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Dokumentenidentifikation DE3889900T2 15.09.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0331742
Titel SCHNEID- ODER STANZVERFAHREN VON POLYETHYLEN MIT HOHEM ELASTIZITÄTSMODUL.
Anmelder Sony Corp., Tokio/Tokyo, JP;
Mitsui Petrochemical Industries, Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder URYU, Masaru, Shinagawa-ku Tokyo 141, JP;
NISHI, Yoshio, Shinagawa-ku Tokyo 141, JP;
YAGI, Kazuo, Ootake-shi Hiroshima-ken 739-06, JP
Vertreter Mitscherlich, H., Dipl.-Ing.; Körber, W., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Schmidt-Evers, J., Dipl.-Ing.; Melzer, W., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte; Schulz, R., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.- u. Rechtsanw.; Graf, M., Dr.jur., Rechtsanw., 80331 München
DE-Aktenzeichen 3889900
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, FR, GB, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 22.08.1988
EP-Aktenzeichen 889073722
WO-Anmeldetag 22.08.1988
PCT-Aktenzeichen JP8800835
WO-Veröffentlichungsnummer 8902004
WO-Veröffentlichungsdatum 09.03.1989
EP-Offenlegungsdatum 13.09.1989
EP date of grant 01.06.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.09.1994
IPC-Hauptklasse D06H 7/22

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul durch Schneiden und/oder Stanzen.

Aus dem US-Patent 3 619 444 geht ein Verfahren hervor, bei welchem ein biaxial orientiertes Kunststoffblatt, welches beispielsweise aus Polyethylen sein kann, in einer Form zur Bildung eines geflanschten Behälters vakuumgeformt und der Behälter noch in der Form vom Blatt unter der Verwendung eines heißen Messers getrennt wird, so daß der Umfangsbereich des Flansches spannungsentlastet wird und so einwärts schrumpft, daß sich am Flansch ein verdickter äußerer Abschnitt ausbildet, beispielsweise ein Wulst.

Bei Membranen eines Lautsprechers verwendetes akustisches Material muß zur Vergrößerung des Wiedergabefrequenzbereichs eine niedrige Dichte, einen hohen Elastizitätsmodul und große innere Verluste aufweisen. In dieser Hinsicht gehen nun Entwicklungen in Richtung einer industriellen Anwendung der sogenannten zusammengesetzten Membran, wobei eine Vielzahl Fasern, beispielsweise Kohlenstoff-, Aramid- oder Glasfasern als die Verstärkungsmaterialien verwendet werden.

Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, das durch ein oberflächenkristallwachstumsverfahren, ein Gelspinn-Ultraziehverfahren oder ein Schmelzziehorientierungsverfahren bereitet wird, kann als akustisches Material insofern geeignet sein, als es eine niedrige Dichte und eine höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit longitudinaler Wellen aufweist. Beispielsweise ist in der japanischen Patentveröffentlichung KOKAI Nr. 18 29 94/1983 vorgeschlagen, Polyethylenfasern mit einer Ausbreitungsgeschwindigkeit der longitudinalen Wellen von nicht weniger als 4000 m/s als akustisches Material zu verwenden.

Material mit einem hohen Elastizitätsmodul, wie beispielsweise Karbon- oder Aramidfasern, und die ergänzenden Materialien können jedoch wegen des größeren Elastizitätsmoduls nur unter Schwierigkeiten bearbeitet werden, und es ist ein beträchtlicher Arbeits- oder Bearbeitungsaufwand unter Verwendung einer Spezialmaschine zum Schneiden des Materials erforderlich. Dies gilt sowohl für Polyethylenfasern mit einem hohen Elastizitätsmodul als auch Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul, die wegen des hohen Elastizitätsmoduls einer sekundären Bearbeitung, beispielsweise einem Schneiden oder Stanzen, nur unter beträchtlichen Schwierigkeiten unterworfen werden können.

