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Spritzgussverfahren
Das Prinzip der Verstärkung von Kunststoff-Formkörpern durch Einlagerung von Geweben, Fasern u. dgl. oder deren Versteifung durch Rippen- und Wabensysteme ist bekannt. Es war bisher jedoch nicht möglich, derartige Formstücke, insbesondere solche von grosser Oberfläche, im Spritzgussverfahren herzustellen. Bei den heute für thermoplastische Kunststoffe üblichen Spritzgussverfahren wird der geschmolzene Kunststoff mit sehr hohen Geschwindigkeiten, d. h. mit sehr hohen Drücken in eine kalte oder mässig warme Form eingespritzt, um zu vermeiden, dass während des Füllvorganges der Form eine Verfestigung des Kunststoffes durch eine vorzeitige Abkühlung eintritt.
Infolge dieser hohen Einspritzgeschwindigkeiten ist es nicht möglich, den Kunststoff selbst mit ausreichenden Fasermengen zu füllen oder Gewebe u. dgl. vor dem Füllvorgang in die Form einzulegen.
Man hat bereits vorgeschlagen, in die Form lockere Gewebe oder Faserfilze usw. einzulegen und den flüssigen Kunststoff entweder mit Hilfe des Schliessdruckes der Form durch diese Faserfilze hindurchzupressen oder aber mit Hilfe eines in der Mitte der Form angeschlossenen Vakuums vom Formrand her einzusaugen, bzw. in umgekehrter Richtung von der Mitte der Form gegen den Rand der Form einzuspritzen.
Auch diese Verfahren gestatten jedoch nur die Anwendung relativ geringer Fasermengen im Verhältnis zur Kunststoffmenge und die Fasern sind ähnlich wie beim direkten Einspritzen eines Kunststoff-Faser-Ge- misches gleichmässig über den gesamten Querschnitt des Formstückes verteilt. Um jedoch mit einer möglichst geringen Fasermenge eine möglichst grosse mechanische Festigkeit des Formstückes zu erreichen, muss man die Faserversteifung vor allem in die Oberfläche des Pressstückes verlegen.
Nach den bisher bekannten Spritzgussverfahren ist es endlich auch nicht möglich, mit hohen Wabenoder Rippensystemen versteifte, d. h. selbsttragend gemachte Kunststoffflächen herzustellen, denn an den Stellen der Rippen treten Schweisslinie und Bruchstellen auf. Ausserdem zeichnet sich das Verstärkungs- system auf der glatten Oberfläche des Formstückes durch Verformungen ab.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von durch äussere, wabenförmige Rippen oder durch Gewebe- und Fasereinlagen oder durch beide versteiften Formstücken aus Kunstharzen, wobei der zähflüssige Kunststoff in an sich bekannter Weise von einem auf der Berührungslinie der beiden Formhälften befindlichen Punkt eingespritzt wird.
Die Erfindung besteht darin, dass der Kunststoff in die gegebenenfalls mit Gewebebahnen, Faserfilzen usw. ausgelegte Form langsam und bei praktisch konstan- ter Temperatur eingespritzt wird, wobei die Gewebe, Faserfilze usw. vom Kunststoff gegen die Formwandung gedrückt werden ; nach völliger Füllung der Form wird in dem flüssigen Kunststoff durch Nachdrücken von Kunststoff eine Druckerhöhung hervorgerufen, so dass der Kunststoff in die Gewebe- und Faserfilze eindringt, und schliesslich wird der Kunststoff durch Temperaturänderung verfestigt.
Dieses Verfahren gestattet insbesondere die Herstellung von Formstücken von einer beliebig grossen
Oberfläche, die an ihrer Oberfläche durch Gewebe oder durch Rippensysteme oder durch beide verstärkt bzw. versteift sind, unter Anwendung niederer Drücke. Dabei wird im einzelnen folgendermassen vorge- gangen :
Der zähflüssige Kunststoff wird von einem Punkt, der sich auf der Berührungslinie der beiden Formhälften befindet, in die gegebenenfalls mit Geweben, Faserfilzen u. dgl. ausgelegte Form bei praktisch konstanter Temperatur so langsam eingespritzt, dass während des Einspritzvorganges keine Verschiebung der Gewebe u. dgl. in der Fliessrichtung des Kunststoffes erfolgt. Es sind so dichte Gewebe oder Faserfilze zu verwenden, dass der Kunststoff während des Füllvorganges nicht oder nur unwesentlich in diese eindringt.
Die Gewebe werden beim Füllvorgang durch den flüssigen Kunststoff an die Formwandung ange-
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drückt. Sobald der freie Raum in der Form mit dem flüssigen Kunststoff gefüllt ist, tritt als Folge des Widerstandes, den der flüssige Kunststoff nunmehr findet, beim Nachdrücken von Kunststoff eine Drucker- höhung ein. Unter der Wirkung dieses höheren Druckes dringt jetzt der flüssige Kunststoff in die Gewebe, Faserfilze u. dgl. ein und erreicht schliesslich die Formwandung. Dabei werden die Gewebe und Fasern untereinander und mit der Kunststoffüllung verklebt und man erhält schliesslich nach dem Verfestigen des Kunststoffes durch Temperaturänderung ein Formstück mit glatter Oberfläche.
