Verfahren zum Verformen hochviskoser, natürlicher und künstlicher Harze und
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verformen hochviskoser, natürlicher und künstlicher Harze und im besonderen zum Verformen von Polyvinylchloridharz ohne Weichmacher.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei bisher bekannten Verformungsverfahren der hier in Betracht kommenden, allgemeinen Art war es üblich, das Harz in einem Vorweichmacherraum zu erwärmen und mittels irgendeiner geeigneten Vorrichtung zu rühren, z. B. mit einer Schnecke oder mit zwei zusammenarbeitenden Walzen, welche das weichgemachte Material in einen Einspritzraum bewegen, und zwar oft durch Brecherplatten, welche Partikel des Harzes zerbrechen und die Viskosität des letzteren weiter senken sollen und dann das Harz mit Hilfe eines Kolbens durch eine Düse in die Eingussöffnung einer Form zu treiben. Während dieses Verfahren im allgemeinen für Harze mit einem weiten Bearbeitungstemperaturbereich befriedigend arbeitet, ist es völlig unbrauchbar für Harze mit nur einem engen Bereich zwischen einer benötigten Arbeitstemperatur und der Temperatur, bei welcher das Harz nicht mehr verformbar ist.
So wurde nicht oder fast nicht weichgemachtes Polyvinylchloridharz bisher als nicht verformbar durch Verfahren des Einspritztyps angesehen.
Im besonderen wurde festgestellt, dass eine beträchtliche Temperaturerhöhung auftreten kann, wenn das Harz am Auslassende des Weichmacherraumes durch eine Einschnürung, wie z. B. eine Brecherplatte, gepresst wird, wobei diese Temperaturerhöhung nicht genügend kontrollierbar ist und eine sichere Arbeitstemperatur übersteigen kann. Weiter kann dieselbe Situation an der Ausgangsdüse einer üblichen Formmaschine eintreten, wo das Harz weiter erwärmt wird, wenn es mit erhöhter Geschwindigkeit durch einen konischen Düsendurchgang getrieben wird.
Diese Lage wird wesentlich verschärft, wenn das Material bei allen Temperaturen eine sehr hohe Viskosität hat, wie es zum Beispiel bei starrem Polyvinylchlorid der Fall ist, und wenn die Fliessgeschwindigkeit genügend reduziert wird, um diese übermässige Erwärmung zu vermeiden, dann kühlt sich das Harz in der Form zu früh ab und bildet keinen sauber geformten Teil.
Es wurde auch besonders im Falle der Ausgangsdüse, aber auch im Falle des Auslasses der Vorweichmachereinheit festgestellt, dass sich Harz zwischen verschiedenen Arbeitszyklen in diesen Durchlässen ansammeln kann. Wenn sich die Arbeitszyklen wiederholen, bilden sich mehrere Schichten des Materials übereinander auf den Wänden der eingeschnürten Durchlässe, so dass diese immer enger werden, und dass die Maschine schliesslich verstopft wird und zur Reinigung auseinandergenommen werden muss, oder dass ein Teilchen des abgelagerten Harzes losbricht, im bearbeiteten Material mitgeschleppt wird und ein unansehnliches und im allgemeinen defektes Formstück ergibt.
Da ferner der Reibungskoeffizient zwischen Harz und Harz grösser ist als derjenige zwischen Harz und sauberem Metall, besonders da das abgelagerte Harz oft eine rauhe Oberfläche aufweisen wird, verursacht die Gegenwart von Harz an den Wänden in der Maschine lokale Uberhitzungszonen.
Deshalb wird es wünschbar, ein Verformungsverfahren zu schaffen, bei welchem sich die ganze Menge des Harzes glatt und gleichmässig von der Vorweichmacherzone in den Formhohlraum bewegt, und welches besondere Arbeitsschritte enthält, um das Auftreten der oben beschriebenen möglichen Nachteile zu verhindern, wobei die gesamte Harzmenge nach dem Verfestigen im Formhohlraum als ein Stück aus der Maschine entfernt werden kann.
Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung wird das Harz in eine Vorwärmekammer eingeführt, in der es erwärmt und mittels einer Schnecke umgerührt wird, in solcher Weise, dass dasselbe auf eine konstante Viskosität gebracht wird, worauf eine Charge des Harzes in einen Einspritzzylinder befördert wird, unter Beibehaltung der Viskosität und/ oder der Temperatur, worauf die ganze Charge durch das Arbeiten eines Einspritzkolbens unter hohem Druck, bei unveränderter Viskosität des Harzes in eine Form eingespritzt wird und dann die Charge verfestigt, die Form geöffnet und die ganze Charge als zusammenhängende Einheit in verfestigter Form aus der Form entfernt wird.
In der beiliegenden Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht, zum Teil im Axialschnitt, einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
Fig. 2 eine Seitenansicht mit Teilen im Axialschnitt einer andern Ausführungsform einer solchen Vorrichtung,
Fig. 3 eine Modifikation eines Teils von Fig. 1,
Fig. 4 eine andere teilweise Modifikation von Fig. 1 und
Fig. 5 eine weitere teilweise Modifikation von Fig. 1.
Fig. 6, 7 und 8 zeigen Varianten eines Durchganges von einem Zylinderraum zu einem Formhohlraum der Vorrichtung,
Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 3 und
Fig. 10 eine Modifikation von Fig. 9.
Diese Vorrichtungen sind anwendbar zum Verformen nicht weichgemachten Polyvinylchlorids, welches im Gewerbe oft als hartes PVC oder starres PVC bezeichnet wird, z. B. auf Materialien wie Econ 402A und 401 (eingetragene Marke), welches durch die Firestone Tire and Rubber Company in Akron, Ohio, hergestellt und verkauft wird, oder wie Geon Nr. 8700 (eingetragene Marke), welches durch die Goodrich Chemical Company in Akron, Ohio, hergestellt wird, aber auch eines andern Harzes mit einer hohen minimalen Viskosität und einem engen B earbeitungstemperaturbereich, wie z. B. andere polymerisierbare Vinylhalide. Obwohl ferner im folgenden zu Darstellungszwecken thermoplastische Harze erwähnt sind, wird man erkennen, dass das Verfahren auch auf einige warm härtbare Plasticharze anwendbar ist.
Dementsprechend enthält einer der letzten Schnitte des Verfahrens, nämlich das Verfestigen des Harzes in der Form, normalerweise entweder das Abkühlen der Form im Falle von thermoplastischen Harzen oder das Erwärmen der Form im Falle von warmhärtbaren Harzen.
Das Harz kann zum Beispiel enthalten: 'a) Reines, nicht weichgemachtes Polyvinylchloridharz, b) einen Stabilisator wie Bleioxyd, Zinn oder Cadmium, c) ein Schmiermittel wie Karnaubawachs und d) ein Farbpigment, wenn ein solches erwünscht ist.
Nach einer Alternative kann das Harz jeden der obigen Bestandteile und zudem ein anderes Harz wie Puradien oder Styren enthalten, welches hinzugefügt werden kann, um gewisse physikalische Eigenschaften, wie die Schlagzähigkeit, zu verbessern, welches aber die Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien oder Hitze herabsetzen kann.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist eine Vorwärmeinheit 11, eine Einspritzeinheit 12 mit einem Einspritzzylinder 13 und eine Form 14 auf.
Die Vorwärmeinheit 11 weist ein Vorwärmergehäuse 15 auf, welches eine zylindrische, langgestreckte Vorwärmekammer 16 enthält, in welcher eine Schnecke 17 mit schraubenlinienförmigen Rippen 18 mit wenig Spiel, aber doch drehbar angeordnet ist.
