DE2554060A1

DE2554060A1 - Formgebungsverfahren und -material

Info

Publication number: DE2554060A1
Application number: DE19752554060
Authority: DE
Inventors: John Hugh O'keeffe; Ternece Colwyn Pearson
Original assignee: FILLITE RUNCORN Ltd
Current assignee: FILLITE RUNCORN Ltd
Priority date: 1974-12-05
Filing date: 1975-12-02
Publication date: 1976-06-10
Also published as: IT1052500B; LU73913A1; SE7512796L; DE2554060B2; SE427186B; NL7513776A; FI753261A7; NO149738C; FR2293463B1; DK513075A; FR2293463A1; BE836315A; GB1522620A; NO753812L; FI66888B; CA1057900A; FI66888C; DE2554060C3; NO149738B; JPS5182367A

Description

FILLITE (RUNCORN) LIMITED, a British Company, of 12 Arkwright Road, Astmoor Industrial Estate, Runcorn, Cheshire, England

F 160 - Ws/Sc

Formgebungsverfahren und -material

Die Erfindung betrifft ein Formgebungsmaterial sowie Formgebungsverfahren und nach diesen Verfahren hergestellte Gegenstände.

Es sind verschiedene Spritzgußverfahren bekannt. Bei einem derartigen Verfahren wird ein flüssiges Kunststoffmaterial in eine Form gespritzt, in welcher es abkühlt, wobei die Form mit weiteren Mengen des Kunststoffmaterials insoweit aufgefüllt wird als der Spritzguß abkühlt und sich in der Form zusammenzieht. Nach diesem Verfahren hergestellte Gegenstände sind infolge der hohen Kosten des Rohmaterials teuer. Um die Kosten der nach einem solchen Verfahren hergestellten Gegenstände zu reduzieren, wird im allgemeinen ein relativ billiger inerter Füllstoff mit dem

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Commerzbank Hannover, Konto-Nr. 3/1061 01

Kunststoffmaterial vor dem Spritzguß vermischt. Übliche Füllstoffe haben die Form von festen Partikeln und haben ein hohes spezifisches Gewicht, und zwar üblicherweise in dem Bereich von 2,0 bis 4,5* Demgemäß sind Gegenstände, die nach diesem abgewandelten Verfahren hergestellt werden, relativ schwer. Es wurden bereits Versuche angestellt, um das Gewicht der Gegenstände, die nach diesem Verfahren hergestellt sind,durch die Verwendung von Füllstoffen in Form von hohlen Partikeln, die somit eine geringe Dichte haben, zu reduzieren. Die hohen Spritzgußdrücke, die bei einem derartigen Verfahren erforderlich sind, ergaben jedoch ein Zusammendrücken oder Zusammenbrechen der Füllstoffpartikel, die dadurch, daß sie gebrochen sind, sehleiistittelartig wirken und zwar sevehl in der Spritzgußmaschine als auch in der Spritzgußform selbst, wobei die Vorteile der geringen Dichte des Füllstoffes verringert werden.