Die Faserverstärkungen befinden sich nicht in seinem Inneren, sondern vorzugsweise an seiner Oberfläche, d. h. gerade dort, wo sie für eine Versteifung des Formstückes am wirksamsten sind.
Die Temperaturänderung des Kunststoffes und damit seine Verfestigung wird in den meisten Fällen durch eine Temperaturänderung der Form erreicht. Bei Verwendung von heiss härtbaren Giessharzen, z. B. von ungesättigten Polyesterharzen wird die Form erwärmt, bei Verwendung von thermoplastischen Kunstharzen wird die Form zur Verfestigung des flüssigen Kunststoffs abgekühlt.
Besitzt eine der beiden Formhälften ein Rillensystem, das nach dem Füllen der Form mit Kunststoff ein verstärkendes Rippensystem ergibt, so wird die Verfestigung des Kunststoffes zuerst von der glatten Seite des Formstückes her durch Erwärmen oder Abkühlen der mit dieser in Berührung stehenden Formhälfte eingeleitet. Erst wenn sich auf der glatten Seite eine genügend dicke, feste Kunststoffschicht gebildet hat, so dass keine Verformungen infolge desMaterialschwundes bei der Verfestigung mehr auftreten können, wird auch die Verfestigung des Kunststoffes von der"Rippenseite"des Formstückes her durch Abkühlen bzw. Erwärmen der zweiten Formhälfte eingeleitet. Es ist zweckmässig, während des Verfestigungsvorganges Kunststoff in die Form nachzudrücken.
Bei dieser Arbeitsweise treten an den Formstücken weder Schweisslinien noch Verformungen an den Stellen der Rippen auf, wie man sie erhalten würde, wenn man derartige Formstücke nach den üblichen HocbdrLjkspritzguss-Verfahren herstellt.
Die zur Bildung der Rippen in der Form vorgesehenen Rillen erleichtern die gleichmässige Verteilung des Kunststoffes über die gesamte Fläche des'Formstückes, was sich insbesondere dann als günstig erweist, wenn gleichzeitig auch Gewebeeinlagen zur Verstärkung des Formstückes verwendet werden.
Das vorliegende Verfahren benötigt in den meisten Fällen, um wirtschaftlich arbeiten zu können, eine Form mit möglichst geringer Wärmekapazität, die'einen sehr schnellen Temperaturwechsel an ihren Formschalen zulässt. Die das Heiz- bzw. Kühlmittel führenden Kanäle sollen möglichst gleichmässig und in möglichst grosser Zahl und in geringem und annähernd gleichem Abstand vom Kunststoff über die gesamte Formoberfläche verteilt sein.
Da die Gewebe und Faserfilze eine direkte Berührung des flüssigen Kunststoffes mit der Formwandung während des Füllvorganges verhindern und als Isolierschicht wirken, ist der Wärmeaustausch zwischen Formwandung und Kunststoff während des Füllvorganges der Form durch die Gewebe und Faserfilze hindurch nur sehr gering ; ist der Kunststoff also allseitig durch Gewebe, Faserfilze u. dgl. während des Füllvorganges gegen die Formwandung abisoliert, so wird er seine Temperatur während des Füllvorganges auch dann nur wenig ändern, wenn seine Temperatur von der der Formwandung verschieden ist. In die- sem Fall ist es also häufig nicht notwendig,-die Temperatur der Form während des Pressvorganges zu wechseln, es kann also mit den üblichen für konstante Temperaturen gebauten Formen gearbeitet werden.
Diese Arbeitsweise ist insbesondere bei der Verarbeitung von heiss härtbaren Giessharzen vom Typ der un- gesättigten Polyester vorteilhaft.
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stücken, insbesondere von solchen mit grossen Oberflächen, die durch Gewebeeinlagen u. dgl. und bzw. oder durch Rippen- und Wabensysteme verstärkt bzw. versteift sind, in einem Niederdruckspritzgussverfahren. Derartige Formstücke haben ein besonderes Interesse als Bauelement für Autokarosserien, für Flugzeuge, für den Wohnungsbau, für Möbel usw.
Die Ausführung des Verfahrens wird im folgenden an Hand einiger Beispiele und Skizzen erläutert : Fig. l zeigt im Axialschnitt zwei Formhälften und zwei Schichten eines verformbaren Gewebes, die in einen Rahmen eingespannt sind. Fig. 2 zeigt im Axialschnitt die geschlossene Form und die Gewebe vor dem Einbringen des Kunststoffes. Fig. 3 zeigt im Axialschnitt die geschlossene Form und die Gewebe nach dem Einbringen des Kunststoffes. Fig. 4 zeigt einen Axialschnitt durch das Formstück. Fig. 5 zeigt im Axialschnitt die beiden Formhälften, sowie die in die Form eingelegten Gewebe und Stränge aus Glasfasern. Fig. 6 zeigt im Axialschnitt die Form von Fig. 5 in geschlossenem Zustand. Fig. 7 zeigt im Axialschnitt die Form von Fig. 5 nach dem Einbringen des Kunststoffes.