Beispielsweise ist es fast unmöglich, das Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul mit einer gewöhnlichen Schere zu schneiden, und obgleich es etwa mit einer Keramikschere geschnitten werden kann, ist es schwierig, eine hohe Abmessungsgenauigkeit sicherzustellen und es bilden sich längs der Schneidkanten notwendigerweise Grate aus.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Bearbeitung von Polyethylen oder eines daraus zusammengesetzten Materials durch Schneiden und/oder Stanzen bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Polyethylen oder das daraus zusammengesetzte Material gezogenes Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul oder ein daraus zusammengesetztes Material ist, und daß das Verfahren das Erwärmen des gezogenen Polyethylens mit hohem Elastizitätsmodul oder des daraus zusammengesetzten Materials auf eine Temperatur, die wenigstens so hoch wie der Schmelzpunkt kristalliner Fasern des gezogenen Polyethylens mit hohem Elastizitätsmodul ist, um zumindest einen Teil des zu bearbeitenden gezogenen Polyethylens mit hohem Elastizitätsmodul in Polyethylen mit niedrigem Elastizitätsmodul umzuwandeln, und Bearbeiten durch Schneiden und/oder Stanzen des Teils umfaßt, der erwärmt worden ist.

Durch das Verfahren nach der Erfindung kann Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul leicht mit hoher Abmessungsgenauigkeit und ohne Ausbildung von Graten geschnitten und/oder gestanzt werden.

Folglich können die thermischen Eigenschaften von Polyethylenfasern mit hohem Elastizitätsmodul zur lokalen Herabsetzung des Elastizitätsmoduls benutzt werden, um eine normale Bearbeitung zu ermöglichen.

Durch das Verfahren nach der Erfindung zu schneidendes Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul kann durch Ultraziehen, beispielsweise durch Warm- oder Zonenziehen, Festpreß- oder Gelspinnen vorbereitet werden. Wenn es einem Ultraziehen unterworfen wird, wird das Polyethylen von einem Zustand einer in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung gezeigten Mischung aus lamellaren Kristallen und amorphen Kristallen in aus vollständigen Ketten bestehenden Faserförmigen Kristallen, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, umgewandelt, wodurch ein extrem hoher Modul und eine extrem hohe mechanische Festigkeit gegeben sind.

Ein derartiges Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul kann in Form von Blättern oder Tafeln oder in Form eines Gewebes ausgebildet sein, das aus einer großen Zahl Polyethylenfasern besteht.

Die Erfindung ist auch auf ein zusammengesetztes oder ergänzendes Material aus Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul anwendbar. Ein derartiges Material kann beispielsweise in Form eines zusammengesetzten Epoxidharzmaterials unter Verwendung der oben beschriebenen Polyethylenfasern mit hohem Elastizitätsmodul oder des daraus hergestellten Gewebes als Verstärkungsmaterial ausgebildet sein. Bei der Bearbeitung derartiger Polyethylenfasern mit hohem Elastizitätsmodul oder dem daraus zusammengesetzten Material wird der zu erwärmende Teil auf eine Temperatur erwärmt, die höher als der Schmelzpunkt der kristallinen Fasern ist, und das Bearbeiten, beispielsweise Schneiden und/oder Stanzen, wird längs des erwärmten Teils ausgeführt.

Die Erwärmungstemperatur des zu bearbeiteten Teils braucht nur höher als der Schmelzpunkt der das genannte Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul bildenden kristallinen Fasern bzw. Fibrillen sein und kann folglich so eingestellt werden, daß er nicht niedriger als 152ºC ist. Da der Schmelzpunkt der kristallinen Fasern unbeachtet der Größe des Elastizitätsmoduls des Polyethylens mit hohem Elastizitätsmodul konstant ist, stellt diese Temperatur von 152ºC die untere Grenztemperatur dar. Am günstigsten ist eine Temperatur, die nicht niedriger als 200ºC ist, da dann eine nur kurze Erwärmungszeit genügt und das Schneiden auch mit einem Teil ausgeführt werden kann, das die Erwärmung bewirkt. Obgleich es keine obere Grenztemperatur gibt, ist es aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht ratsam, eine übermäßig hohe Temperatur zu verwenden.