Bei einem weiteres Verfahren erfolgt die Formgebung eines Kunststoffmateriales unter der Hinzufügung eines Blähmittels, um das Kunststoffmaterial zu einem Strukturschaum aufzuschäumen. Das Bläfamit-fcel kann ein chemisches Mittel sein, das mit üsm Kunststef faaterial vor des Spri-fcses versrisefat wird and das in dem Kunststoffmaterial ein Gas bei einer bestimmten Temperatur erzeugt, um eine zellulare Struktur in des Eaaststeffo&ieri&l zu bilden* Dieselbe Wirkung kann durch Einblasen eines inerten Gases, iri« Witregen, Trährend des Spri-fczgu#rer£ahrens is das Saasisiöffmaterial erreicht werden« Der auf diese Weise erzeugte Gegenstand hat eine zellulare Struktur und ein geringes Gewieirt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein relativ billiges Formgebungsmaterial vorzusehen und ein Extrusions- oder Spritzgußverfahren zu schaffen, welches einen extrudierten oder unter Druck erzeugten Gegenstand ergibt, der ein mittleres Gewicht hat und eine feste Oberflächenbeschaffenheit ohne Einsenkungen, eine gleichförmige Schaumstruktur sowie eine vergrößerte Steifigkeit, Außerdem sollen die Spannungen in dem fertigen Gegenstand verringert sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Formgebungsnaterial vorgesehen ist, das aus Kunststoff oder thermoplastischem Kunststoff besteht, welcher mit einem anorganischen Füllstoff in Form von hohlen Partikeln gemischt ist. Bei der Verwendung eines derartigen Füllstoffes traten die Schwierigkeiten nicht mehr auf, die sich bei den eingangs beschriebenen internen Versuchen gezeigt hatten. Der Lösung der Aufgabe dient ferner ein Extrusions- oder Spritzgußverfahren, bei welchem pistisches oder thermoplastisches Material mit einem anorganischen Füllstoff in Form von hohlen Partikeln gemischt wird und die Mischung extrudiert oder Spritzguß verformt wird unter Hinzufügung eines Blähmittels, um einen Strukturschaum zu erzeugen.

Die Partikel des Füllstoffes können die Form von hohlen Kugeln haben und vorzugsweise aus Aluminiumsilikat bestehen, wobei sie vorzugsweise in einem Verhältnis von 5 bis 70 Gewichtsprozenten relativ zum Gesamtgewicht der Mischung beigefügt sind.

ORIGINAL INSPECTED

Die Partikel des Füllstoffes haben vorzugsweise etwa dieselbe Größe wie die Partikel des Kunststoffmateriales und können eine chemische Zusammensetzung haben, die 46 bis 68 Gewichtsprozente Kieselerde, wie SiO₀, 20 bis 38 Gewichtsprozente Tonerde, wie Al₂O- aufweist, wobei der Best Alkali in der Form von Na₀O und K₀O und Eisenoxyd sie Fe₀O, sein kann.

Die Partikel des Füllstoffes können jedoch auch beträchtlich kleiner als die Kunststoffpartikel sein, wobei in diesem Fall ein Befeuchtungsmittel während des Mischvorganges und vor dem Formgebungsarbeitsgang zugefügt wird, um ein gleichfömiges Gemisch zu sichern und eine Trennung der Füllstoff- und Kunststoffpartikel zu vermeiden.

Das Mischen kann unmittelbar vor dem Extrusions- oder Spritzgußvorgang und zum Zeitpunkt der Füllung der Extrusions- oder Spritzgußmaschine mittels Abmessvorrichtungen durchgeführt werden.

Vorzugsweise hat der Füllstoff ein spezifisches Gewicht von 0,5 bis 1,5» Das Blähmittel kann ein chemisches Mittel oder ein inertes Gas, wie Nitrogen, sein.

Zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind die Kosten pro Tonne eines aus Aluminiums!likat bestellenden Füllstoffes in der Form ven hshles Kugeis etwa zwei- bis dreimal so hoch, wie diejenigen eines konventieaelles Füllstoffes* Konventionelles Füllmaterial

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ist jedoch zwischen vier- bis fünfmal so dicht, wie ein aus Aluminiumsilikat bestehender Füllstoff und deswegen ist - auf das Volumen bezogen - die Verwendung von einem aus Aluminiumsilikat bestehenden Füllstoff billiger. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich also verbesserte wirtschaftliche Verhältnisse hinsichtlich der Materialkosten im Vergleich zu den bekannten Extrusions- oder Spritzgußverfahren erreichen. Eine andere wesentliche Kosteneinsparung im Vergleich zu den bekannten Spritzgußverfahren besteht in der Reduzierung der Arbeitszeit pro Spritzgußvorgang infolge des schnelleren Absetzens der gespritzten Gegenstände in der Form, was es ermöglicht, diese innerhalb kürzerer Zeit aus der Form auszuwerfen. Dies ist ein direktes Ergebnis des Einschlusses des Füllstoffes. Das erfindungsgemäße Verfahren macht es außerdem leichter, geformte Gegenstände sowohl auf Spritzgußmaschinen für Strukturschaum als auch auf konventionellen Formgebungsmaschinen herzustellen . Bisher nicht als geeignet für die Herstellung aus Strukturschaum angesehene Gegenstände können nunmehr aus diesem Material hergestellt werden und die Vorteile dieses Verfahrens, wie vergrößerte Steifigkeit, das Vermeiden von Einsenkungen und eine Verkürzung der Arbeitszeit können genutzt werden.

