DE4118277A1 - Verfahren zum thermoplastischen verarbeiten nichtplastifizierbarer polymerer - Google Patents
Verfahren zum thermoplastischen verarbeiten nichtplastifizierbarer polymererInfo
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Description
Polymere Werkstoffe haben vielfältige Einsätze als Materialien in allen
Bereichen der Technik gefunden. Insbesondere die thermoplastische Ver
arbeitbarkeit hat den thermoplastischen Kunststoffen zu einer raschen
Marktdurchdringung verholfen. So erlaubt das Spritzgießverfahren die
Massenfertigung komplex geformter Teile ohne die Notwendigkeit einer
Nachbearbeitung. Durch Extrusion lassen sich Folien und komplexe Profile
herstellen.
Es sind auch Polymere entwickelt worden, die vorteilhafte Eigenschaften
aufweisen, die aber leider nicht thermoplastisch verarbeitbar sind.
Derartige Polymere lassen sich ausgehend vom Pulver nur zu einfachen
Formkörpern wie Scheiben oder Stangen oder Platten unter erhöhtem Druck
bei erhöhter Temperatur sintern. Aus dem so erhaltenen Halbzeug werden
dann spanend die eigentlichen Formteile in umständlicher Weise heraus
gearbeitet.
Eine große Gruppe vollaromatischer Polymerer, die sich durch eine Kombina
tion von hoher Steifigkeit, Festigkeit, Unbrennbarkeit, Chemikalienbestän
digkeit, Spannungsrißbeständigkeit und hoher Temperaturbeständigkeit aus
zeichnet, ist beispielsweise nicht thermoplastisch verarbeitbar. Beispiele
sind Polyamide aus Terephthalsäure oder Isophthalsäure und Para- oder
Metaphenylendiamin, Polyimide, Polyester aus p-Hydroxybenzoesäure, Poly
p-phenylen, Polybenzthiazole, Polythiazole, Polyimidazole, Polybenz
imidazole, Polyoxadiazole,Polybisbenzoxazole, Polyoxazole, Polybenzoxazole
oder Polychinoxaline.
Sie lassen sich höchstens aus Lösungen zu Fasern spinnen.
Ziel der Erfindung war es, für bisher nicht durch thermoplastische Ver
arbeitung verarbeitbare Polymere das Spritzgußverfahren als Formgebungs
verfahren für die Massenfertigung komplex gestalteter Teile und die
Extrusion zur Herstellung von Folien oder Profilen zugänglich zu machen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man die pulverförmigen Polymeren in
einer Schmelze aus einem Polyacetal oder einer Mischung von Polyacetalen
dispergiert, die so erhaltene Mischung abkühlt und granuliert, das
Granulat einer Spritzgießmaschine oder einem Extruder zuführt und die
gewünschten Formkörper durch die Spritzgußverarbeitung oder Extrusion
durch Düsen erhält. Danach werden die Formkörper bei Temperaturen von 100
bis 150°C einer Atmosphäre ausgesetzt, die ein sauer reagierendes Gas
enthält und dadurch das Polyacetal zu Formaldehyd depolymerisiert, der aus
dem Teil entweicht.
Der zurückbleibende poröse Formkörper wird mit einer gasdichten Hülle
allseitig umhüllt und dann bei erhöhter Temperatur unter Gasdruck oder
Flüssigkeitsdruck unter Volumenschrumpf zum fertigen Formkörper gesintert.
Im folgenden wird die Erfindung detailiert beschrieben:
Zur Herstellung von Formteilen aus anorganischen Materialien ist bekannt, daß man ein Keramikpulver oder ein Metallpulver mit einem thermopla stischen Harz vermischt, die Mischung zu einem Formkörper verformt, das thermoplastische Harz entfernt und anschließend diesen porösen Formkörper zu dem eigentlichen Formkörper versintert. Als thermoplastisches Harz bzw. Bindemittel werden z. B. Polystyrol, Polypropylen, Polyethylen und Ethylen- Vinylacetat-Copolymere eingesetzt. Diese Bindemittel werden aus dem Form körper durch Erhitzen auf Temperaturen von 300 bis 550°C während 3 bis 8 Stunden entfernt. Dabei werden die Bindemittel thermisch gespalten. Es muß sehr vorsichtig und langsam auf diese Temperaturen erhitzt werden, damit der Formkörper nicht durch unkontrollierten Zerfall der organischen Substanz und damit verbundener Rißbildung geschädigt wird. Aus diesem Grunde soll die Aufheiztemperatur nur 4°C/Stunde betragen.