Diese Schnecke 17 ist mit einer koaxialen Welle 19 versehen, welche an einem Ende der Schnecke befestigt ist und sich von demselben durch eine Öffnung im einen Ende des Vorwärmergehäuses 15 erstreckt. Ausserhalb des Gehäuses 15 trägt die Welle 19 ein angetriebenes Zahnrad 21. Dieses Zahnrad 21 kann mit einem treibenden Zahnrad 22 auf der Welle einer Kraftmaschine, wie z. B. eines Motors 23, in Eingriff treten, wodurch die Schnecke 17 wie erforderlich oder erwünscht gedreht wird. Wie in Fig. 1 dargestellt, kann die Schnecke 17, wenn es erwünscht ist, in der Vorwärmekammer 16 in axialer Richtung gleitbar angeordnet sein und vom Kolben 24 eines Betätigungszylinders 25 hin und her bewegt werden. Der Zweck einer solchen axialen Hin- und Herbewegung der Schnecke 17 ist aus dem Folgenden ersichtlich.
Ein Einfülltrichter 26, welcher mit der Vorwärmekammer in Verbindung steht, ist in bekannter Art auf dem Vorwärmergehäuse 15 montiert. Heizelemente 27 sind um das Vorwärmergehäuse 15 herum ebenfalls in bekannter Weise angeordnet.
Die Schnecke 17, welche hier mit einem im wesentlichen konstanten Durchmesser dargestellt ist und mit der geraden Bohrung der Vorwärmekammer 16 zusammenarbeitet, kann auf viele verschiedene Arten modifiziert werden, wie z. B. in den Fig. 2 und 4 dargestellten. Ähnlich können die schraubenlinienförmigen Rippen 18 dieser Schnecke 17 in ihrer Anzahl, ihrer Steigung und ihren Abständen verändert werden. Solche Veränderungen sind im Gewerbe wohlbekannt. Die Schnecke 17 dient zum Erwärmen und Weichmachen des Harzes durch Rühren, Druck und innere Reibung zusammen mit der Erwärmung durch die Heizelemente 27, wäh renddem das erwähnte Harz durch die Schnecke von einem Ende der Vorwärmekammer zum andern Ende derselben bewegt wird, damit das Harz bis zum Zeitpunkt, in dem es das Ausgangsende 28 der Vorwärmekammer erreicht, vollständig auf eine gleichförmige Viskosität weichgemacht ist.
Es ist erforderlich, dass die Geschwindigkeiten des Vorschubes, des Rührens und der Kompression des Harzes in der Vorwärmekammer 16 sehr sorgfältig gesteuert werden, wie es nachstehend besprochen ist, da diese Funktionen der Schnecke 17 eine wesentliche Wirkung auf die Temperatur und/oder die Viskosität des weichzumachenden Harzes haben können.
Wenn eine am Ausgangsende 28 der Vorwärmekammer 16 konische Struktur verwendet wird, wie in Fig. 4 dargestellt, müssen die Abstände der schrau- benlinienförmigen Rippen 18 in geeigneter Weise angepasst werden, um einen zusätzlichen Druck oder ein übermässiges Rühren zu verhindern, welche die Temperatur und Viskosität des Harzes aus dem engen bearbeitbaren Bereich herausbringen könnten.
Die Form des Ausgangsendes 28 und des damit zusammenarbeitenden Schneckenendes soll also nicht das Weichmachen durch eine Düsenwirkung unterstützen, sondern soll eher das Entstehen irgendwelcher Ablagerungen von weichgemachtem Harz in diesem Gebiet während aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen der Vorrichtung 10 verhindern, wie im folgenden eingehender beschrieben.
Der Einspritzzylinder 13 ist an seinem obern Ende (Fig. 1) mit einem Zylinder 29 verbunden, welcher einen Kolben 31 enthält, der sich in den zylindrischen Einspritzraum 32 im erwähnten Einspritzzylinder 13 erstreckt. Der Kolben 31 ist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise so konstruiert, dass er auf seiner Unterseite 33 eine einzige, ungebrochene Oberfläche aufweist, welche in einer horizontalen Ebene liegt. In diesem Falle kann der Einspritzraum 32 eine gerade Bohrung vom obern Ende beim Zylinder 29 durch die Öffnung 34 beim Ausgangsende 35 sein. So kann der Kolben 31 durch die Öffnung 34 unter das untere oder Ausgangsende 35 des Einspritzraumes 32 gesenkt werden. Der Kolben wird vorzugsweise auf irgendeine gebräuchliche Weise erwärmt, z. B. dadurch, dass ein Wärmeaustauschermedium in sein Inneres eingeführt wird.