Das erfindungsgemäße Spritzgußverfahren erleichtert die Produktion von geformten Gegenständen ohne ein Anhalten des Spritzens oder ein Nachdrücken des Materials nach dem Einspritzen in die Form, das normalerweise erforderlich ist,

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ORIGINAL INSPECTED

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um die Form während des Abkühl- und Kontraktionsvorganges des Materiales gänzlich zu füllen. Bei den bekannten Verfahren ist es daher notwendig, zusätzliches Material in die Form einzupressen, um eine solche Kontraktion zu kompensieren. Die sich hieraus ergebende Bewegung des Materials in einem halbgeschmolzenen Zustand führt jedoch zu Spannungen in dem Formkörper, die eine Verformung des Körpers nach dem Auswurf aus der Form ergeben können. Der Einschluß des Blähmittels und des Füllstoffes sichert die Füllung der Form ohne weitere Materialzugabe und damit ist die Erzeugung von Spannungen in dem Material wesentlich reduziert. Es ist daher lediglich notwendig, ein abgemessenes Volumen des Materials in die Form einzuführen. Die Produktion von Formkörpern von hoher Qualität ist daher wesentlich gleichmäßiger.

Eine weiter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Zufügung des Füllstoffes zu einem Zweikomponentengemisch eines thermoplastischen Schaumes wie Polyurethan. Der Schaum wird durch chemische Reaktion erzeugt und die Kombination der zwei Komponenten wie Polyol und Isocyanat erzeugt den Schaum mit dem darin eingelagerten Füllstoff. Der so erhaltene Schaum hat ähnliche Vorteile wie derjenige, der aus anderem Kunststoffmaterial erzeugt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann andere Zusätze einschließen wie Verstärkungen, beispielsweise aus Glasfiber, die zusammen mit dem Formgebungsmaterial gleichzeitig mit dem Füllstoff gemischt werden. Die Verbindung Füllstoff und Glasfiber ergibt eine Kombination von verbesserten physikalischen

ORIGINAL INSPECTED

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Eigenschaften, die in vergrößerter Zugfestigkeit, vergrößerter Steifigkeit und Warmverformbarkeit bestehen, während die Vorteile einer gleichmäßigeren Schaumstruktur und einer hohen Oberflächengüte, die sich aus der Verwendung des Füllstoffes ergeben, erhalten bleiben.

Eine weitere Verbesserung in der Adhäsion des Kunststoffes zwischen dem Füllstoff und dem thermoplastischen Material kann durch die Verwendung eines Verbindungsmittels, wie Silane erhalten werden. Daraus ergibt sich eine weitere Verbesserung der physikalischen Eigenschaften, wie der Zug- und Druckfestigkeit und der Widerstandsfähigkeit gegen Kriechen unter Last.

Eine weitere Anwendung des erfingsungemäßen Verfahrens besteht in der Extrusion dieser Materialgemische in profilierte Formen. Die erreichten Vorteile sind ähnlich denjenigen bei den Spritzgußverfahren und schließen Kostenersparnisse beim Rohmaterial ein, die sich aus dem reduzierten Gewicht des Extrusionsmaterials und reduzierten Materialkosten und einem vergrößerten Extrudierungsausstoß ergeben, wobei hierzu auch eine vergrößerte Steifigkeit, das Fehlen von Einsenkungen und verbesserte Formstabilität bzw. Abmessungsstabilität gehören. Die Extrusion von Abschnitten, die 5 mm stark oder stärker sind, wird leichter durchführbar. Die Kosten der Extrusion liegen so, daß die so hergestellten Erzeugnisse mit Erzeugnissen aus Holz konkurrenzfähig werden.

