DE1299885B

DE1299885B - Verfahren zur Herstellung von Formteilen auf der Basis von Caprolactam

Info

Publication number: DE1299885B
Application number: DEA43297A
Authority: DE
Inventors: Hechelhammer; Goller Herbert; Dr Kurt; Dr Rudolf; Schneider; Sonntag; Dr Wilhelm
Original assignee: Ankerwerk Nuernberg GmbH
Current assignee: Ankerwerk Nuernberg GmbH
Priority date: 1963-06-08
Filing date: 1963-06-08
Publication date: 1969-07-24

Description

Es ist bereits bekannt, Lactame mit mindestens sieben Ringgliedern in Gegenwart von Katalysatoren und Cokatalysatoren nach Schmelzen in beheizten Formen zu polymerisieren.
Das bisher bekanntgewordene Verfahren und die bisher bekanntgewordenen Vorrichtungen zur Herstellung von Formteilen konnten jedoch in keiner Weise befriedigen, da die hergestellten Formteile infolge der durch die Polymerisation entstehenden Volumenkontraktion nicht maßtreu sind. So können die auf diesem Wege hergestellten Formteile z. B. nicht als technische Teile verwendet werden. Außerdem erlauben die bekannten Einrichtungen keine automatische maschinelle Formteilherstellung, was sich besonders in wirtschaftlicher Hinsicht nachteilig auswirkt.
Die Aufgabe der Erfindung liegt nun darin, ein Verfahren zur Herstellung von maßtreuen Formteilen aus Caprolactam und eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens zu schaffen, mit dem auch eine automatische Fertigung der genannten Formteile möglich ist. Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen auf der Basis von Caprolactam durch Polymerisieren von geschmolzenem Caprolactam unter Formgebung in Gegenwart von Katalysatoren und Cokatalysatoren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Schmelzen aus Caprolactam und Katalysator sowie Caprolactam und Cokatalysator aus jeweils einem beheizbaren Vorratsbehälter über getrennte Zuführleitungen einem Angußkanal oder Steiger zugeführt werden, in dem die beiden Schmelzen durch die Rotation mindestens eines flügelähnlichen Teiles homogen gemischt werden, sofort anschließend die Mischung mindestens einem Formenhohlraum einer mehrteiligen Form zugeführt und schließlich die die Form ausfüllende Schmelze unter einem der Volumenkontraktion angepaßten Nachdruck auspolymerisiert wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren in einer Vorrichtung durchgeführt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zuführleitungen der beiden beheizbaren Vorratsbehälter in unmittelbarer Nähe des Formenhohlraumes der jeweiligen Form in einen Angußkanal oder Steiger münden, in dem ein Kolben dreh und längs verschiebbar gelagert ist und der seinerseits am vorderen, dem Formenhohlraum zugekehrten Ende mindestens ein flügelähnliches Teil zum Mischen der Schmelze trägt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine praktisch drucklose Herstellung von Formteilen jeder Gestalt. Dies wirkt sich besonders auf die Konstruktion und den Bau entsprechender Maschinen sehr vorteilhaft aus, da Vorrichtungen zur Erzeugung und zur Aufnahme großer Kräfte entfallen können. Außerdem beseitigt die Erfindung alle Spritzlings-Wandstärken-Probleme, da ja beim erfindungsgemäßen Verfahren mit einer wasserdünnen Schmelze gearbeitet wird. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die auf diese Weise hergestellten Formteile auf Grund ihrer Struktur keinem sogenannten Kaltfluß unterliegen.
An Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 eine Gesamtansicht der erfindungsgemäß verwendeten Vorrichtung, teilweise im Schnitt, F i g. 2 den Angußkanal oder Steiger nach F i g. 1 in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 die Form nach Fig. 1, jedoch mit einer zusätzlichen Vorrichtung, und Fig.4 ein Diagramm, welches den Verlauf der Viskosität und den Verlauf des auf die Schmelze einwirkenden Nachdrucks während der Polymerisationszeit schematisch zeigt.