Zur Herstellung von Formteilen aus anorganischen Materialien ist bekannt, daß man ein Keramikpulver oder ein Metallpulver mit einem thermopla stischen Harz vermischt, die Mischung zu einem Formkörper verformt, das thermoplastische Harz entfernt und anschließend diesen porösen Formkörper zu dem eigentlichen Formkörper versintert. Als thermoplastisches Harz bzw. Bindemittel werden z. B. Polystyrol, Polypropylen, Polyethylen und Ethylen- Vinylacetat-Copolymere eingesetzt. Diese Bindemittel werden aus dem Form körper durch Erhitzen auf Temperaturen von 300 bis 550°C während 3 bis 8 Stunden entfernt. Dabei werden die Bindemittel thermisch gespalten. Es muß sehr vorsichtig und langsam auf diese Temperaturen erhitzt werden, damit der Formkörper nicht durch unkontrollierten Zerfall der organischen Substanz und damit verbundener Rißbildung geschädigt wird. Aus diesem Grunde soll die Aufheiztemperatur nur 4°C/Stunde betragen.
In der
US-PS 46 71 912 werden sogar niedrigere Aufheiztemperaturen von 1 bis
2°C/Stunde, zumindest solange, bis die Hälfte des Bindemittels entfernt
ist, empfohlen. Diese langen Aufheizperioden von mehreren Tagen vermindern
die Wirtschaftlichkeit dieser Verfahren stark.
Zur Beschleunigung der Aufheizzeiten wird in der EP-PS 1 15 104 empfohlen,
als Bindemittel ein Gemisch aus einem oxidierten Paraffinwachs oder einem
oxidierten mikrokristallinen Wachs mit einer höheren Fettsäure einzu
setzen. In der EP-PS 1 14 746 wird als Bindemittel ein Polyacetal vorge
schlagen.
Bei allen diesen Verfahren, bei denen Thermoplaste oder Wachse eingesetzt
werden, muß der Formkörper zwecks pyrolytischer Entfernung des Binde
mittels auf Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes des Bindemittels
erhitzt werden, wodurch die Gefahr einer Verformung besteht.
Derartige Verfahren wären für die thermoplastische Verarbeitung der
Polymerpulver auch nicht anwendbar, weil zur pyrolytischen Entfernung des
Binders Temperaturen bis zu 550°C notwendig sind, Temperaturen, bei denen
sich die Polymerpulver bereits zersetzen.
Es ist aber auch bekannt, das Bindemittel aus dem Grünling nicht pyroly
tisch, sondern durch Extraktion mit einem Lösungsmittel zu entfernen.
Gemäß der JP-OS 62/2 78 160 wird als Lösungsmittel überkritisches Kohlen
dioxid bei 60°C und einem Druck von 200 kg/cm2, gemäß der EP-PS 2 06 685
flüssiges Kohlendioxid bei Temperaturen von -30°C bis 31,1°C eingesetzt.
Für die Durchführung dieser Verfahren benötigt man jedoch spezielle
Apparaturen.
Demgegenüber wurde ein Verfahren bekannt (O.Z. 41 722), das es erlaubt,
die Binderphase schnell und ohne die beschriebenen Nachteile aus dem
Formkörper zu entfernen. Dort wird als Binder ein Polyacetal eingesetzt,
das durch Behandeln der Formkörper mit einer Atmosphäre, die Salpetersäure
oder Bortrifluorid oder Bortrifluorid-Addukte enthält bei Temperaturen von
100 bis 150°C rückstandsfrei depolymerisiert wird.
