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Terfahren zur Herstellung von geformten Gegenständen aus thermoplastischen
Materialien Als Form- oder Pressverfahren von thermoplastischen Materialien sind
beispielsweise das Spritzgussverfahren und das Blasformverfahren, bei welchen Pellets
von thermoplastischen Materialien verwendet werden, sowie das Vakuumverformungsverfahren,
bei welchem thermoplastische blatt-oder bahnförmige Materialien verwendet werden,
bekannte Bei all diesen Verfahren sind jedoch, verglichen
mit den
Abmessungen der sich ergebenden geformten Gegenstand, viel grpßere Anlagen oder
Einrichtungen erforderlich und die hierbei verwendeten Formen sind sehr kostspielig.
Zur Überwindung dieser Nachteile werden verschiedene Formverfahren unter Verwendung
von pulverformigen thermoplastischen Materialien vorgeschlagen. Eines dieser Verfahren
umfaßt beispielsweise die folgenden Stufen : das Füllen einer Form mit dem Pulver,
das Erhiitzen der Form während einer vorbestimmten Zeitdauer, die Entfernung des
Uberschusses an nicht gesintertem Pulver daraus, wobei das gesinterte Pulver an
der Innenseite der Form haften bleibt, das erneute Erhitzen der Form, um das Schmelzen
des gesinterten Pulvers zu vervollständigen, das Kühlen der Form und das Abtrennen
des geformten Gegenstandes daraus, Ein anderes derartiges Verfahren umfaßt das Füllen
einer metallischen Form mit einer sorgfältig abgemessenen vorbestimmten Menge des
Pulvers, das luftdichte AbschlieBen der Form und deren Umlaufenlassen in einem erhitzten
Ofen in polyachsialen Richtungen, um das Sintern und die Haftung des Pulvers an
der Innenseite der Form zu bewirken, das anschließende KEhlen der Form und das Abtrennen
des geformten Gegenstandes daraus.
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Die erstere Arbeitsweise weist jedoch Nachteile, wie dieVerwendung'einesgroßenUberschtt.ssesan'pulv.erförmigem
thermoplastischen Material, bezogen auf die zur Iierstellungdes Gegenstandes erforderliche
Menge, die Notwendigkeiteines eigenen Arbeitsganges, zur Entfernung des überschüssigen
Pulvers und einen großen Verlust an Pulver während des Formens, auf. Bei der letzteren
Arbeitsweiset ist dagegen eine komplizierte Umlaufvorrichtung zur gleichförmigen
UmdrehungderFormunterErhitzennotwendig.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Formpressen von pulverförmigen
thermoplastischen Materialien geschaffen, bei welchem die voratehend beschriebenen
Nachteile ausgeschaltet sind.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von
geformten Gegenständen aus thermoplastischen Materialien, bei welchem man in eine
Zone, in welcher ein pulverformiges thermoplastisches Material in Wirbelschicht
gehalten gehalten ist, eine Form einsenkt, die auf eine Temperatur erhitzt wurde,
die nicht niedrigerals der Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials, jedoch
tiefer als die Temperatur liegt, bei welcher das thermoplastische Material
während
der Beruhrungszeit der beiden zersetzt wird, das thermoplastische Pulver in den
statischen Zustand"überführt, um die Haftung einer Schicht gewünschter Dicke des
gesinterten thermoplastischen Materials auf den Oberflächen der Form zu bewirken,
die Form aus der Zone des thermoplastischen Pulvers abzieht, khlt und den geformten
Gegenstand aus thermoplastischem Material, welcher sich aufgrund von Sinter-Adhäsion
auf den Oberflächen der Form befindet, von der Form abtrennt.
