DE102007040893A1

DE102007040893A1 - Herstellung von Kunststoff-Formteilen durch Umformung

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Publication number: DE102007040893A1
Application number: DE102007040893A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Schlipf; Claudia Dr. Stern; Achim Prof. Dr.-Ing. Frick; Arif Dipl.-Ing. Rochmann
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-02-26
Also published as: WO2009027019A1; DE102007040893A8

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, insbesondere von Mikroformteilen, vorgeschlagen. Verwendung findet hierbei ein Pressformwerkzeugpondierenden Gegenstück, wobei bei einer Anordnung des Stempels in einer vorgegebenen Endposition dieser mit dem Gegenstück eine Kavität definiert, deren Form im Wesentlichen der Form des herzustellenden Formteils entspricht. Das Verfahren verwendet ein bei Raumtemperatur amorphes oder teilkristallines, teil- oder vollfluoriertes thermoplastisches Polymermaterial und umfasst folgende Schritte: - Bereitstellen des Pressformwerkzeuges mit dem in eine Ausgangsposition überführten Stempel, bei der dieser außer Eingriff mit der Ausnehmung des Gegenstücks positioniert ist, - Einbringen einer dem Gewicht des herzustellenden Formteils entsprechenden Menge des Polymermaterials in festem Zustand in die Ausnehmung des Gegenstücks, - Erwärmen des Polymermaterials auf eine Temperatur oberhalb seiner Glasübergangstemperatur, - Beaufschlagung des erwärmten Polymermaterials mit Druck durch Überführen des Stempels in die Endposition, wobei das Polymermaterial zu dem Formteil umgeformt wird, - Abkühlen des Polymermaterials auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur, - Entfernen des Stempels aus der Endposition und Entnehmen des hergestellten Formteils aus dem Pressformwerkzeug.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Formteilen aus einem bei Raumtemperatur amorphen oder teilkristallinen teil- oder vollfluorierten thermoplastischen Polymermaterial unter Verwendung eines Pressformwerkzeugs mit einem Stempel und einem zu dem Stempel korrespondierenden Gegenstück mit einer Ausnehmung zur Aufnahme von Polymermaterial und des Stempels, wobei der Stempel und das korrespondierende Gegenstück bei einer Anordnung des Stempels in einer vorgegebenen Endposition eine Kavität definieren, deren Form im Wesentlichen der Form des herzustellenden Formteils entspricht. Die Erfindung betrifft ferner ein gemäß einem solchen Verfahren hergestelltes oder herstellbares Formteil.
Zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoffen sind eine ganze Reihe von Verfahren aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere Urformverfahren wie das Spritzgießen oder das Reaction Injection Moulding (RIM) und Umformverfahren, insbesondere Thermoformverfahren.
Beim Spritzgießen wird ein Polymerwerkstoff plastifiziert und in ein Spritzgießwerkzeug eingespritzt. Form und Oberflächenstruktur des herzustellenden Formteils werden durch die Kavität des Spritzgießwerkzeugs bestimmt, in die der plastifizierte Werkstoff eingespritzt wird. Auch Kleinteile, auch Mikroformteile genannt, mit einem Gewicht von deutlich unter 1 g sind problemlos durch Spritzgießen herstellbar. Nachteilig sind allerdings die mögliche Ausbildung von Bindenähten und der zwingend auftretende Anguß, der insbesondere bei der Herstellung kleiner Formteile prozentual einen hohen Anteil an Abfall erzeugt. Daneben treten insbesondere Probleme bei der Verarbeitung von Poly meren mit hoher Viskosität auf, insbesondere bei hohem Fließweg-Wanddicken-Verhältnis. Oberhalb einer gewissen Molmasse sind viele Polymere durch Spritzgießen überhaupt nicht mehr verarbeitbar.
Viele dieser Nachteile treten auch beim Reaction Injection Molding auf. Dabei werden mindestens zwei Komponenten miteinander vermischt und unmittelbar anschließend als Reaktionsmasse in ein formgebendes Werkzeug gespritzt. Gegenüber thermoplastischen Schmelzen weisen derartige Reaktionsmassen in der Regel ein günstigeres Fließverhalten auf, weshalb sich bei gleicher Wanddicke größere Fließwege erreichen lassen. Dafür können die Formstandzeiten gegebenenfalls etwas höher liegen als beim konkurrierenden Spritzgießverfahren.
Mikroformteile haben mittlerweile, insbesondere als Komponenten von sogenannten Mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) und der Mikrosystemtechnik (MST) erhebliche Bedeutung erlangt.
Bekannte Thermoformverfahren sind insbesondere Tiefzieh- und Vakuumtiefziehverfahren. In diesen Verfahren werden in der Regel Folien oder dünne Platten verarbeitet. Andere Halbzeuge sind als Ausgangsmaterialien in der Regel nicht einsetzbar. In der Folge sind üblicherweise nur Formteile mit nahezu homogener Wanddicke produzierbar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines neuen Verfahrens zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff, das die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 17 definiert.
Auch ein Kunststofformteil gemäß Anspruch 18 ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kunststofformteils finden sich in den abhängigen Ansprüchen 19 bis 23.
Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Formteilen, insbesondere Mikrobauteile, mit Teilbereichen mit deutlich verschiedenen Wanddicken einschließlich sehr dünnwandigen Bereichen, die zumindest in einem Teilbereich eine Dicke von ca. 500 μm oder weniger aufweisen. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Formteilen mit komplexer Geometrie.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt insbesondere die Hersstellung von im Wesentlichen verzugsfreien Formteilen, da innerhalb der Kavität bestenfalls geringfügige Druckunterschiede herrschen. Dieser Vorteil besteht vor allem gegenüber den im Spritzgussverfahren hergestellten Formteilen.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt ferner Formteile mit einer im Wesentlichen homogenen Morphologie über den Formteilquerschnitt bereit. Daraus resultieren homogene Gebrauchseigenschaften.
Ferner stellt sich das erfindungsgemäße Verfahren als weitgehend abfallloser Herstellprozess dar. Dies ist von besonderer Bedeutung bei hochpreisigen Polymermaterialien, da ein Recyclen von Abfällen nicht immer ohne Qualitätseinbußen gelingt.
Besondere Bedeutung kommt dem erfindungsgemäßen Verfahren auch wegen einer geringen Verweilzeitproblematik zu. Damit lassen sich auch thermisch weniger stabile Polymermaterialien, insbesondere solche mit thermisch sensiblen Füllstoffen und dergleichen, ohne größeren Aufwand verarbeiten.
Die thermooxidative Belastung der verwendeten Polymermaterialien lässt sich weiter durch eine Inertgasspülung des Pressformwerkzeugs reduzieren.
Die Verarbeitungstemperaturen für das verwendete Polymermaterial können im Vergleich mit den eingangs beschriebenen Verfahren niedriger gewählt werden. Ferner kennt das erfindungsgemäße Verfahren praktisch keine Entlüftungsproblematik.
Das erfindungsgemäße Verrfahren lässt sich darüber hinaus relativ unabhängig vom Wanddicken-Fließweg-Verhältnis gestalten.
Ferner lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren thermoplastische Polymermaterialien verarbeiten, die hohe Molmassen aufweisen und mit herkömmlichen Verfahren nur unbefriedigend oder gar nicht verarbeitbar sind.
Die Polymermaterialien können dabei durchaus Molmassen aufweisen, die bis zu ca. 10⁸ g/Mol erreichen.
In einem ersten Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird festes Polymermaterial in die Ausnehmung eingebracht. Das feste Polymermaterial wird dabei in einer Menge in die Ausnehmung eingebracht, die dem Gewicht des herzustellenden Formteils entspricht.
In einem weiteren Schritt wird das Polymermaterial erwärmt, bis es einen thermoelastischen Zustand erreicht.
Bei der Verarbeitung von teilkristallinem Polymermaterial wird dieses auf eine Temperatur oberhalb seiner Glasübergangstemperatur erwärmt. Die Glasübergangstemperatur ist die Temperatur, bei der amorphe oder teilkristalline Polymere vom hartelastischen oder glasigen Zustand in den flüssigen oder gummieleastischen Bereich übergehen.
Nach oben hin ist diese Temperatur in der Regel durch die Zersetzungstemperatur des jeweils verwendeten Polymermaterials begrenzt.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Polymermaterial nicht bis zur Schmelze erwärmt wird.
Deshalb wird bei im Wesentlichen vollständig amorph vorliegenden Polymermaterialien das Polymermaterial nur auf etwa die Hälfte seiner Glasübergangstemperatur (in °C) bis unter die Glasübergangstemperatur erwärmt.
Das Polymermaterial wird durch die Erwärmung in einen unter Druckeinwirkung fließfähigen thermoelastischen Zustand versetzt, der sich vom schmelzflüssigen Zustand unterscheidet.
Der Stempel wird in die Ausnehmung hineingepresst, bis er die vorgegebene Endposition erreicht, in der er mit dem Gegenstück eine Kavität einschließt, die in Form und damit auch in Volumen dem herzustellenden Formteil entspricht oder dessen Abmessungen knapp unterschreitet. Auf das zunächst noch nicht an die Abmessungen und Form der Kavität angepasste Polymermaterial übt der Stempel dabei einen in der Regel sehr hohen Pressdruck aus.
Unter dem Druck des Stempels wird ein Fließvorgang eingeleitet und das Polymermaterial verteilt sich in der Folge im Wesentlichen gleichmäßig in der Kavität. Es erfolgt also eine Umformung unter dem Einfluß von Temperatur und Druck. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich entsprechend um eine besondere Art eines Thermo-Umformverfahrens.
Besonders bevorzugt wird das feste Polymermaterial in Form von Partikeln und/oder in Form eines vorgeformten Rohlings in die Ausnehmung eingebracht. Besonders bevorzugt ist die letztere Variante. Als vorgeformter Rohling kann dabei insbesondere ein Halbzeug verwendet werden, das in seinen Abmessungen dem herzustellenden Formteil bereits teilweise entspricht.
Beispielsweise können Rohlinge aus Platten oder Folien ausgestanzt werden. Andere Rohlingstypen umfassen von stangen-, schlauch- oder rohrförmigen Halbzeugen abgeleitete Körper.
Um die geometrische Veränderung eines Formteils bei einem Umformverfahren zu erfassen, kann beispielsweise der Umformfaktor angegeben werden. Besonders bevorzugte Verfahren weisen einen Umformfaktor von 20% des Formteilvolumens auf oder mehr. Bevorzugt liegt der Umformfaktor nicht über 70%, insbesondere nicht über 50%.
Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Polymermaterial ausgewählt aus PTFE, modifiziertem PTFE, PFA, MFA, FEP, ETFE, ECTFE, PVDF, PCTFE, THF und Mischungen von zwei oder mehreren dieser Polymere.
Die weniger gebräuchlichen Abkürzungen der Polymermaterialien seien im Folgenden kurz erläutert:
PFA:

