DE3826429A1 - Verfahren zur herstellung von waermeaktivierbaren gegenstaenden mit formgedaechtnis aus thermoplastischem kunststoff und nach dem verfahren hergestellte waermeaktivierbare gegenstaende - Google Patents
Verfahren zur herstellung von waermeaktivierbaren gegenstaenden mit formgedaechtnis aus thermoplastischem kunststoff und nach dem verfahren hergestellte waermeaktivierbare gegenstaendeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wärme
schrumpfbaren Gegenständen aus thermoplastischem Kunststoff,
denen durch Einbringen von Molekülorientierungen und Molekül
strukturen ein Formgedächtnis eingeprägt wird.
Aus der europäischen Patentanmeldung 02 41 776 ist ein Verfah
ren zur Herstellung eines thermoplastischen Kunststoffteils mit
Formgedächtnis bekannt, bei dem das Formgedächtnis durch ein
Preßreckverfahren eingeprägt wird. Durch dieses Verfahren wer
den in einen Vorformling in formstabilem Zustand unter Druckein
wirkung Molekülorientierungen eingebracht, die bei einer be
stimmten Temperatur fixiert werden. Bei späterer Wärmezufuhr
verformt sich dieses zwangsweise verformte Teil und versucht
seine ursprüngliche Form wieder zu erlangen.
Bei einem solchen wie auch bei den hergebrachten Verfahren zum
Herstellen von Gegenständen mit Formgedächtnis mußten bisher
alle Formänderungen beim Einprägen des Formgedächtnisses fest
gelegt werden. Eine nachträgliche Ergänzung ist dabei nicht mög
lich. Weiterhin ist es bisher schwierig, besondere Feinheiten
bezüglich der Verformungen, insbesondere bei kompliziert ge
formten Gegenständen, ins Formgedächtnis mit einzubeziehen.
So besteht für vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren
zur Herstellung von wärmeaktivierbaren Gegenständen zu schaffen,
mit dem auch nach dem Einprägen des Formgedächtnisses eine wei
tere Modifikation möglich ist. Die Aufgabe gemäß der Erfindung
wird nun dadurch gelöst, daß die Gegenstände nach der Einprä
gung des Formgedächtnisses zumindest in Teilbereichen eine wei
tere Formveränderung erfahren, durch die das Formgedächtnis be
einflußbar ist.
Schließlich ergibt sich die Aufgabe, wärmeaktivierbare Gegen
stände nach dem Verfahren gemäß der Erfindung herzustellen.
Die Erfindung bietet nun besondere Vorteile darin, daß die
thermoplastischen Gegenstände, zum Beispiel aus Polyethylen,
Polypropylen, Polyamid und andere, mit ihren bereits zum Bei
spiel durch Reckverfahren eingeprägten Molekülorientierungen
und Molekülstrukturen nachträglich so bearbeitet werden, daß
die Gestaltänderung bei späterer Wärmezufuhr zusätzlich ge
zielt beeinflußt wird. Dadurch lassen sich nun wärmeaktivier
bare Gegenstände herstellen, die nach dem späteren Erwärmen
im Endzustand von der ursprünglichen Form des Vorproduktes
abweichen. Außerdem lassen sich auch die ursprünglich einge
brachten Wirkrichtungen der Molekülorientierungen beeinflus
sen. Dadurch können nun auch schwierige Formgestaltungen bzw.
Rückverformungen durchgeführt werden, die bisher nach den an
sich bekannten Verfahren nicht oder zumindest nur sehr mangel
haft erreicht werden konnten.
Bei den bisher üblichen Umformungen der thermoplastischen Ge
genstände, die zum Beispiel nach dem Preßreckverfahren im
festen Zustand der Gegenstände bei entsprechend eingestellten
Umformungstemperaturen durchgeführt werden, ergeben sich unter
Umständen nicht homogene, über den ganzen Querschnitt gleich
mäßig verteilte Molekülorientierungen und Molekülstrukturen.
