende valg av formens temperatur. Det har således ifølge foreliggende oppfinnelse vist seg at høyst bemerkelsesverdige forbedringer av gjenstandens egenskaper oppnås dersom formtemperaturen forhøyes til f.eks. 100°C, og en slik forhøyelse medfører først og fremst en økning av modulverdien og strekkfastheten.

Det har således vist seg at det forhøyede trykket i seg selv ikke er tilstrekkelig til å fremstille gjenstander med optimale mekaniske egenskaper ved sprøytestøping; en optimal egenskapsprofil i denne henseende oppnås isteden ved en samtidig forhøyelse av både trykket i formrommet og formens temperatur .

Uten at oppfinnelsen skal være bundet til noen spesiell teori, synes en trolig forklaring på de oppnådde resultater å kunne søkes i en mer fullstendig omdannelse av den krystallinske fasen til "extended chaim"-modifikasjonen. Denne omdannelse skjer via en krystallinsk omdannelse (heksagonal ->• ortorombisk) som gjøres lettere når temperaturen øker.

I de medfølgende tegninger viser:

Figur 1 strekkbruddgrense og elastisitetsmodul for sprøytestøpte produkter av HMWHDPE som funksjon av formtemperaturen.

Figur 2 bruddforlengelse for sprøytestøpte produkter

av HMWHDPE som funksjon av innsprøytningstrykket for to forskjellige formtemperaturer; og

Figur 3 strekkbruddgrense og elastisitetsmodul for sprøytestøpe produkter av HMWHDPE som funksjon av innsprøytnings-trykket for to forskjellige formtemperaturer.

Som beskrevet nærmere i norsk patentsøknad nr. 793361 har det også vist seg at ved sprøytestøping ved høye sprøytestøpings-trykk på over 250 MPa, fortrinnsvis fra 300 MPa og oppover,

av blandinger av HMWHDPE med polymermaterialer med hvilke HMWHDPE oppviser en begrenset blandbarhet (oppløselighet), danner HMWHDPE

en fiberfase i en matrise av det andre polymermaterialet. På

denne måte oppnås som sluttprodukt et forsterket komposittmateriale., Ved å øke formtemperatur slik som ved foreliggende fremgangsmåte, over den normalt benyttede formtemperatur, har det også vist seg at komposittmaterialer med ytterligere forbedrede mekaniske egenskaper kan oppnås sammenlignet med de samme komposittmaterialer sprøytestøpt ved den vanlige lave formromstemperatur på 30°C.

Egnede matrisematerialer med hvilke HMWHDPE kan sprøytestøpes sammen ved foreliggende fremgangsmåte, er slike polymermaterialer med hvilke HMWHDPE oppviser begrenset blandbarhet. Til disse polymermaterialer hører polyeten av HD-, MD- og LD-typen av normal molekylvekt, dvs. slike materialer som normalt benyttes ved sprøytestøping eller ekstrudering. Andre egnede materialer er f.eks. andre polyolefiner, slik som polypropen; polystyren, polyvinylklorid, polyacetal, polyamid, sampolymerer av disse m. f 1.

Oppfinnelsen illustreres nærmere ved hjelp av følgende eksempler.

Eksempel 1

Prøvestaver av høymolekylær polyeten med høy tetthet ble sprøytestøpt ved et innsprøytningstrykk på 500 MPa og under anvendelse av varierende formtemperaturer fra 3 0°C opp til 100°C. Det benyttede polyetenmaterialet var "DMDS2215" og hadde en

tetthet på 0,953 g/cm 3 og en smelteindeks på 0,1 g/10 min.

I fig. 1 illustreres de oppnådde verdier for strekkbruddgrense, aD, og elastisitetsmodul, E, for de oppnådde prøvestaver som funksjon av formtemperaturen. Fra figuren fremgår det at forbedrede verdier for disse egenskaper oppnås ved økning av formromstemperaturen. Fra de oppnådde resultater fremgår det at de oppnådde absoluttverdier for elastisitetsmodul og strekkbruddgrense er meget høye og langt overstiger de som normalt .kan oppnås for HDPE, og dessuten også overstiger tilsvarende verdier for eksempelvis glassfiberarmerte konstruksjonsplaster.

Eksempel 2

En serie prøvestaver av samme materiale som ble benyttet

i eksempel 1, ble sprøytestøpt ved innsprøytningstrykk varierende mellom 100 og 500 MPa og under anvendelse av to forskjellige formromstemperaturer, 30°C respektivt 70°C.

I figurene 2 og 3 illustreres resultatene av målinger an-gående de mekaniske egenskapene for de oppnådde produkter. Fra fig. 2 fremgår det :_at bruddforlengelsen blir lavere ved anvendelse av den høyere formromstemperaturen, mens fig. 3 viser at både elastisitetsmodulen og strekkbruddgrensen øker når den høyere formromstemperaturen anvendes.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av sprøytestøpte gjenstander med i høy grad forbedrede mekaniske egenskaper, av polyeten med meget høy molekylvekt og høy tetthet under anvendelse av forhøyet trykk på over 250 MPa, karakterisert ved at sprøytestøpingen foretas med samtidig anvendelse av en forhøyet formtemperatur på mellom 40 og 125°C.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at formtemperaturen ligger mellom 50 og 120°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at polyetenen med meget høy molekylvekt og høy tetthet er blandet med et polymermateriale med hvilket nevnte polyeten oppviser begrenset blandbarhet.