Nach Fig. 1 umschließen die beiden Formhälften 1 und 2 den Formenhohlraum 3, in den der Angußkanal oder Steiger 4 mündet. Im Angußkanal 4, der beheizbar sein kann, ist ein Kolben 5 dreh und längs verschiebbar gelagert, der an seinem vorderen, dem Formenhohlraum 3 zugekehrten Ende mindestens ein flügelähnliches Teil 6 trägt, das mit dem Kolben 5 lösbar verbunden ist. Das flügelähnliche Teil 6, das natürlich auch von beliebig anderer Gestalt sein kann, verjüngt sich nach dem Ausführungsbeispiel in Richtung zu seinem freien Ende hin, damit es nach einem Arbeitszyklus leicht aus dem Anguß des auspolymerisierten Formteiles gezogen werden kann. Der Kolben 5 und damit auch das flügel ähnliche Teil 6 werden vom Elektromotor 7 über das Getriebe 8 in Rotation versetzt, während durch abwechselnde Beaufschlagung des Kolbens 9 im Hydraulikzylinder 10 die jeweils gewünschte Längsverschiebung bewirkt wird. Das hierfür notwendige Druckmedium wird von einem nicht näher dargestellten Pumpenaggregat in bekannter Weise über die Rohrleitungen 11 und 12 in die Räume 13 und 14 des Hydraulikzylinders 10 geliefert.
Die Materialzuführung in den Angußkanal oder Steiger 4 erfolgt über die Zuführleitungen 15 und 16 in unmittelbarer Nähe des Formenhohlraumes 3, wobei die Zuführleitungen 15 und 16 bei zurückgezogenem Kolben 5 vorzugsweise im Bereich des flügelähnlichen Teiles 6 in den Angußkanal münden. Das andere Ende der Zuführleitungen 15 und 16 ist mit je einem Vorratsbehälter 17 und 18 verbunden, in welchen sich das zu verarbeitende flüssige Caprolactam befindet. Damit das zu verarbeitende Caprolactam stets für die Verarbeitung optimal aufgeschmolzen ist, sind die Vorratsbehälter 17 und 18 mit Heizkörpern 19 und 20 versehen, deren Heizleistung in bekannter Weise von außen geregelt werden kann. Da für jedes herzustellende Formteil eine gleiche, dem Formvolumen entsprechende Menge an Schmelze aus den Vorratsbehältern 17 und 18 dosiert werden muß, werden beispielsweise in die Zuführleitungen 15 und 16 beheizbare Dosiereinrichtungen 21 und 22 eingebaut. Diese Dosiereinrichtungen können z. B. gleichzeitig im Arbeitsrhythmus der Maschine die Zuführleitungen 15 und 16 öffnen und schließen.
Die Fig. 2 zeigt den Angußkanal oder Steiger 4 in vergrößerter Darstellung. Der hier gezeigte Kolben 5' ist im Gegensatz zum Kolben 5 der F i g. 1 nur in Längsrichtung beweglich, wie dies der Doppelpfeil 23 andeutet. Die jeweils erforderliche Rotation des flügelähnlichen Teiles 6 bewirkt eine Stange 24, die in einer Bohrung 25 des Kolbens 5' gelagert ist. Auch nach diesem Ausführungsbeispiel ist das flügelähnliche Teil 6 mit der Stange 24 lösbar verbunden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit den in den F i g. 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen nach der Erfindung wie folgt ausgeführt: Zu Beginn eines Arbeitszyklus befindet sich der Kolben 5, 5' beispielsweise in der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Lage. Wenn der nicht dargestellte Hauptschalter der Maschine betätigt wird, öffnen die Dosiereinrichtungen 21 und 22 automatisch die Zuführleitungen 15 und 16 für eine bestimmte Menge, und gleichzeitig wird das flügelähnliche Teil 6 vom Elektromotor 7 über das Getriebe 8 in Rotation versetzt.
Über die Zuführleitungen 15 und 16 strömt nun aufgeschmolzenes Caprolactam aus den Vorratsbehältern 17 und 18 auf das rotierende flügelähnliche Teil 6 und wird dort homogen gemischt. Die so gemischte Schmelze fließt anschließend über den Angußkanal oder Steiger 4 sofort in den Formenhohlraum 3 der Form 1, 2.
Da im einen der beiden Vorratsbehälter 17 und 18 aufgeschmolzenes Caprolactam mit Katalysator und im anderen Vorratsbehälter aufgeschmolzenes Caprolactam mit Cokatalysator zur Verarbeitung bereitsteht, kann die Polymerisation erfindungsgemäß erst nach erfolgtem Zusammentreffen der beiden Schmelzen, also erst während des Mischvorganges durch das flügel ähnliche Teil 6, einsetzen. Wenn sich nun die gewünschte Menge an gemischtem Caprolactam im Formenhohlraum 3 bzw. im Angußkanal oder Steiges 4 befindet, verschließen die Dosiereinrichtungen 21 und 22 wieder automatisch die Zuführleitungen 15 und 16. Etwa zur gleichen Zeit wird von dem nicht näher dargestellten Pumpenaggregat ein Druckmedium über die Rohrleitung 12 in den Raum 14 des Hydraulikzylinders 10 gedrückt, wodurch der Kolben 5, 5' beispielsweise bis zur strichpunktierten Linie 26 (Fig.2) in Richtung zur Form 1, 2 verschoben wird. Dadurch wird erreicht, daß bereits zu Beginn der Polymerisation die Schmelze den Formenhohlraum 3 vollkommen ausfüllt und die Öffnungen der Zuführleitungen 15 und 16 sicher verschlossen werden.