Perfluoralkylvinylether-modifiziertes PTFE-Polymer, wobei das Co-Monomer PPVE (Perfluorpropylvinylether) ist.

MFA:

Perfluoralkylvinylether-modifiziertes PTFE-Polymer, wobei das Co-Monomer Perfluormethylvinylether ist.

FEP:

Vollfluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer.

ETFE:

Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer.

ECTFE:

Ethylen-Chlortrifluorethylen-Copolymer.

PVDF

Polyvinylidenfluorid.

PCTFE

Poly-Chlortrifluorethylen.

THV

Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid-Terpolymer.

Besonders bevorzugt setzt das erfindungsgemäße Verfahren Polymermaterial ein, welches ein im Wesentlichen vollfluoriertes Polymer umfasst.
Solche im Wesentlichen vollfluorierte Polymere sind bevorzugt ein TFE-Copolymer, dessen Co-Monomeranteil ca. 3,5 Mol-% oder weniger, bevorzugt 3 Mol-% oder weniger, insbesondere ca. 1 Mol-% oder weniger, beträgt.
Solche Werkstoffe weisen Eigenschaften auf, die sehr ähnlich dem herkömmlichen Standard-PTFE sind, jedoch sind solche Materialien schmelzverarbeitbar und lassen sich mit großem Vorteil in dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren einsetzen.
Bevorzugte Co-Monomere für die vorgenannten TFE-Copolymeren sind ausgewählt aus Hexafluorpropylen, Perfluoralkylvinylether, Perfluor-(2,2-dimethyl-1,3-dioxol) und Chlortrifluorethylen.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Polymermaterialien zum Einsatz kommen, die ein Polymer-Compound mit einem Füllstoffmaterial umfassen, dessen Anteil ca. 60 Gew.% oder weniger beträgt, bezogen auf die Masse des Polymer-Compounds.
Das verwendete Füllstoffmaterial in den Polymer-Compounds weist bevorzugt einen Füllstoff in Faserform und/oder in granularer Form auf.
Bevorzugt weist das Füllstoffmaterial eine oder mehrere Komponenten auf, welche ausgewählt sind aus Glasfasern, Glaskugeln, harten und weichen Kohlepartikeln und -fasern, Graphit, Leitfähigkeitsruß, Metallfasern, Metallpartikeln, insbesondere Bronzepartikel und Stahlpulver, Quarz, Al₂O₃, CaF₂, Glimmer, Mineralstoffe, insbesondere BaSO₄ sowie organischen Polymermaterialien. Die zuletzt genannten Füllmaterialien, nämlich die organischen Polymermaterialien wiederum, sind vorzugsweise ausgewählt aus Polyamid, Polyamidimid, PPS, PEEK, PPSO₂, aromatischen Polyestern und Aramiden sowie Mischungen von zwei oder mehrerer dieser Materialien.
Bevorzugt ist der Anteil des organischen Polymermaterials limitiert auf ca. 25 Gew.% oder weniger, bezogen auf die Masse des Polymer-Compounds.
Weiter bevorzugt ist dieser Anteil auf ca. 20 Gew.% oder weniger beschränkt.
Besonders bevorzugte Polymermaterialien umfassen eine Mischung eines thermoplastischen PTFE und eines weiteren thermoplastischen Polymers.
Wie oben bereits erwähnt, muss das Polymermaterial im Falle von teilkristallinen Materialien zum Umformen erfindungsgemäß auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur des jeweiligen Materials erwärmt werden. Besonders bevorzugt wird eine Temperatur von ca. 140°C oder mehr, besonders bevorzugt von ca. 160°C bis ca. 400°C bei vollfluorierten Polymermaterialien, gewählt. Bei teilfluorierten wird ein Temperaturbereich von ca. 100°C bis ca. 350°C bevorzugt.
Für im Wesentlichen amorph vorliegende Polymermaterialien, zum Beispiel THV, wird die Temperatur niedriger liegen, und zwar vorzugsweise im Bereich der Hälfte der Glasübergangstemperatur (in °C) bis unter die Glasübergangstemperatur, das heißt für das Beispiel des Polymermaterials THV ca. 55°C bis ca. 140°C, wobei die Wahl von der Glasübergangstemperatur des jeweils verwendeten Polymertyps abhängig ist.
