DE1779640A1 - Verfahren zur Herstellung von Formkoerpern aus Polyaethylenterephthalat - Google Patents

Description

DR. EUSABETH JUNQ, DR. VOLKER VOSSIUS. DtPL.-INQ. GERHARD COLDEWEY PATENfAHWALTE

• MONCHENtS · 8ΙΕΟΕ··ΤηΑβ·Ε28- TELEFON 34M·* · TELEORAMM.ADRESSE: INVENT/MONCHEN

u.Z.! AKU 1175 ⁶· September 1968

(Fi/j/eb) .

ALGEMEHE KÜNSTZIJDE ONIS N.V.
Arnhera, Niederlande

Verfahren zur Herstellung von Pormkörpern aus Polyäthylenterephthalat

Priorität: 8. September 1967, Niederlande, Nr. 67-12321

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Polyäthylenterephthalat durch Vakuumziehen vonvorerhitzten Platten oder Folien aus praktisch amorphem .Polyäthylenterephthalat.

Ein solches Verfahren ist u.a. aus der niederländisehen Patentanmeldung Nr. 65-15 507 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden 0,1 bis 6 mm starke Polyäthylenterephthalatplatten oder -folien rasch auf eine Temperatur von 75 - 18O⁰C erhitzt und unmittelbar danach gemäß einem aus der Vakuumtiefziehtechnik bekannten Verfahren unter Anwendung von unterdruck zu den gewünschten. Formkörpern gezogen.

Es ist auch bekannt, da3 amorphes oder teilweise kri-Btallisiertes Polyäthylenterephthalat bei erhöhter Temperatur, insbesondere· Temperaturen von über etwa 120⁰C, kristallisiert bzw. witerkristallisiert.

Demzufolge findet beim Vakuumziehen von amorphem. Polyäthylenterephthalat in Abhängigkeit von der Veraibei- . ■' tungstemperatur und -zeit in der Regel eine mehr oder *

BADORiGINAL
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weniger starke Kristallisation des Polymeren statt.

Ein ähnliches Verfahren ist in der niederländischen Patentanmeldung TTr. 65-15 263 beschrieben, die insbesondere das Formen von Polyäthylenterephthalat mit verhältnismäßig hoher Viskosität betrifft, wobei der geformte Gegenstand einer zusätzlichen Wärmebehandlung unterworfen wird, um den Kristallinitätsgrad des Polyesters zu erhöhen» Dabei ist es von Bedeutung, daß das geformte Polymere eine Kristallinität von beispielsweise mindestens 15-30 i* besitzen muß, damit der Formkörper günstige mechanische Eigenschaften, inabesondere eine befc friedigende Fcrmbeoiiandigkeit bei höheren Temperaturen, besitzt.

Beim Vakuumziehen von Platten oder Folien aus thermoplastischem Material tritt in dar Begel die Schwierigkeit auf, daß mit zunehmender Verformung die Stärke des Materials örtlich proportional zum Verformungsgrad abnimmt. Anders gesagt, die Wandstärke des Formkörpers nimmt, in. dem Maße ab, wie das Verhältnis der Zugtiefe zum Durchmesser des Formkörpers zunimmt. Dabei wird die Stärke des Materials oft in unzulässiger Weise verringert _r und zwar insbesondere an den Kanten zwischen dem Wandteil und dem Boden des Formkörpers Bowie an den P Ecken..

Bei einem bekannten Vakuumziehvsrfahren wird di· Bildung solcher dünner Stellen dadurch verhindert, daß man das Material örtlich weniger stark verformbar macht, indem man es an diesen Stellen klihlt.

Das Kühlen thermoplastischer Platten oder Folien an bestimmten Stellen kann, im allgemeinen nicht besonders genau eingeregelt werden und hat bei der Verarbeitung von Polyäthylenterephthalat den großen Fachteil, daß die Kristallisation des Polymeren an den entsprechenden Stellen verzögert bzw. verringert oder ganz verhindert wird,

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wodurch die Dauer Ger Formgebungszyklen verlängert werden muß.