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Das Verfahren gemma3 der Erfindung kann beispielsweise wie folgt
ausgeftihrt werden : Ein Behälter mit e. inem, aus einer luftdurchlässigen porösen
Platte bestehenden inneren waagerechten Zwischenboden wird mit dem thermoplastischen
Harzpulver, in welche , um den fluidisierten Zustand des Harzpulvers aufrecht zu
erhalten, ein Gas, gewöhnlich Luft, durch die luftdurchlässige, poröse Platte geleitet
wird, gefüllt. In diese Zone wird eine Form eingesenkt, die auf eine etwas höher
als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzpulvers liegende Temperatur vorerhitzt
ist, Sobald die Form vollständig in das Harz eingesenkt ist, wird das Einblasen
des
Gaussa. unterbrochen, um die Wirbelschicht des Harzpulvers zu
beendigen. Nach dem Sintern und der Adhäsion des Harze s auf den Oberflächen der
Form wird die Form gekühlt und der sich ergebende geformte Gegenstand von der Form
abgetrennt.
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In dem vorstehend beschriebenen Falle kann das Einblasen des Gases
vor dem Binsenken der Form in die Zone, in welcher das Harzpulver in Wirbelschicht
vorliegt, beendet werden, da nach Beendigung der Gaszufuhr in den das Harzpulver
enthaltenden Behälter das Harzpulver für kurze Zeit weiter in der Luft flotiert
oder schwebt, Natürlich wird in diesem Falle die Menge des flotierenden Harzpulvers
(loating resin) mit der Zeit geringer ; jedoch können die Zwecke des Verfahrens
gemäß der Erfindung, soweit die metallische Form in die flotierende Schicht des
Harzpulvers (welche auch als fluidisierte Zone bezeichnet werden kann) eingesenkt
werden kann, in zufriedenstellender Weise erzielt werdehe Wenn jedoch naoh dem Absohalten
der Gaszufuhr zuviel Zeit vergeht, geht das Harzpulver allmählich in den statischen
Zustand über, da es nicht mehr in der Lage ist, in Wirbelschicht zu bleibenv Ein
Versuch, in dieser Stufe
die netallische Form hineinzusenken, wird
durch die Anhäufung des Harzpulvers verhindert und kann nur unter groBer Schwierigkeit
erz3elt werdeno So ist es bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wichtig, da# sich,
während die'Form eingesenkt wird, das Harzpulver in Wirbelschicht, und nach Beendigung
des Einsenkens im statischen Zustand befindet. Der Ausdruck"statischer Zustand",
wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf den Zustand, in welchem das Harzpulver
nicht in dem Gas flotiert, d, ho in welchem eine Anhäufung des Harzpulvers im wesentlichen
fehlto Die Temperatur der metallischen Form soll im Augenin bliok des Einsenkens
in dietWirbelschicht gehaltene Zone nicht niedriger als der Schmelzpunkt des Harzes,
vorzugsweise etwas höher liegen und außerdem so abgestimmt sein, daB während der
Beruhrungszeit der Form mit dem Harz keine Zersetzung oder Verfärbung des harzes
bewirkt wird. Wenn die Temperatur des Harzes nur 30° C oder mehr, vorzugsweise nur
50°C oder mehr, höher als die Schmelztemperatur liegt, können besonders zufriedenstellende
Ergebnisse erzielt werden.
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Die Höhe der Schicht des in Wirbelschicht gehaltenen Harzpulvers
betragt etwa das 1,2 - 1,3 facheder des im statischen Zustand befindliohen Harzpulvers
und demzufolge
nimmt logischerweise die Höhe der Harzpulverschioht
abc wenn die Überführung in Wirbelschicht beendet wird. Aus diesem Grunde soll,
damit zu diesem Zeitpunkt vermieden wird, daß sich die Form außerhalb der Harzpulverschicht
befindet, die Form tief unter das Niveau der in Wirbelschicht gehaltenen Harzpulverschicht
eingesenkt werden.
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Die Tiefe variiert in Abhängigkeit von der Größe und der Schüttdichte
des in jedem speziellen Falle verwendeten synthetischen Harzpulvers, es wird jedoch
allgemein bevorzugt, da# die Form in einer Tiefe die etwa das 1, 1.-1,2fache der
des im Ruhezustand befindlichne Harzpulvers beträgt, eingesenkt wird.