Als Polyacetal setzt man sowohl Homopolymerisate als auch Copolymerisate
von Polyoxymethylen mit Molmassen von 25000 bis 75000 ein. Unter
Copo1ymerisaten seien die Polymerisate des Trioxans mit z. B. Ethylenoxid,
1,3-Dioxolan oder 1,3-Dioxepan verstanden, die in Mengen von z. B. 2 bis
8 Massen%, vorliegen können.
Bei Verwendung von reinem Polyoxymethylen mit geringem Comonomeranteil als
Bindemittel kann bei der Herstellung von Spritzgußteilen mit größeren
Wandstärken ein Problem auftreten, welches durch die hohe Kristallisa
tionsgeschwindigkeit des Polyoxymethylens hervorgerufen wird; die Schmelze
erstarrt an der Wand der beim Spritzgießen verwendeten, normalerweise
gekühlten Form schneller als im Inneren, d. h. der innere Bereich des
Formkörpers kristallisiert später als der äußere Teil. Da die Kristalli
sation von einer Volumenkontraktion begleitet ist, entstehen Risse im
Inneren des Formkörpers, da die bereits erstarrten Außenteile der Volumen
kontraktion nicht mehr folgen können.
Dieser Nachteil tritt nicht auf, wenn statt eines einheitlichen Polyoxy
methylens mit geringem Comonomergehalt eine Mischung zweier verschiedener
Polyacetale B1 und B2 eingesetzt wird, wobei
- B1) aus 70 bis 90, vorzugsweise 80 bis 88 Gew.-% eines Polyoxymethylen homopolymerisats oder eines Polyoxymethylencopolymerisats mit maximal 10, vorzugsweise 2 bis 7 mol-% an Comonomereinheiten, und
- B2) aus 10 bis 30, vorzugsweise 10 bis 25, insbesondere 12 bis 20 Gew.-% eines Polyoxymethylencopolymerisats mit einem Comonomeranteil von 20 bis 99, vorzugsweise 25 bis 95 und insbesondere 25 bis 80mol-% 1,3-Dioxolan, 1,3-Dioxan oder 1,3-Dioxepan oder deren Mischungen
bestehen.
Derartige Polyoxymethylenhomo- oder -copolymerisate sind dem Fachmann an
sich bekannt und in der Literatur beschrieben.
Die Homopolymeren werden im allgemeinen durch Polymerisation von Form
aldehyd oder Trioxan hergestellt, vorzugsweise in der Gegenwart von
geeigneten Katalysatoren.
Im Rahmen der Erfindung bevorzugte Polyoxymethylencopolymere B1) bzw. B2)
enthalten neben den wiederkehrenden Einheiten -OCH₂- noch wiederkehrende
Einheiten der Formel
wobei R¹ bis R⁴ unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, eine C₁-C₄-Alkylgruppe
oder eine halogensubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen
und R⁵ eine -CH₂-, -CH₂O-, eine C₁-C₄-Alkyl- oder C₁-C₄-Haloalkyl
substituierte Methylengruppe oder eine entsprechende Oxymethylengruppe
darstellen und n einen Wert im Bereich von 0 bis 3 hat. Vorteilhafterweise
können diese Gruppen durch Ringöffnung von cyclischen Ethern in die
Copolymere eingeführt werden. Bevorzugte cyclische Ether sind solche der
Formel
wobei R¹-R⁵ und n die obengenannte Bedeutung haben. Nur beispielsweise
seien Ethylenoxid, 1,2-Propylenoxid, 1,2-Butylenoxid, 1,3-Butylenoxid,
1,3-Dioxan, 1,3-Dioxolan und Dioxepan als cyclische Ether genannt sowie
lineare Oligo- oder Polyformale wie Polydioxolan oder Polydiox als 5
Comonomere genannt.
Prinzipiell können die Polyoxymethylencopolymere B1) und B2) die gleichen
wiederkehrenden Einheiten aufweisen d. h. sich nur in derem Anteil unter
scheiden.
