DE1069864B - Verfahren zum Stabilisieren von thermoplastischem mikroporösem Kunststoff in Band- oder Tafelform - Google Patents

Description

DEUTSCIjEES

Thermoplastische Polymere wie Polyvinylchlorid haben die nutzliche Eigenschaft, daß sie bei Tempera türen über ihrem Erweichungspunkt plastisch sind und sich bei niedrigeren Temperaturen wie elastische Korper verhalten Diese Eigenschaft ermöglicht es, ihnen in erhitztem Zustand eine gewünschte Form zu geben, die sie nach dem Abkühlen beibehalten Durch entsprechende Verfahren können diese Stoffe bei er höhten Temperaturen auch porös gemacht werden

Der Übergang von elastischem zu plastischem Ver halten erfolgt nicht genau im »Erweichungspunkt« Vielmehr neigen thermoplastische Polymere dazu mit steigender Temperatur allmählich aus einem vor wiegend elastischen in einen vorwiegend plastischen Zustand überzugehen Der Temperaturbereich, in dem der Stoff gleichzeitig elastische und plastische Eigen schäften aufweist, ist bei verschiedenen thermo plastischen Polymeren verschieden und reicht in manchen Fallen bis zur Temperatur der chemischen Zersetzung Die bei der Herstellung von Gegenstanden aus thermoplastischen Polymeren verwendeten Temperaturen können daher zur Folge haben, daß innere Spannungen in dem fertigen Gegenstand verbleiben die spater eine Änderung der Abmessungen nach sich ziehen, wenn der Gegenstand bei höherer Temperatur benutzt wird

Poröser Kunststoff ist wesentlich weniger stabil als unporoser, fester Kunststoff, da Kohasionskrafte ein dichteres Zusammenliegen der Moleküle herbeizufuh ien suchen Daher treten bei Gegenstanden aus poro sem thermoplastischem Kunststoff bei Temperatur erhöhung stärkere Dimensionsanderungen auf als bei Gegenstanden aus dichtem thermoplastischem Kunst stoff

Um dies zu λ ermeiden, muß die Herstellung poröser Korper aus thermoplastischen Polymeren möglichst so erfolgen, daß keine inneren Spannungen in dem ferti gen Gegenstand verbleiben Hierfür wurde bei der Herstellung von mikroporösem Kunststoff die Ver Wendung eines Losungsmittels fur den thermo plastischen Werkstoff vorgesehen das den Kunststoff der Verarbeitung dadurch zuganglicher macht daß es \ orubergehend als Weichmacher wirkt und so die Ver formbarkeit des Kunststoffes wahrend des Misch und Formvorganges erhöht Trot/dem bleiben abei auch hierbei nach dem Mischen, Formen und dem Porös machen innere Spannungen in dem fertigen Kunst stoff, die zu spateren Formanderungen fuhren können Eine auf diese Weise hergestellte Platte aus mikro porösem Polyvinylchlorid ist bis zu 65° C stabil, zeigt aber bei höheren Temperaturen Änderungen in ihrei äußeren Form

Fur die Verwendung zu Separatoren fur elektrischt Sammler ist eine Formstabihtat bis zu 65° C aus

von thermoplastischem mikroporösem Kunststoff in Band- oder Tafelform

Anmelder:

The Chloride Electrical

Storage Company Limited,

Clifton Junction, Manchester

(Großbritannien)

Vertreter Dipl -Ing G Weinhausen, Patentanwalt, München 22, Widenmayerstr 46

reichend da diese Temperatur oberhalb der beim Sammlerbetrieb auftretenden Höchsttemperaturen liegt Andererseits können unter besonderen Umstanden gelegentlich abei auch höhere Temperaturen auftrtttn so daß es erwünscht ist die Separatoren auch fur höhere Temperaturen formstabil zu machen

Man hat bereits \ orgeschlagen thermoplastischen Kunststoff gegen Formänderung durch thermisches Ruckfedern beim Wiedererwarmen des fertigen Kunst stoftkorpers dadurch zu stabilisieren, daß der Kunst stofifkorper unter freiem Zusammenziehen oder freier Ausdehnung ubei den Erweichungspunkt des Kunst stoffes hinaus erhitzt wird Indessen hat sich ergeben, daß bei mikropoiosem thermoplastischem Kunststoff die hierdurch er/ielbaie Stabilisierung nur gering ist und erneut ei hebliche innere Spannungen in dünnen, band oder plattenförmigen mikroporösen Kunststoffkorpern auftreten die zur Rißbildung fuhren können, w enn sich der Kunststoffkorper nach seiner Erhitzung auf eine über dem Erweichungspunkt des Kunststoffes hegende Tempeiatur nur langsam abkühlt Eine bessere Stabilisierung ist insbesondere fur Filterplatten aus mikroporösem Kunststoff erwünscht, die zum FiI ttrn heißtr Flüssigkeiten benutzt werden Außerdem gibt es \ iele andere Verwendungsarten, bei denen mikroporöse Kunststoffe erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind

Die Erfindung ist darauf gerichtet, die in bekannter Weise durch Erhitzen des Kunststoffkorpers erstrebte Stabilisierung gegen Formänderung durch thermisches

909 650/489

Ruckfedern beim Wiedererwarmen fur thermoplastischen mikroporösen Kunststoff in Band- oder Tafelform zu verbessern bzw fur solcht dünnen Korpei aus thermoplastischem mikroporösem Kunst stoff eine wirksame Stabilisierung überhaupt zu \er wirklichen Die Stabilisierung wird hierbei in der be kannten Weise durch Erwarmen über den Er w eichungspunkt des Kunststoffes hinaus eingeleitet, und die Erfindung kennzeichnet sich dadurch daß der erwärmte Kunststoffkorper zur Vermeidung des erneuten Auftretens innerer Spannungen nach dem Er warmen anschließend schnell auf eint unter dem Er weichungspunkt hegende lemperatur abgekühlt wird Durch die schnelle Abkühlung nach dem kurzen Ei warmen des mikroporösen Kunststoffes über seinen Erweichungspunkt hinaus soll so schnell wie möglich der Temperaturbereich durchlaufen werden in dem der thermoplastische Kunststoff zugleich elastisch und plastisch ist, da in diesem Bereich die Aufhebung der inneren Spanungen nur unvollkommen ist Die schnelle Abkühlung des über den Erweichungspunkt hinaus ti wärmten mikroporösen Kunststoffes kann ζ Β durch tine Kaltwasserberieselung erreicht werden wobei der mikroporöse Kunststoff in Band oder Tafelform / 15 zunächst mit wassergefullten Poren auf einem end losen Forderband durch eine Heizkammer geleitet und darin kurzfristig im Dampfstrahl auf etwa 100° C ei hitzt und sogleich beim Austritt aus der Heizkammer einer Kaltwasserberieselung unterworfen und an schließend getrocknet wird

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellungs w eist drei verschiedene Anlagen zur Durchfuhrung des Verfahrens nach der Erfindung

Bei der in Fig 1 dargestellten Anlage befindet sich der zu behandelnde mikroporöse Kunststoff in Band form auf einer Rolle 1, von der er laufend abgewickelt wird Die Poren des Werkstoffes sind mit Wasser ge füllt Durch em Messer 2 werden jeweils Tafeln 3 von etwa 1 m Lange und 0,3 m Breite abgeschnitten Diese Tafeln gelangen auf ein Forderband aus nichtrosten dem_Stahl das sie durch eine Kammer 5 hindurchfuhrt die durch Dampfdusen 6 beheizt wird Über schussiger Dampf entweicht durch Abzugschachte 7 Beim weiteren Vorwartsbewegen treten die Tafeln 3 aus der Dampfkammer 5 aus und kommen unter eine Rolle 8 aus Schwammgummi und anschließend untei Kaltwasserstrahlen, die aus Düsen 9 austreten Am Ende des Forderbandes 4 werden die Tafeln abgenom men und auf einen Stapel 10 gelegt

In der Dampfkammer 5 wird der mikroporöse Kunststoff schnell auf etwa 100° C erhitzt Da du Tafeln sich auf dem Forderband aus nichtrostendem Stahl ohne irgendwelche Behinderung frei bewegen können insbesondere weil sie auf diesem unter Zwischenschaltung eines Films aus Wasser und Dampf schwimmen, so können sich ihre Abmessungen ohne Behinderung verandern Werden die Tafeln der Dampf temperatur über einen Zeitraum von etwa 1 Minutt ausgesetzt so können sie wenn sie / B aus mikro porösem Polyvinylchlorid bestehen und etwa 1 m lang sind in ihrer Lange etwa 10 bis 15 mm verlieren und in der Breite und Dicke unter Umstanden etwas zu nehmen wenn der Kunststoff wie dies bei der Her stellung von Bandtrn leicht geschieht, hauptsächlich langsgeiichteten Beanspruchungen ausgesetzt wurdt Nach dtr Aufhebung der inneren Spannungen ermog licht die schnelle Abkühlung der Tafeln durch Kalt Wasserstrahlen ein Abheben und Stapeln der Tafeln ohne daß neue Spannungen in den Werkstoff kommen Die gestapelten Tafeln können dann in einen Trockner gebracht werden in dem das Wasser bei verhältnis maßig niedriger Temperatur entfernt wird, ζ Β bei einer Temperatur, die nicht hoher als 60°. C hegt In dieser Weise behandeltes mikroporöses Polyvinyl chlorid ist bis zu Temperaturen von 90° C stabil