In der Regel liegen bei derartigen Verfahren durch den Kontakt
mit dem formgebenden Werkzeug die größten Molekülorientierun
gen mit dem hieraus resultierenden größten Gestaltänderungsver
mögen in den Randschichten der verformten Gegenstände. Die Mole
külorientierungen nehmen nämlich im allgemeinen zur Wandmitte
des verformten Gegenstandes hin ab. So führt beispielsweise
eine Halbierung oder Teilung eines solchen Gegenstandes zu zwei
oder mehreren Teilen mit je einem wärmeaktivierbaren Gestaltän
derungsvermögen. Je nach Umformverfahren und Verfahrensführung
liegt ein mehr oder weniger deutlich ausgeprägter Orientierungs
gradient vor.
So werden nun die bestehenden Molekülorientierungen und Molekül
strukturen gemäß der Erfindung nach dem Einprägen des Formge
dächtnisses durch mechanische oder gegebenenfalls chemische Be
arbeitungen dieser Gegenstände durch Abtragen zum Beispiel der
äußeren Randschichten oder durch Einbringen von Kerben, Nuten,
Bohrungen oder dergleichen gebietsweise gezielt mit der Ent
fernung des Materials verändert. Damit ändert sich schließlich
auch die Rückformung bei späterer Erwärmung im Einsatzfall als
wärmeaktivierbares Element. Bei der Erwärmung kommt es dann auch
bei zunächst vorliegenden monoaxialen Molekülorientierungen und
Molekülstrukturen nicht mehr zu einer linearen Gestaltungsände
rung, wie es beim normal bisher üblichen Verfahren war, son
dern zu einer mehrdimensionalen Gestaltungsänderung, wie spä
ter anhand der Ausführungsbeispiele deutlicher erklärt wird. Da
bei nimmt der erfindungsgemäß hergestellte Gegenstand nicht
mehr die Form seines ursprünglichen Vorproduktes an, sondern
weicht je nach Zusatzbearbeitung mehr oder weniger davon ab.
Diese Verfahrensmethode führt somit zu Gegenständen, zumin
dest in deren nachträglich behandelten Bereichen, mit wärme
aktivierbarem Gestaltänderungsvermögen, das bei Erwärmung in
beliebigen, jedoch durch die Zusatzbearbeitung bestimmbaren,
dreidimensionalen Richtungen und Ebenen erfolgt.
Diese Verfahren gemäß der Erfindung erlauben nun produkt- und
verfahrenstechnisch günstige Geometrien für die Vorprodukte,
aus denen wärmeaktivierbare Gegenstände mit anwendungstechnisch
komplizierten Gestaltänderungen hergestellt werden können. So
ist zum Beispiel möglich, daß aus einem einfach herzustellenden,
spritzgegossenen oder extrudierten ungereckten Serienprodukt
durch individuelle mechanische oder chemische Bearbeitung ge
mäß der Erfindung speziell verformbare, wärmeaktivierbare Gegen
stände hergestellt werden können.
Weiterhin ist es nach der Erfindung möglich, durch gezielte
Kombination verschiedener Bearbeitungsverfahren Gegenstände so
herzustellen, daß sie neben einer komplexen Gestaltänderung
zusätzlich weitere Funktionen, wie zum Beispiel Abbiegungen,
Klammerbewegungen oder dergleichen erfüllen können, wie anhand
von Beispielen noch näher erläutert wird.