Das Erwärmen des Polymermaterials erfolgt besonders bevorzugt mittels einer Induktions- oder Mikrowellenheizung. Insbesondere mittels der zuerst genannten kann ein Polymermaterial binnen weniger Sekunden auf sehr hohe Temperaturen gebracht werden. Die Verwendung einer Induktionsheizung ermöglicht somit einen hohen Durchsatz. Die Erwärmung kann direkt oder indirekt erfolgen, je nach der elektrischen Leitfähigkeit des verwendeten Polymermaterials.
Besonders bevorzugt umfasst das verwendete Polymermaterial als eine Komponente mindestens ein Polymer aus der Gruppe mit Polyethylen (PE), ultrahochmolekulargewichtiges Polyethylen (UHMWPE), Polypropylen (PP), Polyoxymethylen (POM), Polyphenylensulfid (PPS), Polytetrafluorethylen (PTFE) und Polyetheretherketon (PEEK).
Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich nach einem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere auch Polymermaterialien verarbeiten lassen, die nach konventionellen Verfahren aufgrund ihrer hohen Viskosität oder ihrer Nichtschmelzbarkeit nicht mehr verarbeitbar sind. Gerade solche Materialien sind beispielsweise aufgrund ihrer hohem Chemikalienresistenz häufig als Werkstoffe sehr interessant. In bevorzugten Ausführungsformen werden erfindungsgemäß Polymermaterialien mit mittleren Molgewichten von bis zu 10⁸ g/mol verarbeitet.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sind sowohl reine Polymermaterialien verarbeitbar als auch Polymermaterialien, die einen oder mehrere Füllstoffe aufweisen. Als Füllstoffe kann ein in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbares Polymer organische und/oder anorganische, insbesondere auch metallische, Füllstoffe aufweisen.
Diese und weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert.
Es zeigen im Einzelnen:
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Umformfaktors;
2 bis 4 in schematischer Darstellung die Abfolge von Einzelschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt einen Quader 10, der die Geometrie eines Rohlings, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verarbeiten ist, darstellen soll.
Ferner zeigt die 1 einen Quader 12, der das Formteil als Resultat des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch darstellen soll.
Die beiden Quader 10 und 12 sind vom Volumen her identisch. Die Abmessungen in der Höhe und in der Breite unterscheiden sich. Die dadurch bildlich dargestellten Unterschiedsvolumina ΔV einerseits beim Quader 10, andererseits beim Quader 12, sind jeweils identisch und entsprechen dem Volumen, das während des Umformschrittes gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Druck in einer Fließbewegung räumlich verlagert wurde.
Der Umformfaktor definiert sich durch das Verhältnis von ΔV zum Volumen des Quaders 10 bzw. des identischen Volumens des Quaders 12.
Die 2 bis 4 zeigen in schematischer Weise den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines herzustellenden im Wesentlichen scheibenförmigen Bauteils. Zunächst wird ein Rohling 20 in konventioneller Weise in Form eines exakt ringscheibenförmigen Bauteils hergestellt. Die Herstellung solcher Rohlinge, sei es durch Extrudieren, Sintern oder ein anderes Verfahren, ist im Stand der Technik vielfältig bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen wird. Im Falle dieses Beispiels kann der Rohling aus einem plattenförmigen Halbzeug ausgestanzt werden.
Dieser Rohling 20 wird dann mit Hilfe eines Pressformwerkzeuges 22, welches einen Stempel 24 und ein korrespondierendes Gegenstück 26 umfasst, umgeformt.