Bs wurde nun gefunden, dai? die Bildung dünner Stellen bein Vakuumziehen von Polyäthylenterephthalat auch nach einer anderen Methode wirkungsvoll verhindert werden kann, die die Kachteile der vorstehend beschriebenen Verfahren aber nicht aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herat el lung Von Formkörpern aus Polyäthylenterephthalat durch VakuamLiehen von vorerhitzten Platten oder Folien βüb praktisch amorphem Polyäthylenterephthalat, das dadurch gekennzeichnet ist, daS diejenigen Teile der Platten bzw. Folien»die während dee Vakuumziehens am stärksten verformt werden, vor dem Ziehen einer zusätzlichen Wärmebehandlung unterworfen bzw. stärker erhitzt werden als die übrigen Teile.

Während beim Vakuunziehen von Platten oder Folien aus den üblichen thermoplastischen Kunststoffen, wie Polyvinylchlorid, Polyäthylen oder Polystyrol, örtlich begrenztes stärkeres Brhitzen zu einer größeren Verformbarkeit der höher als die übrigen Plattenteile erhitzten Stellen führt, ieigt eine solche örtliche Überhitzung bei Polyäthylenterephthalatplatten überraschenderweise die entgegengesetzte Wirkung;

Es wurde nämlich gefunden, daß an den stärker erhitzten Stellen der Platten bzw. Folien aus praktisch amorphem Polyäthylenterephthalat die Kristallisation des Polyr· nieren im Vergleich zu den nicht zusätzlich erhitzten Teilen der Platten bzw. Folien in hinreichend starkem Ausmaß einsetzt bzw. fortschreitet, um die plastische Verformbarkeit dieser höher erhitzten Stellen in angeraessener "Seise zu verringern, bevor die Formgebung stattfindet.

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Der Kristallinitätsgrad und dementsprechend die Abnahme der plastischen Verformbarkeit werden in der Hauptsache durch die Temperatur und die Halteaeit bei dieser Temperatur bestimmt. Das Temperaturprofil in der zu ziehenden Platte bzw. Polio, d.h. das gewünschte Muster der plastischen Verformbarkeit, hängt natürlich von der gewünschten Form und insbesondere der gewünschten Wandstärke des durch Vakuumziehen daraus herzustellenden Gegenstandes ab.

Es ist schwierig und fast unmöglich, die geeigneten Bedingungen in Bezug auf das 'J?enperaturprofil..urwl ü: e ge~ eigneten Haltezeiten ganz allgemein anzugeber ^:'--±.-- Verfahren der Erfindung, wie es in den Anspruch-: ' ' xennz-aiehnet ist, läßt deshalb bezüglich dieser Einzelheiten einen weiten Spielraum, der auch nötig ist, um bei einer bestimmten Form des herzustellenden Gegenstandes und einer gegebenen Stärke des verwendeten AuBgangsmaterials die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen. Auch die Viskosität des als Ausgangsmaterial verwendeten Polymeren spielt diesbezüglich eine Holle, da ein hochviskosea Polymere» langsamer kristallisiert als ein Polymeres mit einer verhältnismäßig geringen Viskosität.

Genauere diesbezügliche Angaben sind jedoch für den Pachmann nicht erforderlich, da es ihm in Kenntnis der Lehre der Erfindung ohne weiteres möglich ist, die in einem bestimmten Einselfall günstigsten Verfahrensbedingungen auszuwählen bzw. zu ermitteln.

Hinsichtlich des Vakuumziehens von Platten und Pollen aus praktisch amorphe« Polyäthylenterephthalat lassen sich jedoch folgende allgemeine Angaben machen. Die Platten und Pollen können auf etwa 75 - 180°C erhitzt und unmittelbar danach verformt werden, wobei das Ausmaß, in dem gew'isse Teile des Ausgangamaterials entsprechend dem erfindungsgeraäßen Verfahren ßtärker erhitzt werden müssen,

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teilweise van ä&f durchschnittlichen ErhitzungsteEperatar abhängt.

Das zusätzliche Erhitzen bestimmter Teile des Ausgangsmaterials kann entweder durch Vorerhitzen dieser Teile oder durch intensiveres firhitzen bewirkt werden, wodurch man diese Teile auf eine höhere Temperatur bringt als die übrigen Teile der au verformenden Platten bzw. Folien.

Srfindimgsgeinäß wird in der Regel das Erhitzen auf eine höhere Temperatur durch intensiveres Erhitzen bevorzugt, da es schneller geht und wirtschaftlicher ist.

Einen hinreichend großen Unterschied in der plastischen Verformbarkeit zwischen den höher erhitzten*Teilen und den anderen Teilen des Ausgangomaterials erzielt nan inabesondere, wenn das zusätzliche Erhitzen su einer Temperaturdifferenz von mindestens 20⁰C führt.