Als Komponente B1) bzw. B2) ebenfalls geeignet sind Oxymethylenter
polymerisate, die beispielsweise durch Umsetzung von Trioxan, einem der
vorstehend beschriebenen cyclischen Ether und einem dritten Monomeren,
vorzugsweise einer bifunktionellen Verbindung der Formel
wobei Z eine chemische Bindung, -O- oder -ORO- (R=C₁-C₈-Alkylen oder
C₂-C₈-Cycloalkylen) ist, hergestellt werden.
Bevorzugte Monomere dieser Art sind Ethylendiglycid, Diglycidylether und
Diether aus Glycidylen und Formaldehyd, Dioxan oder Trioxan im Molverhältnis
2 : 1 sowie Diether aus 2 mol Glycidylverbindung und 1 mol eines
aliphatischen Diols mit 2-8 C-Atomen wie beispielsweise die Diglycidyl
ether von Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,3-Butandiol, Cyclobutan-1,3-diol,
1,2-Propandiol und Cyclohexan-1,4-diol, um nur einige Beispiele zu 25
nennen.
Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Homo- und Copoly
merisate sind dem Fachmann bekannt und in der Literatur beschrieben, so
daß sich hier nähere Angaben erübrigen.
Die bevorzugten Polyoxymethylenhomo- bzw. Copolymerisate haben Schmelz
punkte von mindestens 150°C und Molekulargewichte (Gewichtsmittelwert) im
Bereich von 5000 bis 150 000, vorzugsweise von 7000 bis 60 000.
Als Komponente B2) ebenfalls geeignet sind
Poly-1,3-dioxolan -O-CH₂-O-CH₂-CH₂- oder
Poly-1,3-dioxan -O-CH₂-O-CH₂-CH₂-CH₂ oder
Poly-1,3-dioxepan -O-CH₂-O-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂
Poly-1,3-dioxan -O-CH₂-O-CH₂-CH₂-CH₂ oder
Poly-1,3-dioxepan -O-CH₂-O-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂
oder deren Mischungen untereinander bzw. mit Polyoxymethylencopolymeren
der vorstehend beschriebenen Art. Poly-1,3-dioxepan wird wegen seiner
schnellen Depolymerisation unter sauren Bedingungen bevorzugt.
Poly-1,3-dioxolan, Poly-1,3-dioxan und Poly-1,3-dioxepan können nach
analogen Verfahren wie die Polyoxymethylenhomo- bzw. -copolymerisate
hergestellt werden, so daß sich hier nähere Angaben erübrigen. Das
Molekulargewicht ist an sich nicht kritisch und liegt im allgemeinen im
gleichen Bereich wie das Molekulargewicht der Polyoxymethylenhomo- oder
-copolymerisate.
Unter den Bedingungen der Compoundierung oder Spritzgußverarbeitung tritt
zwischen den Polyoxymethylenpolymerisaten B1) und B2) praktisch keine
Umacetalisierung ein, d. h. es findet praktisch kein Austausch von
Comonomereinheiten statt.
Damit wird auch der Kristallitschmelzpunkt der Komponente B1) nicht er
niedrigt, es wird lediglich die Kristallisationszeit etwas erhöht (was
gewünscht ist) und der kristalline Anteil etwas reduziert. Da der Kri
stallitschmelzpunkt der Hauptkomponente B1) nicht reduziert wird, bleibt
die hohe Wärmeformbeständigkeit erhalten und die Gefahr des Verzugs bei
der katalytischen Entbinderung wird verringert.
Zusätzlich können die thermoplastischen Massen auch übliche Zusatzstoffe
und Verarbeitungshilfsmittel, die die rheologischen Eigenschaften der
Mischungen bei der Verformung günstig beeinflussen, enthalten.
Die Herstellung der Mischungen aus Polyacetalbinder und Polymerpulver kann
durch Mischen der Komponenten in üblichen Mischvorrichtungen wie Knetern
oder Extrudern erfolgen. Bei der Abmischung auf Extrudern kann die
Mischung extrudiert und granuliert werden.
Für die Verformung durch Spritzguß können die üblichen Schnecken- und
Kolbenspritzgußmaschinen eingesetzt werden. Die Verformung erfolgt im
allgemeinen bei Temperaturen von 170 bis 220°C und Drucken von 3000 bis
20000 kPa in Formen, die eine Temperatur von 80 bis 150°C aufweisen. Zur
Folien- und Profilextrusion werden die üblichen Apparate eingesetzt.