Fig. 8 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt aus einem Formstück, das. nach der in Fig. 5 - 7 dargestellten Arbeitsweise hergestellt wurde.
Beispiel l : Zwei formbare Glasfasergewebe l und l* (Fig. l) werden auf einem Rahmen 2 und 2' befestigt. Die Form befindet sich auf einer Temperatur von etwa 1300. Mit Hilfe der Rahmen 2 und 2"
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werden die Glasgewebe 1 und l* zwischen die beiden Formhälften 3 und 3'gebracht. Die Form wird sodann geschlossen (Fig. 2), wobei die Gewebebahnen 1 und l* durch die Auflageränder der Form eingespannt werden.
Das flüssige Polyesterharz, das seinen Härter bereits enthält und das etwa Raumtemperatur besitzt, wird nach Entfernung der Rahmen 2 und 2'zwischen die formbaren Gewebebahnen 1, l* durch die Düse 4, 4'so langsam eingeführt, dass sich die Gewebebahnen l und l'in der Fliessrichtung nicht verschieben. Infolge des geringen Druckes und der relativ hohen Viskosität des Kunststoffes dringt dieser nicht in die Gewebebahnen 1 und l'ein, sondern schiebt sich zwischen diesen hindurch, indem er sie gegen die Formwandung drückt. Sobald auf diese Weise eine vollkommene Füllung des Zwischenraumes zwischen den Gewebebahnen erreicht ist, bildet sich in der Form ein Gegendruck aus, so dass der Einspritzdruck zur Wirkung kommt.
Dadurch wird der noch immer flüssige Kunststoff in die Gewebebahnen hineingedrückt, die Fasern werden gegenseitig verklebt und der Kunststoff kommt mit der heissen Formwandung in Berührung. Dadurch wird die Härtung des Formstückes eingeleitet (Fig. 3). Sobald das Formstück eine ausreichende Formstabilität hat, wird ausgeformt und der Härtungsvorgang in einem Wärmeschrank zu Ende geführt. Die aus dem Formstück hervorstehenden Gewebeteile werden schliesslich abgeschnitten. Fig. 4 stellt einen Teil des Pressstückes dar. Die beiden Seiten 7, 7'sind aus glasfaserverstärktem Kunststoff, während die Mitte 6 aus reinem Kunststoff besteht.
Beispiel 2 : Um dasFormstückdurch einRippensystem zu versteifen, muss eine Formhälfte 8 (Fig. 5) ein diesem entsprechendes Rillensystem besitzen. Auf die untere Formhälfte 8'wird eine Glasfasermatte 9 und ein dünnes, formbires Glasfasergewebe 10 gelegt. In die Rillen der oberen Formhälfte 8 sind Gewebestränge 12 eingelegt. Nach dem Schliessen der Form befinden sich beide Formhälften 8 und 8' (Fig. 6) auf einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffes. Hierauf wird geschmolzenes, zähflüssiges Polystyrol langsam in die Form eingeführt, wobei sowohl die Fasermatte 9 und das formbare Fasergewebe 10 wie auch die Gewebestränge 12 gegen die entsprechenden Formhälften 8 und 8'gedrückt werden.
Sobald der gesamte Hohlraum zwischen Formschale und Geweben mit Kunststoff gefüllt ist, dringt dieser durch den sich nunmehr ausbildenden Druck senkrecht zur Fliessrichtung während der Füllung in das Fasermaterial ein und verklebt auf diese Weise die Fasern untereinander (Fig. 7).
Sobald'auf diese Weise die Form vollkommen gefüllt ist, wird ihre untere Hälfte S'zuerst gekühlt, so lange bis die sie berührende Kunststoffoberfläche soweit erhärtet ist, dass Schrumpfstellen auf dieser Seite des Formstückes sich nicht mehr bilden können. Erst dann wird die andere Formhälfte gekühlt, so dass das Formstück ausgeformt werden kann. Während des Erhärtungs- d. h. Abkühlungsvorganges wird flüssiger Kunststoff nachgerückt. Fig. 8 zeigt einen Teil des fertigen Pressstückes, das nur in den Aussenschichten glasfaserverstärkt ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Spritzgussverfahren zur Herstellung von durch äussere, wabenförmig angeordnete Rippen oder durch Gewebe-und Fasereinlagen oder durch beide versteifte Formstücke aus Kunstharzen durch Einspritzen des zähflüssigen Kunststoffes von einem Punkt, der sich auf der Berührungslinie der beiden Formhälften befindet, dadurch gekennzeichnet, dass in die gegebenenfalls mit Gewebebahnen, Faserfilzen usw. ausgelegte Form der zähflüssige Kunststoff langsam und bei praktisch konstanter Temperatur eingespritzt wird, wobei die Gewebe, Faserfilze usw.
vom Kunststoff gegen die Formwandung gedrückt werden und dass nach völliger Füllung der Form in dem flüssigen Kunststoff eine Druckerhöhung hervorgerufen wird, so dass der Kunststoff in die Gewebe und Faserfilze eindringt und dass er schliesslich durch Temperaturänderung verfestigt wird.
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