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Das die Erzeugnisse bildende Material, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird, hat die folgenden Vorteile im Vergleich zu den konventionellen Spritzgußverfahren:

a) die Rohmaterialkosten sind durch den Einschluß des Füllstoffes reduziert, da dieser sehr viel veniger kostet als das Kunststeffmaterialj

b) die Formgebungszeit ist als Folge der reduzierten Abkühlungszeit in der Form verringert* Die Zeii>_} bis an der der Formkörper eine Steifigkeit erreicht, die ausreicht, um den formkörper aus der Form auszuwerfen, ist mithin verkürzt. Dies ergibt geringere Produktionskosten;

c) ein Gewicht und einer Oberflächenstruktur der Erzeugnisse, die ähnlich der von Holz sind, kann durch geeignete Mischungsverhältnisse des Kunststöffmateriales und des Füllstoffes erreicht werden;

d) die Oberflächenstruktur, die durch des EissehluS des Füllstoffes erhalten wird, erleichtert die Bemalung ©der ähnliche Nachbehandlungen nach der Poragebung, wie ein Bedrucken und ein Metallisieren. Es wurde gefunden, daü das Bedrucken meistens unmittelbar nach der Ferssgebimg vergesemmen werden kann, während konventionelle Formkörper mehrere Tage vor des Druck— Vorgang gelagert werden müssen. Die einzige Vorberei—

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tung der Oberfläche, die hierzu normalerweise nach dem Herstellungsverfahren nötig ist, besteht in der Aufbringung eines Primers falls das Material Polypropylen ist. Oberflächenfehler, wie tränenförmige Tropfen oder Risse, die normalerweise auf Polypropylenschaumkörpern erscheinen, sind eliminiert;

e) der Einschluß des Füllstoffes reduziert die Wärmeleitfähigkeit des Formkörpers;

f) die Steifigkeit, die Biegefestigkeit, die Formstabilität bzw. die Abmessungsstabilität und der Uärmeverformungspunkt des Kunststoffes sind als Ergebnis des Einschlusses des Füllstoffes vergrößert;

g) die Formkörper sind frei von Einsenkungen, so daß Formkörper von verschiedener Dicke leicht mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden können;

h) der Verschleißwiderstand der Formkörper ist verbessert;

i) die Schaumstruktur ist über den Querschnitt des Formkörpers infolge der Wirkung des Füllstoffes als Kernbildungsmittel während des Materialflusses in die Form gleichmäßiger. Das Auftreten von großen Hohlräumen in dem Schaum ist reduziert; und

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ORIGINAL INSPECTED

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j) die im Formkörper verbleibende Spannung ist reduziert, so daß ein abmessungsstabilerer Formkörper gebildet vird, der genauer der Form und den Abmessungen der Spritzoder Gußform entspricht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert, wobei bei den folgenden typischen Gemischen die Materialverhältnisse sämtlich Gewichtsprozente sind.

Beispiel 1;

Polypnpylen	67,0
Füllstoff	32,5
Blähmittel	0,5
Beispiel 2:
Polyetyren	67,0
Füllstoff	32,5
Blähmittel	0,5
Beispiel 3:
Polyacetol	75,0
Füllstoff	24,5
Bläljmittel	0,5
Beispiel 4:

Nylen 80,0 $

Füllstoff 19,8 1o

Blähmittel 0,2 ^

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Beispiel 5:

Polypropylen 80,0 $

Füllstoff 20,0 %

Bei diesem Beispiel wird ein inertes Gas, vie Nitrogen, als Blähmittel benutzt.