Für das mechanische Bearbeiten der bereits mit Formgedächtnis
versehenen Gegenstände kommt beispielsweise Fräsen, Bohren,
Drehen, Schleifen oder ähnliches infrage, während für eine
chemische Bearbeitung zum Beispiel Ätz- und Löseverfahren an
gewendet werden können. So lassen sich solche zusätzlichen
Effekte beispielsweise durch Einbringen von Bohrungen, Kerben,
Nuten und dergleichen erzielen. Bei derartigen Verfahren kön
nen die Gegenstände im fixierten Zustand auch erwärmt oder
abgekühlt werden, entweder vor, gleichzeitig oder nach dem
zusätzlichen Bearbeiten. In besonderen Fällen ist es auch mög
lich, die zusätzliche Bearbeitung der Gegenstände oder Berei
che derselben in den Ur- und Reckvorgang mit einzubeziehen, so
daß die Herstellung innerhalb eines Werkzeuges, das dann meh
rere Funktionen erfüllen muß, erfolgen kann. Bei Gegenständen
mit Formgedächtnis, die zum Beispiel nach dem Mehrkomponenten
spritzgußverfahren oder einer Co- bzw. Mehrfachextrusion her
gestellt sind, können in den nachträglichen Bearbeitungsphasen
entweder nur eine oder auch mehrere Komponenten behandelt wer
den, so daß sich auch hier zusätzliche Variationsmöglichkeiten
ergeben.
Als Beispiel sei ein in Coextrusion hergestellter Gegenstand
aus den Materialien Polyethylen mit einem Kristallitschmelz
punkt von 130°C-135°C und Polypropylen mit einem Kristal
litschmelzpunkt von 163°C-165°C genannt. So bieten sich hier
bei Polyethylen Umformtemperaturen im Bereich von 50°C-100°C
und bei Polypropylen von 100°C-130°C an.
Bei Mehrkomponenten-Spritzgußteilen ist auch partielles Erwär
men, Tempern etc. möglich.
Schließlich können multifunktionale, wärmeaktivierbare Gestalt
änderungen durch mehrmalige Anwendung von gleichen oder auch
verschiedenen Bearbeitungsschritten erhalten werden.
Die Erfindung wird nun anhand von drei Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen wärmeaktivierbaren, jedoch noch nicht
bearbeiteten Gegenstand.
Fig. 2 zeigt einen bereits nachträglich bearbeiteten Gegen
stand.
Fig. 3 zeigt den Gegenstand nach Fig. 2 nach erfolgter Er
wärmung.
Fig. 4 zeigt einen zweiten bearbeiteten Gegenstand.
Fig. 5 zeigt den Gegenstand nach Fig. 4 nach der Erwärmung.
Fig. 6 zeigt einen spritzgegossenen Schulterstab vor der Bear
beitung.
Fig. 7 zeigt den Schulterstab nach Fig. 6 nach dem Bearbei
ten.
Fig. 8 zeigt den Schulterstab in einem ersten Einsatzfall.
Fig. 9 zeigt den Schulterstab in einem zweiten Einsatzfall.
Fig. 1 zeigt eine aus thermoplatischem Kunststoff im Spritz
guß-Verfahren oder durch Extrusion hergestellte Platte 1. Sie
wurde einem Reckvorgang unterzogen und dabei uniaxial gereckt,
so daß zunächst das dadurch eingeprägte Formgedächtnis eine
Formveränderung beim Erwärmen nur in einer Richtung ergibt.
Nun kann die Platte 1 in einem ersten Bearbeitungsvorgang zum
Beispiel in Streifen 2 mit verschiedenen Breiten a, b und c
zerschnitten werden, so daß nun mehrere wärmeaktiverbare Strei
fen 2 vorliegen, denen ein einziger Herstellungsvorgang zu
grunde liegt. Damit ist gegenüber der bisherigen Einzelferti
gung ein wesentlicher wirtschaftlicher Vorteil gegeben.
Diese an sich schon wärmeaktivierbaren und nach dem Verfahren
gemäß der Erfindung hergestellten Gegenstände in Form von
Streifen 2 können nun in einem weiteren Bearbeitungsschritt
weiter modifiziert werden und zwar so, daß sich eine weitere
Formänderung anschließen läßt, die durch das ursprüngliche
Formgedächtnis nicht erreicht werden könnte. So wird nun ein
solcher Streifen 2, zum Beispiel hier mit einer Breite a, in
der Mitte quer zur Längsausdehnung mit einer Kerbe 3 versehen,
so daß sich zu beiden Seiten der Kerbe 3 Schenkel 2 a und 2 b
ergeben, die für sich noch das Formgedächtnis voll besitzen.