Wie in den Fig. 1 und 9 dargestellt, hat der Einspritzraum 32 auf seiner ganzen Länge einen kreisrunden Querschnitt. Dieser Einspritzraum kann jedoch, wie in Fig. 10 dargestellt, eine quadratische oder andere Querschnittsform haben, wenn es erwünscht oder nötig ist.
Das Ausgangsende 35 des Einspritzraumes 32 kann auch etwas eingeschnürt sein, wie bei 39 in Fig. 4 und bei 41 in Fig. 5 dargestellt, wenn es sich um kleine Formportionen handelt. Dieses Ausgangsende 39 (Fig. 4) weist eine kugelige Endwand 36 auf, und die Öffnung 37 in derselben hat eine kleinere Querschnittsfläche als der Einspritzraum 32 zwischen seinem obern und untern Ende. In diesem Falle ist das untere Ende 38 des Kolbens 31 (Fig. 4) kugelig und hat einen im wesentlichen gleichen Radius wie die kugelige Endwand 36, und die untere Spitze des Kolbenendes 38 erstreckt sich etwas durch die Öffnung 37 aus dem Injektionsraum 32 hinaus.
Wie in Fig. 5 dargestellt, kann der Einspritzraum 32 ein konisch geformtes unteres Ende 42 aufweisen, welches eine zentrale Öffnung 43 von geringerem Durchmesser oder geringerer Querschnittsfläche als der Einspritzraum enthält. In diesem Falle ist das untere Ende des Kolbens 31 ebenfalls konisch, und seine Form stimmt im wesentlichen mit der Form der Endwand 42 überein. So erstreckt sich die Spitze des untern Kolbenendes 44 durch die Öffnung 43 aus dem Einspritzraum 32 hinaus, wenn das Kolbenende 44 gegen die Endwand 42 des Einspritzraumes anliegt.
Dementsprechend kann in den drei alternativen Formen des Kolbens und des Einspritzraumes, wie sie in den Fig. 1, 4 und 5 dargestellt sind, dieser Kolben 31 mindestens bis zum untern Ende des Einspritzraumes 32 reichen, in welchem er axial gleitbar angeordnet ist, oder vorzugsweise über dasselbe hinausragen. Es wird betont, dass die Ausgangsenden der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Einspritzräume nicht dazu verengert sind, um die Temperatur oder Viskosität des durchfliessenden Harzes wesentlich zu ändern. Diese Temperatur muss im wesentlichen innerhalb des erwähnten engen Bearbeitungsbereiches des behandelten Harzes bleiben, bis dieses die Form erreicht.
Diese Einschnürungen ermöglichen nur ein leichteres Arbeiten mit kleinen Formen und kleinen Portionen und werden nur dort verwendet, wo die Formportion genügend klein ist, so dass sich durch ihre Verwendung keine Temperaturerhöhung im durchfliessenden Harze ergibt.
Eine Eingangsöffnung 45 (Fig. 1) ist in der Seitenwand des Einspritzzylinders 13 zur Aufnahme des und/oder Verbindung mit dem Ausgangsende der Vorwärmeeinheit 11 vorgesehen. Die Längsachse der Vorwärmekammer 16 steht vorzugsweise senkrecht zur Längsachse des Einspritzraumes 32 und schneidet dieselbe (Fig. 1). Dies gilt auch für die in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellten alternativen Formen.
Wenn, wie in Fig. 9 dargestellt, ein im Querschnitt runder Einspritzraum 32 verwendet wird, berührt das benachbarte Ende der Schnecke 17 vorzugsweise die Innenwand dieses Raumes, und die schraubenlinienförmigen Rippen 18 erstrecken sich nur bis in die Berührungsebene, wodurch jede Störung der Bewegung des Kolbens 31 vermieden wird.