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AuBerdem kann die Dicke des geformten Gegenstandes leicht dadurch
geregelt werden, daB man Faktoren, wie die Temperatur der Form und die Einsenkzeit
reguliert. Es ist auch möglich, andere Bedingungen zu modifizierten, indem die Dicke
der metallischen Form zur Veränderung ihrer Wärmekapazitätvariiert.InsbesondereiatesimFalleder
Verwendung eines synthetischen Harzpulvers von hohem Schmelzpunkt sehr zweckmäßige
die Dicke der Form zu erhöhen.
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Gemma3 der Erfindung ist es nach dem Einsenken der Form in die Schicht
des in Wirbelschicht gehaltenen Harzpulvers
notig, das in Wirbelschicht
gehaltene Harzpulver zum Stillstand oder in den Ruhestand zu bringen. Zu diesem
Zwecke kann die Zuführung des zum Überführen des Harzpulvers in Wirbelschicht nötigen
Gases, wie Luft, in die Wirbelschicht-Zone beendet werden, was auf beliebige Weise,
wie Abschalten der Stromquelle eines elektrischen Ventilators oder Einsetzen einer
Ablaßvorrichtung (dumper) , um das Gas auf einem anderen Weg entweichen zu lassen,
erzielt werden kann Wie vorstehend ausgeführt kann die Beendigung der Gaszufuhr,
z. Bo der Luft, zur Herbeiführung des Ruhezustandes des in Wirbelschicht gehaltenen
Harzpulvers vor oder während des Einsenkens der Form ausgeführt werden.
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Wenn im Gegensatz zu dem Verfahren gemä# der Erfindung das Harzpulver
nach dem Binsenken der Form in die Wirbelschicht-Zone des Harzpulvers nicht in den
statischen Zustand überführt wird sondern die Wirbelschicht. lange nach dem Einsenken
aufrecht erhalten bleibt, treten die folgenden Nachteile auf. Unter dem Einfluß
dss zum Überführen des Harzpulvers in Wirbelschicht eingeblasenen , Gases wird die
Temperatur der Form erniedrigt. Insbesondere
kEhlt sich im Falle
einer Form welche die Gestalt eines Behälters, beispielsweise eines zylindrischen
oder rechteckigen Behälters aufweist, der Boden, welcher mit dem Gas direkt in Berührung
kommt, zuerst ab und es ist schwierig, innerhalb der Form eine gleichmäBige Temperatur
aufrecht zu erhalten. Außerdem weist insbesondere das gesinterte Harz, das am unteren
Teil der Form haftet, zahlreiche Gasporen auf, wodurch ebenfalls die erwünschte
gleichförmige Haftung des Harzes auf den Oberflächen der Form erschwert wird. So
kann eine Form in Art eines Bechers oder Eimers, ganz abgesehen von komplexeren
Formen, kaum geformt werden. Wiederum können, wenn die Anfangstemperatur der Form
auf übermäßige Höhe gebracht wird, solche. unerwünschten Erscheingungen, wie thermischer
Abbau und VerfOrbung des Harzes, verursacht werden. Weiterhin ist es bei thermoplastischen
Materialien, die gewbhnlioh eine schlechte thermische Leitfähigkeit aufweisen, schwierig,
die Dioke der r geformten gegenstände, beispielsweise auf mehr als 1 mm, zu erhôhen.
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Aus den vorstehend genannten GrUnden sollte, wenn die Gaszufuhr zur
Wirbeleohioht-Zone nach dem Einsenken der metallischen Form beendet wird, dies in
der kurzest
möglichen Zeit geschehen, um den Stillstand oder Ruhezustand
des Harzpulvers zu erzielen. Gewöhnlich verbleibt das Harzpulver, auch wenn die
Gaszufuhr beendet ist, noch eine kurze Zeit in Wirbelschicht (flotierenden Zustand)
(floating state) und setzt sich allmählich zum Ruhestand abe Wenn dann die Schicht
gewünschter Dicke des gesinterten thermoplastischen Materials an der Form haftet,
wird die Form aus der Zone des im statischen Zustand befindlichen Harzpulvers entfernt
und auf eine entsprechende Temperatur abgekühlt. Danach wird der geformte Gegenstand
aus Harz welcher an den Oberflächen der Form haftet, von der Form abgetrennt.