Da jedoch die Molekülorientierung und Molekülstruktur durch
die Kerbe 3 auf einer Oberflächenseite unterbrochen wurde, ist
die Schrumpfwirkung nur mehr auf der unbearbeiteten Seite voll
ausgeprägt und dies führt nun zu einer Abknickung bei nachfol
gender Erwärmung. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise ei
ne Klammer 4 herstellen, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 zeigt einen Streifen 2,
wie er aus der Platte nach Fig. 1 gewonnen werden kann. In
diesem Fall wurden jedoch zwei Kerben 3 im Abstand 2 d vonein
ander eingebracht. Dies hat zur Folge, daß die beiden außen
liegenden Schenkelteile 2 c und 2 e beim Erwärmen wiederum ab
knicken und eine Klammer 5 bilden, während der Mittelschen
kel 2 d in seiner Länge schrumpft. Die Klammeröffnung wird
dadurch verengt und übt auf den umfaßten Gegenstand eine Klam
merwirkung aus.
In Fig. 6 ist als weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Er
findung ein spritzgegossener und preßgereckter Schulterstab 6
dargestellt. Dieser Schulterstab 6 ist verschieden stark, wo
bei zwischen den dickeren Randbereichen 7, die zum Befesti
gen vorgesehen sind, ein schwächerer Mittelbereich 8 ausge
bildet ist. Dieser Schulterstab 6 ist nun mechanisch bearbeitet
und erhält in den Randbereichen 7 je eine Bohrung, in welche
später Bolzen eingefügt werden. Bei anschließender Wärmeein
wirkung verändert sich der Durchmesser der Bohrungen so, daß
die eingesetzten Bolzen dabei eingeklemmt werden. Ähnlich ver
hält es sich mit dem Langloch 10 im Mittelbereich 8. Außerdem
sind in den beiden Übergangsbereichen zwischen dem Mittelbe
reich 8 und den Randbereichen 7 durch mechanische Bearbeitung
zwei Kerben 11 quer zur Längsausdehnung eingebracht. Diese
Kerben 11 bewirken nun wie bei den ersten Ausführungsbeispielen
eine Abknickung oder zumindest eine Abbiegung.
Das endgültige Resultat dieses Schulterstabes 6 ist aus Fig. 8
zu ersehen, wo es zwischen zwei Sattelstücken 12 eingespannt und
mit den Bolzen 13 befestigt ist. Im Langloch 10 ist ein weiterer
Bolzen 14 eingesetzt, der beispielsweise zur Aufhängung dient.
Die Fig. 9 zeigt eine weitere Modifikation in der Anwendung des
Schulterstabes 6. Hier ist er zwischen zwei Platten 14 und 15
eingesetzt, wobei die Platte 14 eine Aussparung 16 für den Schul
terstab 6 aufweist. Weiterhin ist in dieser Platte 14 zusätzlich
im Bereich des Bolzens 13 eine Aussparung 17 vorgesehen. Wenn
nun der Schulterstab 6 einer Erwärmung ausgesetzt wird, verdickt
er sich infolge seines eingeprägten Formgedächtnisses, so daß
der Randbereich 7 aus der Aussparung 17 infolge der Zunahme
seiner Wandstärke hervortritt und eine sichere Passung ergibt.
Dies ist nur eine geringe Auswahl von Ausführungsbeispielen und
soll andeuten, welche Vielfalt von Verformungsmöglichkeiten bei
wärmeaktivierbaren Gegenständen zustande gebracht werden kön
nen, wenn das Verfahren gemäß der Erfindung bezüglich einer ge
zielten Nachbearbeitung von gereckten Gegenständen angewendet
wird.