Folglich wird das Material zur Bearbeitung auf eine Temperatur erwärmt, die nicht niedriger als der Schmelzpunkt der kristallinen Fasern ist, und danach wird der erwärmte Teil bearbeitet. Es können jedoch die Erwärmung und Bearbeitung, wenn erwünscht, gleichzeitig ausgeführt werden. In diesem Fall reicht es aus, ein Schneidwerkzeug oder Dreh- bzw. Bohrmesser mittels geeigneter Einrichtungen zu Erwärmen.

Der Elastizitätsmodul des Polyethylens mit hohem Elastizitätsmodul kann generell durch Ultraziehen von Polyethylen und unidirektionaler Ausrichtung kristalliner Fasern bzw. Fibrillen, so wie in der Fig. 2 gezeigt, erhalten werden.

Bei Messung mit einem differentiellen Abtastkalorimeter (Differential Scanning Calorimeter, DSC), liegt der Schmelzpunkt der kristallinen Fasern in der Nähe von 152ºC. Wenn deshalb eine Temperatur von nicht weniger als 152ºC auf das Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul angewendet wird, werden die kristallinen Fasern geschmolzen und aus der Richtung gebracht, so daß der Elastizitätsmodul abgesenkt und das Material in gewöhnliches Polyethylen (eine Mischung als lamellaren Kristallen und amorphen Kristallen) zurückgebracht wird, so wie es in der Fig. 1 gezeigt ist. Dieser Zustand wird auch dann nicht geändert, wenn das erwärmte Polyethylen auf Raumtemperatur abkühlt.

Die thermischen Eigenschaften des Polyethylens werden derart ausgenutzt, daß der zu bearbeitende Teil auf eine Temperatur, die höher als der Schmelzpunkt (152ºC) der kristallinen Fasern ist, erwärmt und dadurch in Polyethylen mit niedrigem Elastizitätsmodul umgewandelt wird, das leichter bearbeitet werden kann, und der Teil wird einer sekundären Bearbeitung, beispielsweise einem Schneiden und/oder Stanzen unterworfen.

Die Abmessungsgenauigkeit kann zum Zeitpunkt des Schneidens verbessert werden, und es ist möglich geworden, die Erzeugung von Graten oder Rissen zu verhindern.

Die Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung beispielhaft schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, welche den kristallinen Zustand von Polyethylen vor einer Ultraziehung zeigt,

Fig. 2 eine schematische Darstellung, welche den kristallinen Zustand von Polyethylen nach dem Ultraziehen zeigt,

Fig. 3 eine schematische, perspektivische Darstellung, welche einen Erwärmungsprozeß durch einen elektrischen Heizdraht für eine Rebe aus Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul zeigt, und

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung, welche einen Schneidprozeß für das aus Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul zusammengesetzte Material durch Schneiden zeigt.

Die Erfindung wird auf der Basis von Testergebnissen erklärt.

BEISPIEL 1

Es bestand das Erfordernis, Polyethylenfasern mit hohem Elastizitätsmodul zu schneiden.

Ein Gewebe 1 wurde aus Polyethylenfasern mit hohem Elastizitätsmodul (Elastizitätsmodul von 90 GPa) präpariert und ein auf mehr als 152ºC erwärmter elektrischer Heizdraht 3 wurde auf einen zu schneidenden Teil des Gewebes 1 angewendet, um ihn zu erwärmen. Der Teil wurde, nachdem er sich abgekühlt hatte, unter Verwendung einer Schere geschnitten.

Der Schneidvorgang wurde erleichtert und der geschnittene Teil war geschweißt und zeigte keine Grate, wobei auch günstige Ergebnisse bezüglich der Bearbeitungsgenauigkeit erhalten wurden.