Der Volumenanteil an Polymerpulver innerhalb der thermoplastischen Masse
beträgt 45 bis 70 Vol.-% vorzugsweise 50 bis 65 Vol.-%. Ein Teil dieses
Volumenanteils kann gegebenenfalls durch die Steifigkeit erhöhende Füll
stoffe wie Glasfasern, Kohlenstoffasern oder globuläre, mineralische
Füllstoffe ersetzt sein, wobei dieser Anteil 50% vom Volumenanteil des
Polymerpulvers nicht übersteigen sollte.
Zur Entfernung des Bindemittels (Entbinderung) werden die nach der Ver
formung enthaltenen Körper vorzugsweise in Anlehnung an das Verfahren der
älteren deutschen Patentanmeldungen P 39 29 869 bzw. 40 00 278 mit einer
gasförmigen säurehaltigen Atmosphäre behandelt.
Diese Behandlung erfolgt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Tempe
raturen im Bereich von 100 bis 150°C über einen Zeitraum von 0,1 bis 50 h,
vorzugsweise 0,5 bis 12 h.
Geeignete Säuren für die Behandlung in dieser Stufe des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind anorganische, bei Raumtemperatur bereits gasförmige,
zumindest aber bei der Behandlungstemperatur verdampfbare Säuren. Bei
spielhaft sei HNO3 genannt. Geeignete organische Säuren sind solche, die
bei Normaldruck eine Siedetemperatur von weniger als 130°C haben, z. B.
Ameisensäure, Essigsäure oder Trifluoressigsäure oder deren Mischungen.
Weiterhin geeignet als Säure sind BF3 oder BF3-Etherate. Ganz allgemein
hängt die erforderliche Behandlungsdauer von der Behandlungstemperatur und
der Konzentration der Säure in der Behandlungsatmosphäre, sowie von der
Wandstärke der Formteile ab.
Wird ein Trägergas verwendet, so wird dieses im allgemeinen vorher durch
die Säure geleitet und mit dieser beladen. Das so beladene Trägergas wird
dann auf die Behandlungstemperatur gebracht, die zweckmäßigerweise höher
als die Beladungstemperatur ist, um eine Kondensation der Säure zu
vermeiden.
Vorzugsweise wird die Säure dem Trägergas über eine Dosiereinrichtung
zugemischt und die Mischung erwärmt, um eine Kondensation der Säure zu
vermeiden.
Die vorstehend beschriebene Behandlung wird so lange durchgeführt, bis das
Bindemittel praktisch vollständig entfernt ist. Dies läßt sich leicht an
der Gewichtsabnahme erkennen.
Um dichte Formkörper zu erhalten, müssen diese unter Druck isostatisch
gesintert werden. Dazu müssen sie allseitig von einer dichten, verform
baren Hülle umgeben sein. Nur dann kann ein Druck allseitig auf den Form
körper wirken und dieser beim Sintern isotrop schwinden.
Dazu stehen verschiedene Möglichkeiten offen: Der poröse Formkörper kann
in einen Lack getaucht werden, der nach Verdampfen des Lösungsmittels
einen festen, plastischen Film ausbildet. Die Viskosität des Lacks muß so
hoch sein, daß der Lack nicht in den Formkörper eindringt. Bevorzugt sind
Lacke die aus dem zu sinternden Polymeren und einem Lösungsmittel
bestehen. Im Fall dieses arteigenen Überzugs darf der Lack auch in den
porösen Formkörper eindringen.
Als Überzug sind auch solche auf der Basis von Polydimethylsiloxanen,
Epoxidharzen, ungesättigten Polyesterharzen, Polyimidharzen, Polyamidimid
harzen oder Polyesterimidharzen geeignet. Ebenfalls als Lacke geeignet
sind Lösungen von hochmolekularen thermoplastischen Polymeren wie Poly
styrol, Polystyrol/Acrylnitril-Copolymerisate, Polycarbonat, Polysulfon
oder Polyethersulfon in niedrig siedenden Lösungsmitteln wie Aceton,
Methylethylketon oder Dimethylformamid. Eine andere Möglichkeit besteht
darin, daß man die porösen Formkörper in wäßrige Polymerdispersionen
eintaucht und durch Trocknen der Dispersionen Polymerüberzüge ausbildet.