Ein Temperaturbereich, innerhalb dessen das Erhitzen und die plastische Verformbarkeit in befriedigender Weise geregelt werden können, liegt zwischen 90 und 140⁰C, Die Anwendung von Temperaturen innerhalb dieses Bereiches ist aus diesem Grund sowie wegen der Wirtschaftlichkeit des Vfärmehaushalts des Verfahrens bevorzugt. Vorzugsweise wird das Verfahren der Erfindung Innerhalb dieses Temperaturbereiches so ausgeführt, daß man die Platten bzw. Folien auf 90 - 120⁰C erhitzt, wobei die zusätzlich zu erhitzenden Teile dieser Platten bzw. Folien auf eine Temperatur von 110 - 14O⁰C gebracht werden.

Besonders zweckmäßig ist es, die Platten bzw. Folien mit Hilfe von Infrarotstrahlern zu'erhitzen, mit denen auch das Innere des Materials rasch auf die gewünschte Temperatur gebracht werden kann. Beispielsweise kann man eine hinreichend große Anzahl einzeln zu regelnder, verhältnismäßig kleiner Infrarotstrahler über der zu er-

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hitzenäen Platte bzw. Folie anordnen und die Wärmestrahlung der einzelnen Strahlungsquelle«, so einregeln, daS das ?4aterlal im gewünschten Temperaturprofil erhitzt wird.

Das Vakuumziehen kann grundsätzlich nach jedem beliebigen bekannten Verfahren durchgeführt werden_s z.B. sowohl mit Hilfe von Matrizen als auch von Patrizen. Die Gegenstände werden nach dem Verformen zweckmäßig einer weiteren Wärmebehandlung unterworfen, um den Kristallinitätsgrad des.Polymeren weiter zu erhoben. Diese zusätzliche Wärmebehandlung wird vorzugsweise bei einer höheren Temperatur durchgeführt als die zu Beginn des Verforraungsvorgangs angewendete.

Vielfach ist es vorteilhaft, diese Wärraenachbehandlung unmittelbar nach dem Verformen durchzuführen, wie dies in der niederländischen Patentanmeldung Nr* 65-15 263 beschrieben ist. Man kann jedoch die Formkörper auch außerhalb der Form zu einem späteren Zeitpunkt dieser Wärmenachbehandlung unterwerfen*

Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, d#ß der Ausdruck "Polyäthylenterephthalat" im Sinne der Erfindung auch Mischpolymere umfaßt, die nicht mehr als 10 i» von anderen Monomeren abgeleitete Polymereinheiten enthalten, z.B. Monomereinheiten, die sich von anderen Säuren ale Terephthalatsäure ableiten, wie Isophthalsäure, oder von anderen Diolen als Ithylenglykol.

Das für die Zwecke- der Erfindung au verwendende Polyestermaterial kann auch Zusätze enthalten, z.B. Füllstoffe, Pigmentstoffe oder Stabilisatoren.

Bs sei weiter angemerkt, daß die Vorkristallisation der entsprechenden Teile der Polymerplatten baw. -folien nach dem erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich auch dadurch bewirkt werden köionte, da.S man diese Teile nichi;

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zusätzlich erhitzt, sondern vorher mit Mitteln bestreicht, die die Kristallisotionfördern, z.B. Aceton, Toluol, Benzophenon oder Diphenylamin. Die dadurch erzielten. Ergebnisse'.sind äedoeh in der Regel weniger günstig als diejenigen, die man durch das zusätzliche Erhitzen gemäß der Erfindung erreicht,

Beispiel

Eine 2»45 mm starke Platte aus amorphem Polyethylenterephthalat" mit einer relativen Viskosität von-1,95 (gemessen in jßiner 1 (Gew. )$igen Lösung in m-Kresol bei 25°G) mit den Abmessungen 500 χ 900 mm wird in eine Yakuumpresse mit Stempelimterstützung (Sendler, fyp 1060 DS) eingelegt.

Aus der Platte wird ein Oberteil für, eine Anrichte gezogen, das in 70 mra Abstand voneiner der Schmalseiten ein versenktes Becken mit den Seitentnaßen 340 χ 370 mm aufweist, wobei die Tiefe 160 mm beträgt.