Das Forderband aus nichtrostendem Stahl ist \or /ugsweise mit Lochern ion 3 mm Durchmesser versehen die im Abstand von etwa 40 mm angeordnet sind um eine gewisse leichte Verankerung der mikro

ίο porösen Tafeln zu erzielen und dadurch zu verhindern, daß sie sich wahrend der Bewegung durch \lie Dampfkammei verschieben oder wellig werden Diese Ver ankerung behindert jedoch nicht Änderungen in den Abmessungen und ermöglicht das Aufheben der in neren Spannungen vorausgesetzt, daß die Lange der Tafeln nicht großer als 1 bis 1,20 m betragt Bei lan geren Tafeln ist es schwierig, eine vollkommen freie Bewegung zu ermöglichen, wie sie zur Aufhebung der inneren Spannungen erforderlich ist selbst wenn das Forderband keine Locher aufweist

Bei der \nlage gemäß Fig 2, die zur Behandlung λ on mikroporösem Kunststoff in Bandform vorgesehen ist wird das Band entlang der Oberflache von erhitz tem W asser gefuhrt Sie weist einen Tank 11 auf, in dem auf 95° C erhitztes Wasser bis zu einer Hohe 12 enthalten ist An dem Einlaufende des Tanks befinden sich zwei angetriebene Rollen 13, die das Band dem Tank zufuhren Eine weitere angetriebene Rolle 14 die etwas in das Wasser hineinragt und um die herum das Band gefuhrt wird, sorgt dafür, daß das Band mit dem Wasser in Berührung gebracht wird Am anderen Ende des Tanks befindet sich em weiteres angetrie benes Rollenpaar 15 das das Band wieder aus dem Tank herausfuhrt und das in seiner Drehzahl so em gestellt ist, daß das Band wahrend der Fuhrung ent lang der Wasseroberflache, die etwa 1 Minute dauert seine Abmessungen frei andern kann und dabei keines falls irgendwelchen Zugbeanspruchungen ausgesetzt wird Das Band wird dann zur Kühlung durch Luft von Raumtemperatur und schließlich durch einen Trockner 16 gefuhrt, in dem die Feuchtigkeit bei einer Temperatur \on nicht mehr als 60° C entfernt wird, damit das erneute Hineinbringen von inneren Spannungen \ ermieden wird

Im Gegensatz zu den vorhei beschriebenen Vei fahren wird das mit der in Fig 3 dargestellten Vor richtung ausgeführte Verfahren bei trockenem Kunst stoff durchgeführt Hier wird der in zusammen hangendem Band 17 zugefuhrte mikroporöse Kunststoff in einem Trockner 18 bei einer Temperatur von etwa 70° C getrocknet und dann in eine Kammer 19 über gefuhrt, in der durch die Heizkörper 20 eine Tempera tür von 95° C herrscht Die hinter dem Trockenraum vorgesehenen Forderrollen 21 werden so angetrieben, daß sie in dem Trockenraum 19 eine lose Schleife 22 des Bandes von gleichbleibender Lange belassen, da mit gewahrleistet wird, daß sich der Kunststoff wah lend des Zeitraums von beispielsweise 2,5 Minuten, in dem der Kunststoff die Heizkammer durchlauft, selbst auf stabile Verhaltnisse umstellen kann Der stabilisierte Kunststoff wird dann auf dem Weg zu einer Haspel 23 in der Luft gekühlt Die Lange der in der Heizkammer vorgesehenen Schleife 22 kann etwa 1,00 bis 1,20 m betragen, doch können Lange der Schleife Verweilzeit und Temperatur in der Kammer je nach der Art des Kunststoffes auch abgeändert werdtn Die schnelle Temperatursteigerung des mikro porösen Kunststoffes und die Bewegungsfreiheit schaffen die Bedingungen, die fur ein Aufheben der inneren Spannungen erforderlich sind, und wenn die

Durchlauf zeit \erlangert und/oder die Temperatur er höht werden, so lassen sich auch Änderungen der Porengroße erreichen

Die vertikal herabhangende Schleife 22 wurde eine unzulässige Beanspruchung des Werkstoffes zur Folge haben wenn die Poren des Werkstoffes mit Wasser gefüllt waren In diesem Falle ist es daher besser, wenn die Schleife mittels Rollen horizontal gefuhrt ist Fur mikroporösen Kunststoff in trockenem Zu stand eimoglicht die vertikale Schleife dagegen eine ausreichende Entspannung und gegebenenfalls auch eine Verminderung der Porengroße