Um maßtreue Formteile herstellen zu können, muß die während der Polymerisation entstehende Volumenkontraktion ausgeglichen werden. Dies geschieht nach der Erfindung dadurch, daß innerhalb der Polymerisationszeit der Kolben 5, 5' weitere noch flüssige Schmelze in den Formenhohlraum 3 drückt. Die Strecke, die der Kolben 5, 5' hierbei zurücklegt, entspricht beispielsweise dem Weg zwischen den strichpunktierten Linien 26 und 27 (F i g. 2). Der in dieser Phase des Verfahrens wirkende Nachdruck wird vorzugsweise, da es sich ja um eine wasserdünne Schmelze handelt, der Viskosität der im Formenhohlraum 3 befindlichen Masse angepaßt, damit keine Zuhaltekräfte verwendet werden müssen, die einen übermäßigen Maschinenaufwand bedingen.
Gemäß F i g. 4 steigt während der Polymerisationszeit t die Viskosität 7 der im Formenhohlraum 3 befindlichen Schmelze ständig entsprechend der Kurvenlinie 28. Der in der gleichen Zeit zum Ausgleich der Volumenkontraktion vom Kolben 5, 5' auszubringende Nachdruck p steigt deshalb entsprechend der gestrichelten Kurvenlinie 29 ebenfalls langsam an.
Wie das Diagramm der F i g. 4 insgesamt deutlich erkennen läßt, erfordert die zunächst wasserdünne Schmelze nur einen minimalen Nachdruck, der eine Formzuhaltung mit verhältnismäßig geringen Kräften ermöglicht. Da die Viskosität W der Schmelze während der Polymerisationszeit t ansteigt, kann der Nachdruck entsprechend erhöht werden. Da er mit zunehmender Viskosität immer weniger als Sprengkraft wirkt, genügt die ursprünglich vorgesehene Formzu- haltekraft, um ein Aufsprengen der Form 1, 2 zu verhindern.
Die Entformung des auspolymerisierten Teiles erfolgt vorzugsweise mechanisch wie bei den bekannten Spritzgußmaschinen. Eine Abkühlung bei noch geschlossenen Formhälften ist dabei nicht erforderlich, da bei der Polymerisations-Temperatur von etwa 1500 C das Formteil bereits erstarrt ist, wenn der Polymerisationsprozeß abgelaufen ist.
Ein neuer Arbeitszyklus kann dann wieder beginnen, wenn nach der Entformung die Form 1, 2 wieder geschlossen ist und der Kolben 5, 5' in seine Ausgangsstellung (F i g. 1) gebracht wurde.
Weiterhin ist es z. B. möglich, daß der Cokatalysator der zu verarbeitenden Schmelze durch eine Rohrleitung 30 (Fig.3), die mit einem Rückschlagventil versehen sein kann, erst kurz vor dem Erreichen des Formenhohlraumes 3 beigegeben wird.
Weiter kann es im Sinne der Erfindung vorteilhaft sein, leere Vorratsbehälter 17, 18 während eines Arbeitsablaufes durch entsprechend vorbereitete Behälter zu ersetzen. Das Mischen im Angußkanal oder Steiger 4 kann gegebenenfalls auch von entsprechend angeordneten Sprühdüsen ausgeführt werden, wodurch das flügelähnliche Teil 6 unter Umständen entfallen könnte. Schließlich kann auch noch in der Trennebene oder an einer anderen geeigneten Stelle der Form 1, 2 ein Ventil vorgesehen werden, welches für eine sichere Entlüftung während des Formfüllvorganges sorgt.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen auf der Basis von Caprolactam durch Polymerisieren von geschmolzenem Caprolactam unter Formgebung in Gegenwart von Katalysatoren und Cokatalysatoren, dadurch gekennzeichn e t, daß Schmelzen aus Caprolactam und Katalysator sowie Caprolactam und Cokatalysator aus jeweils einem beheizbaren Vorratsbehälter über getrennte Zuführleitungen einem Angußkanal oder Steiger zugeführt werden, in dem die beiden Schmelzen durch die Rotation mindestens eines flügelähnlichen Teiles homogen gemischt werden, sofort anschließend die Mischung mindestens einem Formenhohlraum einer mehrteiligen Form zugeführt und schließlich die die Form ausfüllende Schmelze unter einem der Volumenkontraktion angepaßten Nachdruck auspolymerisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in einer Vorrichtung durchgeführt wird, bestehend aus den gegebenenfalls mit beheizbaren Dosiereinrichtungen (21, 22) ausgestatteten Zuführleitungen (15, 16) der beiden beheizbaren Vorratsbehälter (17, 18), die in unmittelbarer Nähe des gegebenenfalls mit mindestens einem Entlüftungsventil ausgerüsteten Formenhohlraumes (3) der jeweiligen Form (1, 2) in einen Angußkanal oder Steiger (4) münden, in dem ein Kolben (5) dreh und längs verschiebbar gelagert ist und der seinerseits am vorderen, dem Formenhohlraum (3) zugekehrten Ende mindestens ein flügelähnliches Teil (6) trägt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung die Zuführleitungen (15, 16) bei zurückgezogenem Kolben (5, 5') im Bereich des flügelähnlichen Teiles (6) in den Angußkanal oder Steiger (4) münden.