Wenn ein zylindrischer Einspritzraum vorhanden ist, ist es möglich, dass eine gewisse Ansammlung von Ablagerungen des vorweichgemachten Harzes am Ausgangsende der Vorwärmekammer in den Ecken entsteht, infolge der Tatsache, dass der Raum zylindrisch ist und dass das benachbarte Ende der Schnecke 17 mit dieser Form nicht geau überein stimmen kann. Um eine solche Ansammlung zu vermeiden, kann die Schnecke 17 durch den Zylinder 25 nach jeder Betätigung des Kolbens 31 in axialer Richtung hin und her bewegt werden.
Wo der Einspritzzylinder so geformt ist, dass er eine ebene Oberfläche 47 (Fig. 10) aufweist, in welcher die Eingangsöffnung 45 angeordnet ist, fällt jede Notwendig- keit einer solchen axialen Hin- und Herbewegung der Schnecke 17 dahin, da das benachbarte Ende der Schnecke 17 eben und mit der erwähnten ebenen Oberfläche 47 bündig sein kann. Ähnlich kann sich die schraubenlinienförmige Rippe 18 bis in die durch diese Oberfläche bestimmte Ebene erstrecken, aber nicht darüber hinaus.
Heizelemente 48 sind um den Einspritzzylinder 13 in einer bekannten Art angeordnet, um die Erwärmung des Harzes und die Aufrechterhaltung seiner Temperatur im erwähnten engen Bearbeitungsbereich zu unterstützen.
Das untere oder Ausgangsende 35 des Einspritzzylinders 13 ist mit einer Form 14 verbunden oder mit der obern Hälfte 49 einer solchen, wie in den Fig. 1 und 3 bis und mit 8 dargestellt.
In Fig. 1 steht die Ausgangsöffnung 34 mit der Eingangsöffnung 52 in der obern Formhälfte 49 in Verbindung und bildet eine Fortsetzung des Einspritzraumes. Bei einer Alternative kann die Öffnung wie bei 37 (Fig. 4) oder 43 (Fig. 5) divergent sein. In ähnlicher Weise kann die Eingussöffnung 52 nach unten erweitert oder eine gerade Bohrung sein.
Eine solche Erweiterung wird angebracht, um die Entfernung des geformten Stückes mit der Einguss öffnung aus den Formöffnungen zu erleichtern.
Wenn ein Einspritzraum 32 mit gerader Bohrung, wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, verwendet wird, kann der Kolben 31 vorzugsweise über das Ausgangsende 35 des Raumes 32 hinaus in die Eingussöffnung 52 eindringen, je nach der Menge des in den Einspritzraum gebrachten Harzes, und doch vor der Berührung mit der gegenüberliegenden Wand der untern Formhälfte 54 stillstehen, wie in Fig. 3 dargestellt. Wenn jedoch Kolbenkonstruktionen verwendet werden, wie sie in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind, muss dafür gesorgt werden, dass das untere Ende des Einspritzraumes vollständig vom untern Ende des Kolbens ausgefüllt werden kann, damit die vollständige Entfernung der gesamten Harzmenge aus diesem untern Teil und nachher mit dem geformten Stück aus der Form und der Einguss öffnung 52 gewährleistet ist.
Um dies zu erreichen, kann in der untern Formhälfte 54 ein Expansionsraum 55 angeordnet werden, welcher vorzugsweise der Eingussöffnung 52 gegenüberliegt, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Ein Mittel, wie z. B. ein Expansionskolben 56, ist im Expansionsraum 55 angeordnet, um dem Eindringen des Harzes in den Expansionsraum 55 einen Widerstand entgegenzusetzen. Der Widerstand des Kolbens 56 gegen eine Abwärtsbewegung wird durch ein Mittel, wie z. B. den Zylinder 57, erzeugt. Dieser Widerstand ist ge nügend gross, um eine vollständige Füllung des Formhohlraumes 53 mit Harz zu gewährleisten, ist aber zu klein, um die vollständige Abwärtsbewegung des Kolbens 31 im Zylinderraum 32 zu verhindern.
Leitungen 58 können in den beiden Formhälften in der üblichen Art und Weise angeordnet sein (Fig. 1), um ein Wärmeaustauschermedium zu führen oder um Heizelemente aufzunehmen, wie es die Bedingungen der Verfestigung des Harzes in der Form 14 erfordern.