Beispielsweise kann ein Band aus mikroporösem Kunststoff von 0,3 mm Starke, der aus einer Mischung von 5 Teilen Polyvinylchlorid und 4 Teilen PoIypropylensebakat besteht, 2,5 Minuten bei 80° C in der Heizkammer 19 verbleiben Hierbei wird das Band 20% an Lange verlieren und geringe Bewegungen in Querrichtung ausfuhren Die Porengroße ändert sich hierbei nicht wesentlich wie sich aus Luftdurchlassigkeitsversuchen ergibt Belaßt man den Kunst stoff aber 2,5 Minuten bei 95° C in der Kammer, so schrumpft er um etwa 30% in der Lange und um 10% in der Breite, wahrend die Porengroße bei einer Große \or der Behandlung von durchschnittlich 3 μ auf 1 μ absinkt, wie festgestellt wurde Diese Verminderung dei Porengroße ist insbesondere dann liut/lich wenn man einen mikroporösen Kunststoff aus einem weich angesetzten Polyvinylchlorid mit einei Porengroße von etwa 1μ herstellen will Die Verwendung eines Porenbildners in Form eines feinen Pulvers, das mittels eines Losungsmittels einem Ge misch von Polyvinylchlorid und einem Weichmachei, wie Polypropylensebakat untermischt wird, ist insofern einer Beschrankung unterworfen, als bei einer durchschnittlichen Teilchengroße des Pulvers von weniger als 10 μ dtr entstehende mikroporöse Kunst stoft nach der Verdampfung des Losungsmittels und dem Auslaugen des feinen Puh ers in sich zusammen fallt Man muß annehmen daß die Kohasionskrafte in dem Gemisch von Polyvinylchlorid und Polypropylensebakat so stark sind daß sie ein Zusammen fallen der Zellenstruktur her\orrufen, wenn die Teil chen die die Zellen bilden kleiner als 10 μ sind Diese Neigung zum Zusammenfallen zeigt sich, wenn der ausgelaugte Kunststoff getrocknet wird selbst dann wenn die Trocknung bei niedrigen Temperaturen durchgeführt wird Benutzt man dagegen ein Pulver λ on etwa 20 μ Teilchengröße, so zeigt der Werkstoff beim Trocknen bei etwa 60° C kein wesentliches Zu sammenf allen Eine Wärmebehandlung von 2,5 Mi nuten Dauer bei 95° C vermindert die Zellengroße der Struktur wesentlich Die die Hohlräume miteinander verbindenden Kanäle haben bei einer Hohlraumgroße von etwa 20 μ eine Große von etwa 3 μ Nach der Wärmebehandlung werden diese Kanäle auf eine Große von etwa 1 μ reduziert, und eine gewisse Verminderung der Zellengroße findet ebenfalls statt Durch Erhohen der bei der Wärmebehandlung verwendeten Temperatur kann die Behandlungsdauer vermindert werden, ζ B bei einer Temperatur von

ίο 120° C auf etwa 1 Minute

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist nicht als ein Anlaßverfahren anzusehen, weil das Auslosen der inneren Spannungen mit einer beträchtlichen Änderung der äußeren Abmessungen verbunden ist im Gegensatz zu der Rekristallisierung oder bei anderen innermolekularen Umwandlungen, die beim Anlassen auftreten, wo nur geringe oder überhaupt keine äußeren Abmessungsanderungen auftreten Die Tatsache, daß der behandelte Kunststoff mikroporös und in Tafel oder Bandform ist, ermöglicht erfindungsgemaß em Stabilisierungsverfahren, das sich nicht auf feste Kunststoffe oder auf aus solchem Kunststoff hergestellte Gegenstande verwickelter Form anwenden laßt weil sich solche Gegenstande verziehen, wenn sie über den Erweichungspunkt erhitzt werden Der mikroporöse Werkstoff kann dagegen infolge seiner mikroporösen Struktur schrumpfen oder wachsen, wie es zum Aufheben der bei der Herstellung entstandenen inneren Spannungen erforderlich ist, ohne daß die äußere Gestalt dadurch nachteilig beeinflußt wird, wenn auch die einzelnen Mikroporen ihre Form andern

Claims (1)

1. Patentanspruch

   λ erfahren zum Stabilisieren von thermoplastischem mikroporösem Kunststoff in Band- oder Tafelform gegen Formänderung durch thermisches Ruckfedern beim Wiedererwarmen des fertigen Kunststoffkorpers wobei die Stabilisierung durch Erwarmen über den Erweichungspunkt des Kunststoffes unter freiem Zusammenziehen oder freier Ausdehnung des Kunststoffkorpers eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach Beendigung des Erwärmens der Kunststoffkorper mittels eines Kuhlmediums schnell auf eine unter dem Erweichungspunkt liegende Temperatur abgekühlt wird

   In Betracht gezogene Druckschriften
   »Kunstharzpreßstoffe und andere Kunststoffe«, Walter M eh dorn, 1949, 3 Auflage, S. 306 bis 311, USA -Patentschriften Nr 2 320 115, 2 533 609

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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