Claims (20)
1. Verfahren zur Herstellung von wärmeaktivierbaren Gegenstän
den aus thermoplastischem Kunststoff, denen durch Einbringung
von Molekülorientierungen und Molekülstrukturen ein Formgedächt
nis eingeprägt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegenstände nach der Einprägung des Formgedächtnisses
zumindest in Teilbereichen eine weitere Formveränderung erfah
ren, durch die das Formgedächtnis beeinflußbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Formveränderung der Gegenstände durch eine mechanische
Bearbeitung, insbesondere durch Fräsen, Drehen, Bohren, Schlei
fen oder dergleichen, erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Formveränderung der Gegenstände durch eine chemische
Bearbeitung, insbesondere durch Ätzen, Ablösen oder derglei
chen erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Formveränderung insbesondere in den Randschichten der
Gegenstände vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Formveränderung der Gegenstände durch Einbringen von
Bohrungen, Kerben, Nuten und dergleichen erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch Abtrennungen von den wärmeaktivierbaren Gegenständen
mehrere wärmeaktivierbare Gegenstände geschaffen werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wärmeaktivierbaren Gegenstände vor der Formveränderung
im fixierten Zustand gezielt erwärmt oder gekühlt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wärmeaktivierbaren Gegenstände während der Formverände
rung im fixierten Zustand gezielt erwärmt oder gekühlt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wärmeaktivierbaren Gegenstände nach der Formveränderung
im fixierten Zustand gezielt erwärmt oder gekühlt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verfahrensschritt der Formveränderung im Verfahrens
schritt zur Einprägung des Formgedächtnisses integriert wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei wärmeaktivierbaren Gegenständen aus mehreren Kompo
nenten, insbesondere bei in Mehrkomponentenspritzguß oder in
Coextrusion hergestellten und mit Formgedächtnis versehenen
Gegenständen, alle Komponenten eine weitere Formveränderung
erfahren.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei wärmeaktivierbaren Gegenständen aus mehreren Komponenten,
insbesondere bei in Mehrkomponentenspritzgruß oder in Coextrusion
hergestellten und mit Formgedächtnis versehenen Gegenständen,
nur einzelne Komponenten eine weitere Formveränderung erfahren.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Formveränderungen mehrfach, insbesondere in Kombina
tion von verschiedenen Bearbeitungsverfahren, durchgeführt
werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Einprägen des Formgedächtnisses durch ein an sich
bekanntes Recken der Gegenstände bei einer dem Material ent
sprechenden Recktemperatur erfolgt, beispielsweise 50°C-150°C
für Polyoximethylen oder 50°C-120°C für Polyethylen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Einprägen des Formgedächtnisses durch ein an sich be
kanntes Preßrecken erfolgt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wärmeaktivierbaren Gegenstände aus beliebigen thermo
plastischen Kunststoffen, insbesondere aus Polyethylen, Poly
propylen, Polyamid oder ähnlichem gefertigt werden.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß von einer mit Formgedächtnis versehenen thermoplastischen
Platte (1) einzelne Streifen (2) abgetrennt werden und daß die
Streifen (2) jeweils mit mindestens einer quer zur Längsrich
tung verlaufenden Kerbung (3) versehen werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein langgestreckter, mit Formgedächtnis versehener Gegen
stand (6) mit verschiedenen Löchern (9, 10) und quer zur Längs
richtung verlaufenden Kerbungen (11) versehen wird.
19. Wärmeaktivierbarer, nach dem Verfahren des Anspruchs 17
hergestellter Gegenstand,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein aus gerecktem thermoplastischem Material bestehender,
vorzugsweise von einer Platte (1) abgetrennter Streifen (2),
mindestens eine quer zur Längsausdehnung verlaufende Kerbung
(3) aufweist und dessen Formgedächtnis so ausgebildet ist, daß
sich bei Erwärmung eine U-förmige Klammer bildet.
20. Wärmeaktivierbarer, nach Anspruch 18 hergestellter Gegen
stand,
dadurch gekennzeichnet,
daß er als langgestreckter Gegenstand (6) mit eingeprägtem
Formgedächtnis ausgebildet ist, daß Löcher (9, 10) und Kerbun
gen (11) angeordnet sind, wobei das Formgedächtnis so ausge
bildet ist, daß bei Erwärmung eine Verdickung des Querschnittes
eine Verengung der Löcher (9, 10) sowie eine Abbiegung zu einer
U-Form erfolgt.
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