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Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ist es auah möglich die Form
nach ihrer Entnahme aus der Harzpulverzone wieder zu erhitzen, um die Sinter-Haftung
des Harzes auf den Oberflächen des geformten Gegenstandes weiter zu vervollständigen,
anschlie#end zu kühlen und den geformten Gegenstand von der Form abzutrennen.
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Nachstehend wird beispielsweise eine Vorriohtung zur Ausführung des
Verfahrens gemäß der Erfindung mit Bbzug auf die Abbildung beschrieben.
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In der in der Abbildung veranschaulichten Vorrichtung ist als innerer
Zwischenboden des Behälters 1 eine luftdurchlässige poröse Platte 2 vorgesehen.
Luft oder ein inertes Gas wird von dem SinlaB 3 zugeführt, um das pulverförmige
thermoplastische Harz 4 in Wirbelschicht zu überführen. Der Grad der Überführung
in Wirbelschicht wird durch die Ventile 5 und 6 geregelt. Die Form 7 kann aus einem-beliebigen
Material, sofern es-auf eine Temperatur,dieetwashoherals der Schmelzpunkt des Harzes
liegt, erhitzt werden kann, bestehen ;-sie ist mit einem Handgriff 8 und einem Einlass
9 fur Druckluft ausgestattet, um die Abtrennung des geformten Gegenstandes daraus
zu erleichterno Nachdem die auf die vorbestimmte Temperatur erhitzte Rorm in das
in Wirbelschicht gehaltene Harzpulver eingesenkt ist, wird das Harzpulver in den
statischen Zustand gebracht und, sobald das Harz an den Oberflächen der Form gesintert
ist und als Schicht gewünschter Dicke daran hafbet, wird die Form aus der Zone des
im statischen Zustand befindlichen Harzpulvers entfernt, wobei das überschüssige
Harzpulver entweder unter Vibration abgeschiittelt oder abgekehrt wird. Während
der Teil des Harzes, der mit der
Form in BerUhrung ist, genügend
plastifiziert ist, um eine kontinuierliche Schicht zu bilden, ist der Oberflächenteil
der Schicht nur gesintert und sollte daher zurvollständigen Plastifizierung weiter
erhitzt werden, um eine gLeichmäßige glatte Oberfläche zu ergeben. Wenn jedoch die
gewunschte Dicke des geformten Gegenstandes gering ist, ist ein Wiedererhitzen nicht
unbedingt erforderlich, sondern der ganze Gegenstand kann durch die Wärmemenge,
die er durch die Form erhält, genügend plastifiziert werden und kann eine glatte
Fläche gleichförmkiger Qualität haben. Das Kühlen kann dadurch ausgeführt werden,
daß man die Form, an welcher die Harsschicht haftet bei Raumtemperatur stehen läßt
oder pie in einen Wasserbehälter eintaucht, um dem geformten Gegenstand Zähigkeit
und Glanz zu verleihen. Danach wird der geformte Gegenstand von der Form getrennt.
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Das bei dem Verfahren gemä# der Erfindung besonders bevorzugte Material
ist Polyäthylenpulver ; das Verfahren gemäß derErfindungistauchzumFormenanderer
pulverförmiger thermoplastischer Harze, wie Polypropylen oder Vinylchlorid brauchbar.
Es ist auch möglich, Mischungen
dieser pulverförmigen Harze oder
andere Zusatzstoffe, wie Füllstoffe, Antioxydationsmittel, Färbemittel od. dgl.
zu verwenden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher veranschaulicht.