Die zu ziehende Platte wird etwa 1 Minute unter einer Gruppe von Infrarotstrahlern erhitzt, worauf das Vakuumtiefziehen durchgeführt wird, indem man den JIiIf sstempel absenkt, die Matrize anhebt und den Unterdruck anlegt. Hierauf wird der Hilfsetempal wieder angehoben und der geformte Gegenstand nochaals etwa 1 1/2 - 2 TÄin. mit den Infrarotstrahlern erhitzt.

Schließlich läßt man den so hergestellten Formkörper in der Form etwa 1 Minute abkühlen. Der gesamte Formvorgang einschließlich dos Erhitzens der Platte dauert etwa 5 Minuten«. Man erhält eine Schale aus einem Polymeren mit einen Kristallinitatagrad von etwa 30 ^.

Es werden/zwei Versuche durchgeführt?

A) Mit gleichmäßigen Brhitzen der ganzen-'Plätte und

B) nit intensiverer Bestrahlung desjenigen Absshnitts der Platte, der zu dem versenkten. Becken" ve.rforist wird.

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.Die- f©ßspari-tes? -mid die Kristallin*t£t der Platten im /ligenfolick der Vakuuinziehene (gemeseen bei Yergleichs- ^ers'öölien mit av.f analoge Weir« mhitzten und schlag-€'-rt-ig ßTjgelrtÜiltcn- Platten) sind rie folgt: A). temperatur.· 12 0⁰C und Krietalliaität 1-2 $ über die

B) im- nerraal csvUiiisteii $eiX aer■■ Platte beträgt Sie

»<;«£ XlO⁰C laitS <?ie Krietellinität 1-2 Ji,' d 3si ä@m ssueätslich erhitzten A"bschnitt cli@ Teoipe? s-'i;ur bei 130°0.unft die-Kristallinltat bei 15 f- lif^t.

Die bed äc-'-r- ^vit^-a Tc-.rsuclien litx'ge stell ten Pormlcörper Ijeeteli&s in ':Xlf_;,©öi^I&en aue eißem löl^'neren siit gleich Eiiligcr Ei?1si£-)i.iii5tät_t weiseii ^sdoöh en (3en Wänden ε© Bi^tn tolij^rd-a' StÜFlcetinterßcIiietlo auf:

.Boaengtärkf _ti l; . ' - 3,00-1,55 1,20-1,50

£MUm;i,3R\j:U-\> € -ir fceie Yeisneli A) erhaltene Formkörper iri^:-tg©iis£t;i:- κ«, Λ©ΐ^:;· fcei VersuoU B) berge Bt ell ten Porm-•ling &a Äf-R KiIvCH «iicl den !^,utei; swisebe?i BdÜen land fö&5 des Β-e:-v=st eil es eehi «Hts t«r -irc transparente Stellen

j?g-c\M-dfeS£ 5sii?\;p eiKd©utig_f «aß mit Hilfe des

iG c3Etic:ns uü5 v=Bßleiehmä3i ^ig e^u ri^e-g-enön Materials

BAD OBlGiNAi.

Claims (1)

1. J 77.9640

   iJ Ter fahr en zur Hera teilung iron Poimkörpes/f, ir-^j PoIyäthylenterephthalat' durch Talaium^leiran yon vf>* erhitzten Platten oder Folien aus praktisch-amoifbsjn Poiyäthyleriterephthalate dadaroh gekerinzeiei-iV-H;; üa3 fllej&nlgen feile iar Platten bz-%·. .Folien, die ".ährend. ileo '/akuiira- zi&hBzm ara s'tärk-jten ■ ver formt iverdaii, vor ds η ^ishen einer zusätzlichen Ψ1 rmebehandlung rriter-Jürf^':= biy/· etärker" erhitzt wercisn als die übrigen f'Ji

   2* farfahren-nach Anspruch 1, dadui'oh gc daß das ziisät^liehe Erhitzen der am' stärksten zu ver- fonaenden Teile äer Platten bzw» Folien durch eine ört-Xieh intanslvera Wärmezufuhr bewirkt wir>3_? di* an einer Tempera feurdi ff er ans von.-'mindestens 20⁰G .-zwischen äiesen una den übrigen Teilen der Plat tan bsw« .-Folien füfert.

   3- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten bzw. Folien auf 90 - 120°0 'erhitzt werden, während die am stärksten zu verformenden, zueStzlieh zu erhitzenden Teile auf eine Temperatur von 110..- 140°C gebracht werden.

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