Dabei ist es vorteilhaft, die Formkörper vor dem Tauchen auf 100 bis 150°C
zu erwärmen oder dies direkt nach Entfernen des Binders zu tun, um an der
Oberfläche eine sofortige Koagulation der Dispersion zu erreichen und
damit ein Eindringen der Dispersion in die Poren zu vermeiden. Besonders
vorteilhaft sind preiswerte Dispersionen auf der Basis von Styrol mit 2
bis zu 10 Gew.-% Butadien. Filme aus diesen Dispersionen weisen eine hohe
Temperaturbeständigkeit auf und werden bei Temperaturen bis 300°C nicht zu
niedrigviskos, weil der Butadienanteil teilweise vernetzt und damit der
Film unter dem Druck nicht in die Poren eindringt. Auch wäßrige Sekundär
dispersionen auf der Basis höhertemperaturbeständiger Polymerer wie
Polyesterimide oder Polyamidimide sind geeignet, dichte Filme auf den
porösen Formkörpern zu erzeugen.
Es ist aber auch möglich, filmbildende Polymere wie Polystyrol oder
Polyethersulfon zu Teilchen mit Durchmessern von 2 bis 100 m Durchmesser
zu vermahlen, diese in Wasser zu dispergieren und die porösen Formkörper
mit einer derartigen Aufschlämmung zu bedecken.
Den Mahlschritt kann man sich sparen, indem man die Polymeren in einem
Lösungsmittel löst und die Lösung in ein Nichtlösungsmittel einträgt und
durch Ausfällen des Polymeren direkt eine Aufschlämmung von Polymer
teilchen erzeugt.
Zur Erzeugung von Filmen mit Temperaturbeständigkeiten oberhalb von 400°C
bringt man Filme auf der Basis von anorganischen Gläsern auf. Derartige
Gläser enthalten erhöhte Anteile an Bleioxid, Borat und/oder Phosphat und
weisen damit erniedrigte Erweichungstemperaturen auf. Die Gläser werden
zermahlen und in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel suspendiert.
Die Formkörper werden in die Suspension eingetaucht, Wasser oder Lösungs
mittel verdampft und das Glaspulver verschmilzt im Autoklaven zu einer
dichten Hülle.
Nachdem die Oberfläche der porösen Formkörper mit Material zur Ausbildung
dichter Filme belegt ist, werden die Formkörper in einen Autoklaven
gebracht, dort aufgeheizt, die dichten Filme ausgebildet und danach mit
Druck beaufschlagt. Nach dem Sintern läßt man den Autoklaven abkühlen,
holt die Formkörper heraus und entfernt die meist nur locker anliegende
Hülle. Die Sinterbedingungen, Temperatur, Druck und Verweilzeit richten
sich nach dem jeweils zu sinternden Polymeren.
Bei Sintertemperaturen unterhalb 450°C ist es auch möglich, innerhalb
einer Flüssigkeit zu sintern, die eine bessere Wärmeübertragung als Gase
ermöglicht. Außerdem kann der Flüssigkeitsdruck leicht durch ein
Hydraulikaggregat aufgebracht werden. Als Flüssigkeit werden bevorzugt
Orthokieselsäureester wie Si(OC8H17)4 eingesetzt.