Wenn der elektrische Draht 3 auf wenigstens 200ºC erwärmt wurde, war es möglich, das Gewebe 1 nur unter Verwendung des Drahtes 3 zu schneiden.

Wenn umgekehrt der Versuch gemacht wurde, den Teil 2 ohne vorhergehende Maßnahmen zu schneiden, war ein Schneiden nicht möglich. Es wurde auch der Versuch gemacht, den Teil 2 ohne vorhergehende Maßnahmen mit einer Keramikschere zu schneiden. Der Teil 2 konnte zwar geschnitten werden, jedoch war die Abmessungsgenauigkeit sehr niedrig und es bildeten sich längs der Schneidkante Grate aus.

BEISPIEL 2

Es wurde der Versuch gemacht, ein zusammengesetztes Material, welches Polyethylenfasern mit hohem Elastizitätsmodul als Verstärkungsmaterial enthielt, zu schneiden.

Zuerst wurde ein Epoxidharz-Komposit- oder -Ergänzungsmaterial vorbereitet, das 500 um dick war und ein Gewebe aus Polyethylenfasern mit hohem Elastizitätsmodul als Verstärkungsmaterial enthielt.

Der zu schneidende Teil dieses zusammengesetzten Materials wurde, wie im Beispiel 1, durch einen elektrischen Heizdraht auf nicht weniger als 152ºC erwärmt und dann geschnitten.

Die Schneidergebnisse waren günstig und es gab keine Ausbildung von Graten oder Rissen.

Wenn umgekehrt der zu schneidende Teil des aus dem genannten Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul zusammengesetzten Materials ohne vorhergehende Maßnahmen geschnitten wurde, bildeten sich zahlreiche Risse und Grate aus.

BEISPIEL 3

Es wurde der Versuch gemacht, das ähnlich wie im Beispiel nach Fig. 2 zusammengesetzte Material gleichzeitig zu erwärmen und zu schneiden.

Nach Fig. 4 war neben einem Befestigungsabschnitt von Schneidmessern 7 und 8 einer Schneideinrichtung 6 eine Heizeinrichtung 9 befestigt, und die Schneidmesser 7 und 8 wurden auf etwa 200ºC erwärmt, um die zu schneidenden Teile 10 und 11 des zusammengesetzten Materials 5 zu schneiden. Das Material wurde dann zu einer Lautsprechermembran verarbeitet. Es konnten ebenso günstige Ergebnisse wie in Fig. 2 ohne Ausbildung vom Graten oder Rissen erhalten werden.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Bearbeitung von Polyethylen oder eines daraus zusammengesetzten Materials durch Schneiden und/oder Stanzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyethylen oder das daraus zusammengesetzte Material gezogenes Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul oder ein daraus zusammengesetztes Material ist, und daß das Verfahren das Erwärmen des gezogenen Polyethylens mit hohem Elastizitätsmodul oder des daraus zusammengesetzten Materials auf eine Temperatur, die wenigstens so hoch wie der Schmelzpunkt kristalliner Fasern des gezogenen Polyethylens mit hohem Elastizitätsmodul ist, um zumindest einen Teil des zu bearbeitenden gezogenen Polyethylens mit hohem Elastizitätsmodul in Polyethylen mit niedrigem Elastizitätsmodul umzuwandeln, und Bearbeiten durch Schneiden und/oder Stanzen des Teils umfaßt, der erwärmt worden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die kristallinen Fasern des gezogenen Polyethylens mit hohem Elastizitätsmodul vor dem Schritt des Erwärmens unidirektional erwärmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gezogene Polyethylen mit hohem Elastizitätsmodul vor dem Schritt des Erwärmens durch Warm-, Zonen-, Festpreßund/oder Gelspinnen überzogen worden ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Erwärmungstemperatur nicht niedriger als 152ºC ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Erwärmung und die Bearbeitung durch Schneiden und/oder Stanzen gleichzeitig ausgeführt werden.







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