Beispiel 6;

Polypropylen 80,0 $6

Füllstoff 19,5 %

Blähmittel 0,5 £

Diese Mischung ist insbesondere zur Extrusion von Schaumtafeln geeignet.

Beispiel 7;

Polypropylen 9^,5 #

Füllstoff 5,0 $

Blähmittel 0,5 #

Beispiel 8;

Polystyren 29,5 1»

Füllstoff 70,0 $

Blähmittel 0,5 %

Das chemische Blähmittel kann durch ein inertes Gas, vie Nitrogen, ersetzt werden bei geringfügiger Modifikation der Verhältnisse des Kunststoffmateriales und des Füllstoffes.

ORIGINAL INSPECTED

Claims

DlPL-ING. WULF WEHSER PATENTANWALT 11 ο Ο 3HANNOVER1 1. Dezember 1975 Roscherstraße 12 (früher Weißekreuzstraße) £? (05 11) 214 49 Privat: (0 53 08) 2315 FILLITE (RUNCOBN) LIMITED, a British Company, of 12 Arkvright Road, Astmoor Industrieal Estate, Runcorn, Cheshire, Engeland F 160 - Ws/Sc Patentansprüche

1. Formgebungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus Kunststoff oder thermoplastischem Kunststoff besteht, der mit einem anorganischen Füllstoff in Form von hohlen Partikeln gemischt ist.

2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Partikel kugelförmig sind.

3. Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Aluminiumsilikat ist.

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Deutsche Bank AG, Wolfsburg 01/18653 - Kreissparkasse Gifhorn, Zweigstelle Fallersleben 120 541 - Spar- und Darlehnskasse Hattorf 1262

Commerzbank Hannover, Konto-Nr. 3/1061 01

ORIGINAL INSPECTED

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4. Material nach Anspruch 1, 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Füllstoffmaterial im Verhältnis von 5 bis 70 Gewichtsprozenten zum Gesamtgewicht des Gemisches beigegeben ist.

5. Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel des Füllstoffes etwa dieselbe Größe wie die Partikel des Kunststoffmateriales haben.

6. Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel des Füllstoffes wesentlich kleiner als die Partikel des Kunststoffmateriales sind und daß ein Befeuchtungsmittel während des Mischvorganges zugesetzt ist.

7. Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff eine chemische Zusammensetzung hat, die 46 bis 68 Gewichtsprozente Kieselerde, wie SiO₂, 20 bis 38 Gewichtsprozente Tonerde, wie A1₂O_ aufweist, wobei der Rest Alkali in der Form von Na₂O und KgO und Eisenoxyd, wie Fe₂O_ ist.

8. Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ein spezifisches Gewicht von 0,5 bis 1,5 hat.

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9. Verfahren zum Extrudieren oder Spritzgießen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kunststoff oder thermoplastischer Kunststoff mit einem anorganischen Füllstoff in der Form von hohlen Partikeln gemischt wird und daß die erhaltene Mischung extrudiert oder unter Druck verarbeitet wird, wobei ein Blähmittel zur Bildung eines Strukturschaumes hinzugefügt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Partikel kugelförmig sind.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Aluminiumsilikat ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9, lO oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff im Verhältnis von 5 bis 70 Gewichtsprozenten zur Gesamtmischung beigegeben ist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel des Füllstoffes etwa dieselbe Größe wie die Partikel des Kunststoffmateriales haben*

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel des Füllstoffes wesentlich kleiner als die Partikel des Kunststoffmateriales sind

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und daß ein Befeuchtungsmittel während des Mischvorganges zugesetzt wird.

15« Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff eine chemische Zusammensetzung hat, die 46 bis 68 Gewichtsprozente Kieselerde,
wie SiO₂, 20 Ms 38 Gewichtsprozente Tonerde, wie Al₂O,
aufweist, wobei der Rest Alkali in der Form Na₂O und K₂O und Eisenoxyd, wie Fe₂O, ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ein spezifisches Gewicht von 0,5 bis 1,5 hat.

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