DE1429035C - Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus thermoplastischen Kunststoffhohlfäden - Google Patents

Description

Die nachfolgend beschriebene Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus thermoplastischen Kunststoffhohlfäden, die über die gesamte Werkstücklänge sich erstrekkende Zellen bilden. Derartig hergestellte Werkstücke können Werkstoff- und Bauelemente, Halbfertigerzeugnisse und Fertigteile der verschiedensten Art sein. Ihre besonderen Eigenschaften sind sehr geringes Raumgewicht und dennoch hohe Festigkeit.

Es ist bekannt, Werkstücke und Bauelemente aus im Spritz-Spinn-Verfahren gewonnenen Hohlfäden aus thermoplastischen Stoffen dadurch herzustellen, daß diese Fäden gleichgerichtet aneinandergelegt und miteinander verklebt, verkittet oder in ein vorübergehend flüssiges oder plastisches Medium eingebettet wurden, welches später zu einem Stützgerüst erstarrt. Auf diese Weise kann man bisher Blöcke, Platten und ähnliche Gebilde erzeugen, die von feinen Röhrchen durchzogen sind, wobei der Raum zwischen diesen Röhrchen von einer mehr oder weniger festen Masse ausgefüllt ist.

Grundsätzlich haben die im Spritz-Spinn-Verfahren aus thermoplastischen Kunststoffen gewonnenen Hohlfäden eine vorteilhafte Eigenschaft gegenüber anderen röhrchenartigen Strukturbildnern, wie Strohhalme u. dgl.: Bei dem Spritz-Spinn-Prozeß erfahren die Hohlfäden während des Überganges vom schmelzflüssigen zum festen Zustand eine allseitige Dehnung ihrer Wände, insbesondere eine Verstreckung. Dies hat eine nach der Wandausdehnung orientierte Ordnung der Kunststoffmoleküle zur Folge, die im Hohlfaden eine Spannung erzeugt, welche nach iem Erstarren des Kunststoffes gewissermaßen konserviert ist. Durch die Ordnung der fadenförmigen Makromoleküle des Kunststoffes in ganz bestimmte Richtungen wird die spezifische Festigkeit des Kunststoffes erheblich erhöht.

Die Herstellung solcher Werkstücke mit zusätzlichem Bindemittel, das die Zwischenräume zwischen den einzelnen Röhrchen anfüllt, verteuert jedoch die Werkstücke und führt dazu, daß sie einen Anteil von für ihre Festigkeit wertlosem Raumgewicht haben. Außerdem kommen infolge der eingelagerten Bindemittel die oben erörterten guten Eigenschaften der in Rede stehenden Hohlfäden nicht voll zur Geltung, weil zumindest die Umfangsspannung verlorengeht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Werkstücke aus im Spritz-Spinn-Verfahren von thermoplastischen Kunststoffen gewonnenen Hohlfäden zu schaffen, die bei feiner Zellenstruktur ein geringes Raumgewicht und dennoch hohe Festigkeit haben. Dabei sollen die Hohlfäden so miteinander verbunden sein, daß die durch den Spritz-Spinn-Prozeß gewonnenen vorteilhaften Eigenschaften der Hohlfäden voll zur Wirkung kommen.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die gebündelten Hohlfäden in einer Form unter Erhitzen aufgeweitet werden, bis ihre Wände zu einheitlichen Trennwänden eines wabenartigen Gebildes verschmelzen, worauf das Abkühlen erfolgt. Die durch die unmittelbare feste Verschmelzung der benachbarten Hohlfäden gegebene Möglichkeit der vollen Ausnutzung der den Fäden innewohnenden Molekularspannung ergibt zusammen mit der besonders günstigen, durch die Erfindung geschaffenen holzartigen Struktur ein Werkstück von sehr hoher Verspannung und Festigkeit bei sehr geringem Raumgewicht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in verschiedener Weise ausgeführt werden.

Nach einer einfachen Ausführungsart werden die gebündelten Hohlfäden vor dem Erhitzen in der Form an beiden Stirnenden zugeschmolzen und das Aufweiten durch den inneren Überdruck in den Hohlfäden beim Erhitzen unter Verdrängen der Luft zwischen ihren Außenflächen bewirkt, bis die Verschmelzung der Hohlfäden an ihren Oberflächen erfolgt ist. Die in den Hohlfäden eingeschlossene Luft erweitert bei ihrer Ausdehnung infolge der Erhitzung die Zelleninnenräume der Hohlfäden und verdrängt damit die zwischen den Hohlfäden liegenden Zwischenräume. Nach vollständiger Verschmelzung der »5 Hohlfädenaußenwände öffnet man die Zellen an einer Stirnseite und läßt die Füllung erkalten. Diese Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens ist .besonders geeignet für die Verwendung von Thermoplasten mit verhältnismäßig hoher Schmelzternpe- »o ratur, da man hierbei infolge der hohen Temperaturspanne bis zum Schmelzpunkt des Materials einen genügend großen Überdruck in den Zellen erreichen kann.

Eine weitere Möglichkeit zur Ausführung des Veras fahrens besteht darin, daß die gebündelten Hohlfäden in einer gasdichten Form erhitzt werden und während des Erhitzens die Luft zusätzlich zwischen den Hohlfäden abgesaugt wird. Vor dem Einbringen der Hohlfäden in die Form oder vor dem Verschließen der Form werden die Enden der Hohlfäden wiederum zugeschmolzen. Nach dem Schließen der Form wird die Füllung unter dem inneren Überdruck in den Hohlfäden bei gleichzeitigem Absaugen der zwischen den Zellen befindlichen Luft erhitzt, bis die Außenflächen der Hohlfäden miteinander verschmelzen. Ist der Verschmelzungsvorgang beendet, so läßt man die Füllung nach öffnen der Hohlfäden an mindestens einem Stirnende erstarren.