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Beispiel l In diesem Falle wurde ein Polyäthylenpulver hoher Dichte
unter Verwendung einer zylindrischen Form aus einer 3, 2 mm starken Stahlplatte
mit einem Durohmesser von 320 mm und einer Höhe von 150 mm, geformt, Ein Gefäß zum
Überführen in Wirbelschicht, mit einer Länge von 725 mm, einer Breite von 525 mm
und einer Höhe von 450 mm, wurde mit Polyäthylenpulver gefüllt und durch eine luftdurchlässige
poröse Platte wurde vom Bodenteil aus Luft eingeblasen, um das Polyäthylenpulver
in Wirbelschicht zu überführen. Bine mit einem Gleit-oder Schmiermittel versehene
Form wurde in einen Heißluft-Umlauf-Brennofen, dessen atmosphärische Temperatur
auf 400°C eingeregelt war, eingebracht und 10 Minuten lang vorerhitzt. Sofort nach
der Entnahme aus dem Brennofen
wurde die Form, wie in der Abbildung
gezeigt, mit dem Boden nach unten in das Gefäß zum Überführen in Wirbelschicht eingebrachto
Nach dem vollständigen Einsenken der Form in das in Wirbelschicht gehaltene Pulver
wurde der Ventilator, durch welchen Luft in das Gefäß eingefuhrt wurde, abgestellt
und man ließ danach die Form 1 Minute lang in das Harzpulver eingesenkt. Die Dicke
der gesinterten an der Form haftenden Harzschicht kann nur durch Variation der Zeitdauer,
während welcher die Form in das Harzpulver eingesenkt wird, gergelt werden und erreicht
nach 2 Minuten etwa 3 mm. Danach wurde die Form entnommen, zur Befreiung von dem
überschüssigen daran haftenden Pulver geschüttelt und in dem Brennofen bei 300 0
l Minute lang wiedererhitzt. Anschließend wurde die Form zur Kühlung der daran haftenden
gesinterten Polyaithylensohicht von den Oberflächen aue mit Vlasser von 15° C gefUllt.
So konnte die Polyäthylenschicht gleichförmioger Dicke mit glatten Oberflächen,
welche an den äußeren Oberlichen der Form haftet, ohne irgend eine zusätzliche Behandlung
leicht abgetrennt werden.
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Der so erhaltene Behälter hatte eine Dicke von 2,0 mm, enthielt wenig
Blasen und war zäh. FUr das vorstehend
erwähnte Wiedererhitzen
kam der gleiche Brennofen, der für das Vorerhitzen verwendet worden war, zur Anwendung,
rd jedoch, um den gesamten Arbeitsgang in einerregulären Folge zu halten, ein eigener
Brennofen verwendet, so würde der Arbeitsgang sehr wirksam sein.
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Beispiel 2 In diesem Falle wurde ein Polypropylenpulver unter Verwendung
der gleichen, wie in Beispiel 1 verwendeten metallisdhen Form, geformt.
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Ähnlich wie in Beispiel 1 wurde Polypropylenpulver in das Gefä# zum
Überführen in Wirbelschicht gebracht und in Wirbelschicht überführt ; hierein wurde
die mit einem Gleit--oder Schmiermittel versehere und in einem Hei#luft-Umlaufofen
10 Rinuten lang auf 42Q° C vorerhitzte Form eingesenkt. Sobald das Einsenken vollendet
war, wurde gleichzeitig der Ventilator abgeschaltet. Nach einer Einsenkzeit von
l Minute wurde die Form herausgenommen, das überschüssige Pulver mit Federn abgekehrt
und danach die Form in einem eigenen Brennofen 2 Minuten langbei200°C w eder erhitzt.
Darauf wurde die Form von der Innenseite
mit Wasser gekuhlt und
der geformte Gegenstand abgetrennt. Das Produkt hatte eine gleichförmige Dicke von
2, 0 mm und war fest.
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Beispiel 3 In diesem Falle wurdeein viereckiger Behälter (universal
container) einer Länge von'700 mm, einer Breite von 500 mm und einer Höhe von 400
mm unter Verwendung einer aus einer 4 mm starken Stahlplatte hergestellten Form
geformt.