Das Gegenstück 26 weist eine Aufnahme 28 für das Polymermaterial, im vorliegenden Beispiel in Form des Rohlings 20, sowie des Stempels 24 auf. Die Aufnahme 28 weist mittig einen zapfenförmigen Vorsprung 29 auf, der der Zentrierung des Rohlings 20 in der Aufnahme 28 dient. Gleichzeitig dient der Zapfen 29 der Formgebung. Zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens befindet sich der Stempel 24 in einer Ausgangsposition, in der dieser Eingriff mit dem Gegenstück 26 positioniert ist. Eine solche Situation ist in 2 dargestellt. Der Rohling 20 wird in der Aufnahme 28 positioniert. Über das Pressformwerkzeug 22 wird das Polymermaterial des Rohlings 20 auf die vom Polymermaterial selbst abhängige Temperatur (vgl. oben geführte Diskussion hierzu) erwärmt, bei der das Polymermaterial im thermoelastischen Zustand vorliegt. Die Erwärmung geschieht vorzugsweise mit Hilfe einer induktiven Heizvorrichtung (nicht dargestellt).
Das Werkzeug 22 wird geschlossen, so dass der Stempel 24 in die Ausnehmung 28 einrückt. Der Stempel 24 wird ferner mit einer Kraft F beaufschlagt (vgl. Situation dargestellt in 3), aufgrund welcher das mittlerweile auf die Prozesstemperatur erwärmte Polymermaterial des Rohlings 20 zu fließen beginnt und sich in radialer Richtung bis zu den Seitenwänden der Ausnehmung 28 ausdehnt. Des Weiteren vermag das Polymermaterial des Rohlings 20 in einen Teil einer Ausnehmung 30 im Stempel 24 zu fließen, unter Ausbildung eines nach oben abstehenden ringförmigen Volumenanteils.
Der Umformvorgang wird abgeschlossen, indem, wie in 4 dargestellt, der Stempel 24 des Pressformwerkzeugs in seine Endposition überführt wird, in der der Stempel 24 zusammen mit dem Gegenstück 26 eine Kavität definiert, die in Form und Volumen dem herzustellenden Formteil 32 entspricht. Das hier schematisch dargestellte Formteil 32 weist einen ringscheibenförmigen Grundkörper 34 sowie einen daran einstückig angeformten, nach oben abstehenden Bund 36 auf. Das erhaltene Werkstück weist keinerlei Lunker, Bindenähte oder andere unerwünschten Merkmale auf und kann im Wesentlichen ohne weiteres seiner Bestimmung zugeführt werden.
Selbstverständlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit anderen Formgebungsverfahren kombinieren, wie zum Beispiel Tiefziehen, oder auch Verfahren, bei denen das Polymermaterial in schmelzflüssigem Zustand vorliegt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird dann bevorzugt für die abschließende Formgebung eingesetzt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Formteils aus einem bei Raumtemperatur amorphen oder teilkristallinen teil- oder vollfluorierten thermoplastischen Polymermaterial unter Verwendung eines Pressformwerkzeugs mit einem Stempel und einem zu dem Stempel korrespondierenden Gegenstück mit einer Ausnehmung zur Aufnahme von Polymermaterial und des Stempels, wobei der Stempel und das korrespondierende Gegenstück bei einer Anordnung des Stempels in einer vorgegebenen Endposition eine Kavität definieren, deren Form im Wesentlichen der Form des herzustellenden Formteils entspricht, umfassend die Schritte – Bereitstellen des Pressformwerkzeugs mit dem in eine Ausgangsposition überführten Stempel, bei der dieser außer Eingriff mit der Ausnehmung des Gegenstücks positioniert ist, – Einbringen einer dem Gewicht des herzustellenden Formteils entsprechenden Menge des Polymermaterials in festem Zustand in die Ausnehmung des Gegenstücks, – Erwärmen des Polymermaterials auf eine Temperatur oberhalb seiner Glasübergangstemperatur, – Beaufschlagen des erwärmten Polymermaterials mit Druck durch Überführen des Stempels in die Endposition, wobei das Polymermaterial zu dem Formteil umgeformt wird, – Abkühlen des Polymermaterials auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur, – Entfernen des Stempels aus der Endposition und Entnahme des hergestellten Formteils aus dem Pressformwerkzeug.