Eine Abwandlung der erstgenannten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das Hohlfädenbündel auf seinem Umfang mit einer zugleich als Form dienenden, die Außenform des Werkstücks aufweisenden Hülle fest verbunden wird. Hinsichtlich des Aufweitens und Verschmelzens der Wandungen der Hohlfäden verfährt man ebenso wie bei der vorbeschriebenen Ausführungsart. Jedoch bleibt die Füllung auch nach der Erstarrung in der Form, die dann die Oberfläche des Werkstücks ergibt. Man kann in diesem Fall die Hülle mit einem geeigneten, an sich bekannten Mittel auskleiden, das beim Eindringen des Fädenbündels in die Form, z. B. dessen Einziehen in ein Rohr, als Gleitmittel und nach dem Erstarren der Füllung als Bindemittel zwischen der Hüllenwand und der Füllung dient.

Durch eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die bei allen beschriebenen Ausführungsarten des Verfahrens möglich ist, besteht darin, daß in den Zonen mit statischer Spitzenbeanspruchung in Form von Rippen gruppierte, flachgedrückte Hohlfäden in das Bündel eingelagert werden. Dadurch kann man beliebige Partien eines aus Hohlfäden gebildeten Werkstücks verstärken. Zu diesem Zweck läßt man vorzugsweise die diese Paris tien und deren unmittelbare Nachbarschaft durchziehenden Hohlfäden offen oder öffnet sie wieder, nachdem man die Fäden des ganzen Bündels, z. B. durch Abschneiden mit einem heißen Draht, zu-

geschmolzen hat. Wenn sich nun beim Erhitzen die geschlossenen Hohlfaden ausdehnen, werden die offenen zusammengedrückt, so daß an den gewünschten Querschnittsstellen eine gegenüber den übrigen Partien wesentlich größere Menge von Hohlfaden angeordnet und damit auch eine größere Festigkeit erzielt werden kann.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bezieht sich auf die Herstellung von Stäben, Leisten und dergleichen Gegenständen aus Hohlfaden, an denen Beschläge z. B. durch Eindrehen von Schrauben befestigt oder andere Bearbeitungen vorgenommen werden sollen, die eine verhältnismäßig große Materialdichte erfordern. Erfindungsgemäß werden die Hohlfaden an solchen Stellen in eine flüssige oder plastische Masse eingebettet, die nach dem Ausformen des Gegenstandes erstarrt. Hierdurch läßt sich an den erforderlichen Stellen ohne Verkleinerung des Gesamtquerschnitts eine größere Materialdichte erzielen. ao

Durch das Verfahren nach der Erfindung wird einerseits die Möglichkeit geschaffen, Werkstücke in mancherlei Formen aus derartigen Hohlfaden zu schaffen; andererseits werden die vorgenannten vorteilhaften Eigenschaften der im Spritz-Spinn-Verfahren gewonnenen thermoplastischen Hohlfaden nicht nur erhalten, sondern noch verstärkt. Während man die Längsspannung der Hohlfaden durch einfaches Festhalten an beiden Enden an sich leicht erhalten kann, läßt sich durch das Aufweiten der Hohlfaden zum Verschmelzen ihrer Wände nun die Urrifangsspannung sogar noch vergrößern. Das in den Hohlfaden eingeschlossene Luft- oder Gaspolster stützt nicht nur die Hohlfaden von innen ab, sondern erweitert sie noch, wenn der Verschmelzungsvorgang bei genügend hoher Temperatur oder im Vakuum vorgenommen wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Werkstücken aus im Spritz-Spinn-Verfahren erzeugten Kunststoffhohlfäden, die in ganzer Werkstücklänge parallel aneinanderliegend unter sich verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die gebündelten Hohlfaden in einer Form unter Erhitzen aufgeweitet werden, bis ihre Wände zu einheitlichen Trennwänden eines wabenartigen Gebildes verschmelzen, worauf das Abkühlen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gebündelten Hohlfaden vor dem Erhitzen in der Form an beiden Stirnenden zugeschmolzen werden und das Aufweiten durch den inneren Überdruck in den Hohlfaden beim Erhitzen unter Verdrängen der Luft zwischen ihren Außenflächen bewirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gebündelten Hohlfaden in einer gasdichten Form erhitzt werden und während des Erhitzens die Luft zusätzlich zwischen den Hohlfaden abgesaugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlfädenbündel auf seinem Umfang mit einer zugleich als Form dienenden, die Außenform des Werkstücks aufweisenden Hülle fest verbunden wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zonen mit statischer Spitzenbeanspruchung in Form von Rippen gruppierte, flachgedrückte Hohlfaden in das Bündel eingelagert werden.

6.. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die flachzudrückenden Hohlfaden in dem Bündel an ihren Stirnenden offenbleiben oder nach dem gemeinsamen Zuschmelzen aller Stirnenden wieder geöffnet werden, worauf das Flachdrücken durch das Aufweiten der übrigen Hohlfaden erfolgt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfaden des Bündeis an Stellen des Werkstücks, die für das Eindrehen von Schrauben od. dgl. vorgesehen sind, in eine flüssige oder plastische Masse eingebettet werden, die später erstarrt.