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Ein iloly thylenpulver hoher Dichte wurde. in ein 1200 mm langes,
1200 mm breites und 900 mm hohes Gefäß zur Überführung in Wirbelschicht eingefüllt
und in Wirbelschicht überführt ; darin wurde eine in einem HeiB-luft-Umlaufofen
11 Minuten lang auf 400° C vorerhitzte Form mit der Oberseite nach unten mittels
einer Iiebeeinrichtung eingesenkt. Unmittelbar vor dem Einsenken wurde die Form
mit einem Weißblechdeckel versehen, um die Haftung des gesinterten Polyathylens
an der Innenseite der Form zu verhindern. Nach dem vollständigen Einsenken der Form
wurde der Ventilator zur Beendigung
der Wirbelschicht abgestellt.
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Der Teil der Form, der außerhalb der im Ruhezustandbefindlichen Pulverschicht
lag, wurde mit dem gleichen getrennt hergestellten Polyäthylenpulver bedeckt und
man ließ die Form 2 Minuten lang eingesenkt. Danach wurde die Form herausgenommen
und das überschüssige Pulver abgekehrt, um die Oberflächen der anhaftenden Polyäthylensohioht
zu glätten.
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Darauf wurde die Form in einem Brennofen 6 Minuten lang bei 270° C
wiedererhitzt und 6 Minu-ten lang bei Raumtemperatur stehen gelasserl, um die Polyäthylenschioht
mit der durch die Form vorhandenen Wärmemenge vollständig zu plastifizieren.
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Das Kühlen wurde durch Eintauchen der Form in einen Wasserbehälter
bei 60° C bewirkt. Bei sehr fester Haftung der Polyäthylenschicht an der Form wurde
die Trennung der beiden durch,Einblasen von Druckluft durch die beiden Gas-Einlaßöffnungen,
die. innerhalb der Form vorgesehen sind, bewerkstelligt.
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Der sich ergebende Universalbehälter hatte ein Gesamtgewicht von
etwa. 4. kg, gleichförmige Dicke und sowohl perlglanzendeInnen-undAußenflächen.DerBehälter
war auch zäh.
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Beispiel 4 In diesem Falle wurde ein zweifarbiger Behälter unter
Verwendung der Form von Beispiel 1 geformt.
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Zwei 725 mm lange, 525 mm breite und 450 mm hohe Gefäße zur Überführung
in Wirbelschicht wurden jeweils mit verschieden gefärbten Polyäthylenpulvern hoher
Dichte gefüllt und das Pulver wurde in beiden Gefäßen mit Druckluft in Wirbelschicht
überführt.
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In das erste Gefä wurde die in einem Brennofen bei 400° C 10 Minu
en lang vorerhitzte Form eingesenkt und gleichzeitig die Zufiihrung von Druckluft
in das Gefäß unterbrochen. Nach 30 Sekunden langem Einsenken wurde die Form entnommen,
zur Entfernung des überschiissigen Pulvers geschüttelt und in einem Brennofen bei
300°C 30 Sekunden lang wieder erhitzt, um die daran haftende Polyäthylenschicht
vollständig zu plastifizieren und mit glatten Oberflächen zu versehen. Nach der
Entnahme aus dem Brennofen wurde die Form so wie sie war in das zweite Gefäß eingesenkt.
Gleichzeitig mit dem Einsenken wurde die Zufuhr von Druckluft in das Gefäß unterbrochen.
Die Form wurde 1 Minute lang eingesenkt, um die Haftung einer Polyäthylenschicht
auf derjenigen von unterschiedlicher Farbe,
welche während des
ersten Einsenkeng anhaftete, zu bewirken, so daß der Behälter aus 2 Schichten, einer
inneren und einer äu#eren verschiedener Farbe bestand. Danach wurde die Form, wie
vorher, bei 300° C 1 IvIinute lang wieder erhitzt, gekühlt und von dem gebildeten
zweifarbigen Behälter abgetrennt.
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Gemäß # dieser Arbeitsweise können Behälter, deren innere und äußere
Oberflächen verschiedene Farben haben, auf wirtschaftliche und zweckmä#ige Weise
geformt werden.