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial in Form eines vorgeformten Rohlings (Halbzeug) in die Ausnehmung eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung des Rohlings zu dem Formteil mit einem Umformfaktor des am Prozess beteiligten Materialvolumens von ca. 20% oder mehr erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial in Form von Partikeln in die Ausnehmung eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial ausgewählt wird aus PTFE, modifiziertem PTFE, PFA, MFA FEP, ETFE, ECTFE, PVDF, PCTFE, THF und Mischungen von zwei oder mehreren dieser Polymere.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial mindestens ein im Wesentlichen vollfluoriertes Polymer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das im Wesentlichen vollfluorierte Polymer ein TFE-Copolymer ist, dessen Co-Monomeranteil ca. 3,5 Mol-% oder weniger, bevorzugt ca. 3 Mol-% oder weniger, insbesondere ca. 1 Mol-% oder weniger beträgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Co-Monomer ausgewählt ist aus Hexafluorpropylen, Perfluoralkylvinylether, Perfluor-(2,2-dimethyl-1,3-dioxol) und Chlortrifluorethylen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial ein Polymer-Compound mit einem Füllstoffmaterial umfasst, dessen Anteil ca. 60 Gew.% oder weniger beträgt, bezogen auf die Masse des Polymer-Compounds.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllstoffmaterial einen Füllstoff in Faserform und/oder in granularer Form umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllstoffmaterial eine oder mehrere Komponenten umfasst, ausgewählt aus Glasfasern, Glaskugeln, harten und weichen Kohlepartikeln und -fasern, Graphit, Leitfähigkeitsruß, Metallfasern, Metallpartikeln, insbesondere Bronzepartikel und Stahlpulver, Quarz, Al₂O₃, CaF₂, Glimmer, Mineralstoffe, insbesondere BaSO₄ sowie organischen Polymermaterialien.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Polymermaterialien des Füllstoffmaterials ausgewählt sind aus Polyamid, Polyamidimid, PPS, PEEK, PPSO₂, aromatischen Polyestern und Aramiden sowie Mischungen von zwei oder mehreren dieser Materialien.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des organischen Polymermaterials ca. 25 Gew.% oder weniger beträgt, bezogen auf die Masse des Polymer-Compounds.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil ca. 10 Gew.% oder weniger beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial eine Mischung eines thermoplastischen PTFE und eines weiteren thermoplastischen Polymers umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass teilkristallines Polymermaterial im Falle von vollfluorierten Materialien auf eine Temperatur von ca. 140°C oder mehr, insbesondere von ca. 160°C bis ca. 400°C, und im Falle von teilfluorierten Materialien auf eine Temperatur im Bereich von ca. 100°C bis ca. 350°C erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass amorphes Polymermaterial auf eine Temperatur im Bereich von der Hälfte der Glasübergangstemperatur (in °C) bis unter die Glasübergangstemperatur erwärmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial mit einer Induktionsheizung erwärmt wird.
Kunststoffformteil, hergestellt oder herstellbar nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kunststoffformteil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffformteil zumindest in einem Teilbereich eine Dicke von ca. 500 μm oder weniger aufweist.
Kunststoffformteil nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass es im Wesentlichen rotationssymmetrisch, insbesondere ring- oder scheibenförmig, ausgebildet ist.
Kunststoffformteil nach einem der Ansprüche 19 bis 21, gekennzeichnet durch eine variierende Dicke entlang eines Querschnitts.
Kunststoffformteil nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen seiner maximalen räumlichen Ausdehnung und der Dicke in dem Teilbereich ca. 10 oder mehr, vorzugsweise ca. 50 bis ca. 200, beträgt.
Kunststoffformteil nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass es frei von einem Anguss und/oder Bindenähten ist.