Ein gebräuchliches Steuermittel ist in Fig. 1 bei 60 angegeben und koordiniert die Tätigkeiten des Kolbens und der Schnecke. Andere Ausführungsformen von solchen Vorrichtungen werden ähnlich gesteuert.
Fig. 2 zeigt eine modifizierte Ausführungsform 61 einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den oben beschriebenen vor allem dadurch, dass der Kolben 62 unter der Form 63 liegt und deshalb die Harzportion nach oben in die Form stossen muss. In allen andern Beziehungen kann diese Vorrichtung 61 im wesentlichen einer der oben beschriebenen Maschinen gleichen.
Das Verfahren wird durch die Arbeitsweise der oben beschriebenen Maschinen illustriert, aber nicht beschränkt.
Das Harz wird durch den Trichter 26 in irgendeiner geeigneten Menge in die Vorwärmekammer 16 eingeführt. Das Vorwärmegehäuse 15 und damit die Vorwärmekammer 16 werden anfänglich durch äussere Heizelemente 27 erwärmt. Die mechanische Bearbeitung des Harzes durch ein Rührmittel, hier durch die Schnecke 17, erhöht die Temperatur desselben auf einen Punkt innerhalb des erwähnten, engen Bearbeitungsbereiches und reduziert gleichzeitig die Viskosität des Harzes auf einen formbaren Wert.
Soweit die physikalischen Eigenschaften des Harzes von einer Charge zur andern und sogar innerhalb einer Charge nicht vollständig gleichförmig sind, ist auch die Beziehung zwischen Temperatur und Viskosität nicht genau gleichförmig. Da die Verformbarkeit des Harzes von seiner Viskosität abhängt, ist es wesentlich, dass die Viskosität im wesentlichen durchwegs gleichförmig ist, und zwar unabhängig davon, ob auch die Temperatur entsprechend gleichförmig ist. Deshalb wird durch das Bearbeiten des Harzes die zur Erreichung einer im wesentlichen gleichförmigen Viskosität angestrebt, welche nicht unbedingt eine im wesentlichen gleichförmige Temperatur der einzelnen Teilchen bedeutet, und die angegebene Vorrichtung erreicht dieses Ziel.
Wenn das Harz das Ausgangsende 28 der Vorwärmekammer 16 erreicht, ist es vollständig auf eine gleichförmige Viskosität weich gemacht und kann geformt werden. Der Motor 23 wird durch die Mittel 60 so gesteuert, dass seine Tätigkeit mit derjenigen des Kolbens 31 in Beziehung steht, so dass die Schnecke 17 nur dann gedreht wird, wenn der Kol ben in seiner zurückgezogenen Stellung ist, wie in Fig. 1 dargestellt.
Eine bestimmte Harzmenge, welche im wesentlichen genügt, um die Form, die Steiger und die Eingussöffnung zu füllen, wird bei jedem Arbeitszyklus der Maschine durch die Schnecke 17 direkt von der Vorwärmekammer 16 in den Einspritzraum 32 gepresst. Das Vorhandensein von Gewindegängen bis an das äusserste Ende der Schnecke garantiert, dass sich die gesamte Menge des Harzes unter Druck bewegt und dass sich kein Harz an den Wänden des Vorweichmacherraumes ansammeln kann.
Ein Heizelement 48 hält die Harzportion im Einspritzraum 32 auf der nötigen Temperatur zur Aufrechterhaltung der erwünschten gleichförmigen Viskosität, bis das Harz aus diesem Raum ausgestossen wird. Die Temperatur des Kolbens 31 wird auf solcher Höhe gehalten, dass die Viskosität des Harzes nicht wesentlich geändert wird. Dies hat zur Folge, dass sich kleine Materialmengen in weichgemachtem Zustand zwischen dem Kolben und der Wand des Einspritzraumes hineinarbeiten. Dieses Material wirkt als Schmiermittel und verhindert dadurch ein Steckenbleiben des Kolbens, wie es auftritt, wenn derselbe kalt ist, und es wirkt weiter als Dichtung zwischen dem Kolben und den Wänden des Einspritzraumes. Der Kolben wird durch den Zylinder 29 nach unten gedrückt und presst dabei die Harzportion aus dem Einspritzraum 32 in die Form öffnung 53.