In einen Doppelwellenextruder mit 30 mm Schneckendurchmesser werden
6.0 kg/h eines Polyoxymethylens dosiert, das 6 Gew.-% Butandiolformal als
Comonomeres enthält und das Polyoxymethylen bei 190°C aufgeschmolzen. In
eine zweite Öffnung stromabwärts werden 7.4 kg/h eines Polyimidpulvers mit
45 µm durchschnittlichem Pulverdurchmesser (Typ P84 von Firma Lenzing) in
die Polyoxymethylenschmelze dosiert. über zwei Knetblöcke von je 30 mm
Länge im Abstand von 90 mm wurde das Polyimidpulver innig mit der Schmelze
vermischt. Die Gewichtsdosierung war so gewählt, daß die Polyoxymethylen/
Polyimid-Mischung einen Volumenanteil von 55%, Polyimid aufwies. Die Poly
oxymethylen/Polyimid-Mischung wurde in ein Wasserbad extrudiert, abgekühlt
und granuliert. Nach dem Trocknen wurde die gesamte Granulatmenge in sich
gemischt und nochmals mittels eines Extruders aufgeschmolzen, gemischt,
extrudiert, abgekühlt und getrocknet, um eine homogen zusammengesetzte
Masse zu erhalten, die keine meßbaren Schwankungen der Zusammensetzung
infolge von Schwankungen des Massestroms der kontunierlich arbeitenden
Dosierwaagen mehr aufwies.
Die so erhaltene Masse wurde mittels einer üblichen Spritzgußmaschine zu
Prüfkörpern verarbeitet. Dabei betrugen die Massetemperatur 180°C und die
Formwandtemperatur 120°C.
Zum Entfernen der Polyoxymethylenmatrix wurden die Prüfkörper mit maximal
4 mm Wanddicke in einen mit einem Ventilator zur Umwälzung der Atmosphäre
ausgerüsteten Trockenschrank gelegt. Der Trockenschrank wurde auf 140°C
aufgeheizt. Während des Aufheizens wurde der Trockenschrank mit Stickstoff
gespült, um den Sauerstoffanteil der Atmosphäre unter 2%, zu reduzieren.
Sodann wurden in den Trockenschrank mit ca. 30 l Volumen 15 ml/h 100%ige
Salpetersäure dosiert. Dazu wurde der Inertgasstrom mit 200 l/h auf 140°C
erhitzt und in den heißen Inertgasstrom die Salpetersäure eindosiert, wo
sie sofort verdampfte und in den Trockenschrank mitgenommen wurde. Nach
2,5 h wurde die Säuredosierung beendet und der Trockenschrank nur noch mit
Inertgas gespült. Nach 2,5 h Säurebehandlung enthielten die Formkörper
kein Polyoxymethylen mehr. Deshalb waren sie relativ fragil.
Um die Formkörper für die Aufbringungen einer gas/flüssigkeitsdichten
Hülle stabiler zu machen, wurde der Trockenschrank für 2 h auf 300°C
aufgeheizt. Dabei tritt ein Vorsintern mit einem linearen Schrumpfen ca.
5% ein und die Formkörper weisen genügend Festigkeit auf, um die Hülle
aufzubringen.
Dazu wurde eine Lösung aus 25 Gew.-% des Polyimidpulvers in Dimethylacet
amid als Lösungsmittel hergestellt. Die Formkörper wurden kurz in diese
Lösung getaucht und überschüssige Lösung abtropfen gelassen. Nach dem
Trocknen bei Raumtemperatur wurde die Prozedur wiederholt. Nach dieser
Behandlung waren die äußeren Poren durch arteigenes Polyimid überbrückt
und damit die notwendige gas/flüssigkeitsdichte Hülle aufgebaut.
Die Formkörper wurden in einen Autoklaven überführt, der Autoklav zur
Entfernung der Luft mit Stickstoff gespült und sodann auf 350°C aufge
heizt. Nach Erreichen dieser Temperatur wurde der Stickstoffdruck auf
200 bar erhöht und der Autoklav 1 Stunde bei 350°C und 200 bar belassen.
Danach wurde der Autoklav abkühlen gelassen und nach Erreichen von 30 bis
40°C der Überdruck abgelassen.
Die Spritzgußteile waren in ihren Maßen gleichmäßig um 18% geschrumpft,
entsprechend einem Volumenschrumpf von 44%. Demnach enthielten die
Formkörper noch eine Restporosität von ca. 1%. Die folgenden Eigen
schaften wurden gemessen: Zugfestigkeit 100 MPa und Bruchdehnung 5%
gemessen nach DIN 53 455.
