DE1429035C

DE1429035C - Process for the production of workpieces from thermoplastic hollow fibers

Info

Publication number: DE1429035C
Authority: DE
Inventors: Dr. Gerhard; Thielmann Dipl.-Landw. Paul; 3560 Biedenkopf Peters
Original assignee: Deutsche Kapillar-Plastik GmbH & Co, 3560 Biedenkopf

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.The invention described below relates to a method for producing workpieces made of thermoplastic hollow fibers that extend over the entire length of the workpiece Cells form. Workpieces produced in this way can be material and structural elements, semi-finished products and be prefabricated parts of all kinds. Their special properties are very poor Volume weight and yet high strength.

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.It is known that workpieces and components are made from hollow fibers obtained by the injection-spinning process made of thermoplastic materials by laying these threads together in the same direction and glued together, cemented or embedded in a temporarily liquid or plastic medium which later solidified into a support structure. In this way you can until now blocks, plates and produce similar structures, which are traversed by fine tubes, with the space between them Tube is filled with a more or less solid mass.

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.Basically, they are made from thermoplastics using the injection-spinning process Hollow fibers have an advantageous property compared to other tubular structure formers, such as straws and the like: In the injection-spinning process, the hollow fibers experience the transition from the molten material to the solid state an all-round stretching of its walls, in particular a stretching. this This results in an order of the plastic molecules based on the extent of the wall, those in the hollow fiber a tension is generated which, to a certain extent, is preserved after the plastic has solidified is. By arranging the filamentary macromolecules of the plastic in very specific directions the specific strength of the plastic is increased considerably.

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. The production of such workpieces with additional binding agent, which the gaps between Filling the individual tubes, however, makes the workpieces more expensive and causes them to have a share of have a worthless density for their strength. In addition, as a result of the stored binders the above-discussed good properties of the hollow fibers in question do not fully apply Validity because at least the hoop tension is lost.

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.The present invention is therefore based on the object of producing workpieces using the injection-spinning process to create hollow fibers obtained from thermoplastics with a fine cell structure have a low volume weight and yet high strength. The hollow fibers should be like this be connected with each other that the advantageous properties obtained by the spray-spinning process the hollow fibers come into full effect.

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.This is achieved according to the invention in that the bundled hollow fibers are in a form under Heating are expanded until their walls become uniform partitions of a honeycomb-like structure merge, followed by cooling. The result of the immediate solid fusion of the neighboring Hollow fibers given the possibility of full utilization of those inherent in the threads Molecular tension results together with the particularly favorable one created by the invention wood-like structure a workpiece of very high tension and strength with a very low density. The method according to the invention can be carried out in various ways.

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.According to a simple embodiment, the bundled hollow fibers are prior to heating in the Form melted shut at both ends and the expansion due to the internal overpressure in the Hollow fibers when heated while displacing the air between their outer surfaces causes until the fusion of the hollow fibers has taken place on their surfaces. The air trapped in the hollow fibers When it expands as a result of the heating, the cell interiors of the hollow fibers are expanded and displaced thus the spaces between the hollow fibers. After the complete merging of the »5 outer walls of hollow fibers, the cells are opened at one end and the filling is allowed to cool. This The embodiment of the method according to the invention is particularly suitable for the use of thermoplastics with a relatively high melting temperature, because this is due to the high temperature range reach a sufficiently high overpressure in the cells up to the melting point of the material can.

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.Another way to run the Veras is that the bundled hollow fibers be heated in a gas-tight form and during the heating the air additionally between the hollow fibers is sucked off. Before inserting the hollow fibers into the mold or before closing The ends of the hollow fibers are again melted shut to the mold. After closing the The filling is shaped under the internal overpressure in the hollow fibers with simultaneous suction of the Air located between the cells is heated until the outer surfaces of the hollow fibers fuse together. When the fusing process has ended, the filling is left at least after opening the hollow fibers solidify at one end.

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.A modification of the first-mentioned embodiment of the method according to the invention consists in that the hollow fiber bundle on its circumference with a shape that also serves as the outer shape of the workpiece having shell is firmly connected. With regard to expansion and merging the walls of the hollow fibers proceed in the same way as in the embodiment described above. However, the filling remains even after it has solidified in the form that then gives the surface of the workpiece. In this case you can use the cover line a suitable, per se known means that when the thread bundle penetrates into the Shape, e.g. B. its pulling into a pipe, as a lubricant and after the solidification of the filling as Binder between the shell wall and the filling is used.

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-A further embodiment of the method according to the invention, which is described for all Modes of execution of the method is possible, that in the zones with static peak stress Flattened hollow fibers grouped in the form of ribs embedded in the bundle will. As a result, any parts of a workpiece made of hollow fibers can be reinforced. to for this purpose it is preferable to let the Parisians and their immediate neighborhood pass through Hollow fibers open or reopen after the threads of the whole bundle, e.g. B. by cutting with a hot wire,

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.melted. If the closed hollow filaments expand when heated, the open ones become compressed, so that at the desired cross-sectional locations one opposite the other parts arranged a much larger amount of hollow filament and thus also achieved greater strength can be.

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. aoAnother embodiment of the method according to the invention relates to the production of Rods, strips and the like objects made of hollow thread, on which fittings z. B. by screwing fastened by screws or other machining operations that require a proportionate require high material density. According to the invention, the hollow filaments are in such places embedded in a liquid or plastic mass that solidifies after the object has been shaped. In this way, a achieve greater material density. 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.The method according to the invention on the one hand creates the possibility of converting workpieces into to create various shapes from such hollow filaments; on the other hand, the aforementioned are advantageous Properties of the thermoplastic hollow filaments obtained in the injection-spinning process are not only preserved, but reinforced. While you can maintain the longitudinal tension of the hollow filament by simply Holding on to both ends can easily be obtained by expanding the hollow filament to merge their walls, increase the initial tension even further. That in the hollow thread Trapped air or gas cushions not only support the hollow filament from the inside, but also expand it they still do when the fusing process takes place at a sufficiently high temperature or in a vacuum is made.

Claims

Patent claims:

1. Process for the manufacture of workpieces from hollow plastic filaments produced by the injection-spinning process, which are connected to each other in parallel over the entire length of the workpiece, characterized in that the bundled hollow filament in a mold with heating are widened until their walls become uniform partitions of a honeycomb-like structure merge, followed by cooling.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the bundled hollow filament before heating in the mold at both ends are melted shut and the expansion due to the internal overpressure in the hollow fiber during Heating is effected to displace the air between their outer surfaces.

3. The method according to claim 2, characterized in that the bundled hollow filament in a gas-tight form and, during the heating, the air between the hollow filament is sucked off.

4. The method according to claim 2, characterized in that the hollow fiber bundle its circumference with a shape that also serves as the outer shape of the workpiece Sheath is firmly connected.

5. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that grouped, flattened, in the zones with static peak stress in the form of ribs Hollow filaments are stored in the bundle.

6 .. The method according to claim 5, characterized in that the hollow filament to be flattened remain open at their front ends in the bundle or after they have been melted together all front ends are opened again, whereupon the flattening by expanding the remaining hollow filament takes place.

7. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the hollow thread of the bundle at points on the workpiece that are used for screwing in screws Od. Like. Are provided, are embedded in a liquid or plastic mass, which later stiffens.