Claims (18)
1. Verfahren zum thermoplastischen Verarbeiten und Sintern nichtplasti
fizierbarer Polymerer, dadurch gekennzeichnet, daß man die pulver
förmigen, nichtplastifizierbaren Polymeren in einer Schmelze aus einem
Polyacetal oder einer Mischung von Polyacetalen dispergiert, die so
erhaltene Mischung abkühlt, granuliert, das Granulat einer thermo
plastischen Verarbeitung zuführt, durch Spritzgießen Formkörper oder
durch Extrusion Folien oder Profile herstellt, die Formkörper einer
Atmosphäre aussetzt, die ein sauer reagierenden Gas enthält, wodurch
das Polyacetal depolymerisiert wird, den zurückbleibenden porösen
Formkörper mit einem gas/flüssigkeitsundurchlässigen Film allseitig
umhüllt, in einem Autoklaven aufheizt und unter allseitigem Druck den
Formkörper isostatisch zum Fertigteil sintert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Poly
acetal Polyoxymethylen benutzt, das 0 bis 8 Gew.-%, eines Comonomeren
enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als
Polyacetal eine Mischung aus
- B1) 70 bis 90 Gew.-% eines Polyoxymethylenpolymerisats mit 0 bis 10 mol-% Comonomereinheiten und
- B2) 10 bis 30 Gew.-% eines Polyoxymethylencopolymerisats mit einem Comonomeranteil von 20 bis 99 mol-%, 1,3-Dioxolan, 1,3-Dioxan oder 1,3-Dioxepan oder deren Mischungen oder homopolymeres Poly-1,3-dioxan, Poly-1,3-dioxolan oder Poly-1,3-dioxepan
verwendet.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Volumenanteil an nichplastifizierbarem Polymerpulver in der Masse 45
bis 70 Vol.-%, vorzugsweise 50 bis 65 Vol.-%, beträgt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Depolymerisation des Polyacetals bei 100 bis 150°C unter Normal
druck über einen Zeitraum von 0,1 bis 50 h, vorzugsweise von 0,5 bis
12 h unter dem Einfluß von Säuren, vorzugsweise Salpetersäure,
Bortrifluorid oder Bortrifluorid-Etherat ausgeführt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
nach dem Entfernen des Polyacetals porösen Formkörper durch Besprühen
oder Tauchen mit einem Lack, einer Polymerlösung, mit einem vernetz
baren Polymeren, einer wäßrigen Polymerdispersion oder einer Auf
schlämmung anorganischer niedrigschmelzender Gläser mit einem un
durchlässigen verformbaren Film allseitig beschichtet werden.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
mit einem undurchlässigen Film beschichteten Formkörper bei 180 bis
800°C, vorzugsweise bei 220 bis 700°C unter Drücken von 1 bis 2000,
vorzugsweise 10 bis 400 bar isostatisch gesintert werden.
8. Massen zur Herstellung der Formkörper nach den Ansprüchen 1 bis 7.
9. Massen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu
50 Vol.-% des Volumentanteils an nichtplastifizierbarem Polymerpulver
verstärkende Füllstoffe enthalten.
10. Massen nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie
als nichtplastifizierbares Polymeres vollaromatische Polyimide
enthalten.
11. Massen nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie
als nichtplastifizierbares Polymeres Polyaramide enthalten.
12. Massen nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie
als nichtplastifizierbares Polymeres Polythiazole, Polybenzthiazole
enthalten.
13. Massen nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie
als nichtplastifizierbares Polymeres Polybisbenzoxazole, Polyoxazole,
Polybenzoxazole, Polyoxadiazole enthalten.
14. Massen nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie
als nichtplastifizierbares Polymeres Polyimidazole, Polybenzimidazole
enthalten.
15. Massen nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie
als nichtplastifizierbares Polymeres vollaromatische Polyester
enthalten.
16. Massen nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie
als nichtplastifizierbares Polymeres Poly-p-phenylen enthalten.
17. Massen nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie
als nichtplastifizierbares Polymeres Polychinoxaline enthalten.
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