Die Form wird gekühlt oder geheizt, je nach der Art des zu formenden Harzes, wodurch das Harz gehärtet wird. Die Formhälften werden dann getrennt, und das geformte Stück wird aus der Form entfernt, wobei der in der Eingangsöffnung 52 liegende Teil der Portion mit dem geformten Stück zusammenhängt und mit demselben aus der Form entfernt wird. Die kleine Materialmenge, welche während der Injektion längs den Unterseiten des Kolbens 31 nach oben gedrückt wurde, wird ebenfalls mit dem geformten Stück entfernt. Da der Stössel 31 schon vor dem Öffnen der Form in die in Fig. 1 gezeigte Stellung zurückgezogen wurde, ist die Vorrichtung jetzt, sobald die beiden Formhälften wieder geschlossen sind, für einen neuen Arbeitszyklus bereit.
Solche Arbeitszyklen können fortlaufend aufeinanderfolgen, wie es nötig oder erwünscht ist, wobei die Resultate immer dieselben sind, das heisst, wobei die gesamte Menge der in einem gegebenen Arbeitszyklus aus der Vorwärmekammer 16 ausgestossenen Charge am Ende dieses Arbeitszyklus mit dem geformten Stück aus der Form 14 entfernt wird.
Bei den in den Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Ausführungsformen der Vorrichtung kann sich der Kolben 56 gegen einen geeigneten elastischen Widerstand unter der Wirkung des Druckes vom Kolben 31 abwärtsbewegen. So wird Raum zur Aufnahme von überschüssigem Material geschaffen, welches während eines bestimmten Zyklus ausgestossen wird, so dass sich der Kolben 31 unabhängig von Veränderungen der von der Schnecke 17 bei einem gegebenen Zyklus gelieferten Materialmengen bis zur Berührung des untern Endes des Injektionsraumes, das heisst der Fläche 36 in Fig. 4 oder der Fläche 42 in Fig. 5, senken kann. Dadurch wird sichergestellt, dass die gesamte von der Schraube 17 in einem bestimmten Zyklus gelieferte Materialmenge aus dem Einspritzzylinder entfernt wird und mit dem geformten Stück als Ganzes entfernt werden kann.
Wegen der sehr hohen Viskositäten der hier in Betracht kommenden Harze und besonders von nicht weichgemachtem Polyvinylchlorid sind sehr hohe Ein spritzdrucke erforderlich, und es ist nötig, dass ein solcher hoher Druck bis in die Form hinein herrscht, um ein festes Zusammenwachsen des Materials in derselben zu gewährleisten. Wenn Brecherplatten, Einschnürungen oder langgestreckte Düsen verwendet werden, ist der dadurch verursachte Druckverlust so gross, dass viel grössere Drucke auf den Kolben wirken müssten, als sie von den üblichen Maschinen aufgebracht werden können. Ferner würde die im Material beim Durchgang durch solche Einschnürungen erzeugte Reibungswärme die Temperatur weit über den zulässigen Bereich hinaus erhöhen, so dass Zersetzung oder Verbrennung eintreten würde, auch wenn solche Drucke erhältlich wären.
Dieser Druckabfall wird jedoch vermieden, indem das Material durch im wesentlichen hindernisfreie Durchgänge gedrückt wird, so dass der erforderliche hohe Druck durchgehend bestehen bleibt, aber keine übermässige Erwärmung zur Folge hat, welche entstehen würde, wenn das Material unter hohem Druck durch kleine Öffnungen gedrückt würde. Normalerweise werden auf den Kolben Drucke von über 1400 kg/cm ausgeübt, und eine erfolgreiche Spritzformung von nicht weichgemachtem Polyvinylchlorid wurde mit einem Kolbendruck von etwa 2600 kg/cm durchgeführt.
Die in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten, etwas eingeschnürten Öffnungen erhöhen diesen Druck nicht wesentlich über den für die nicht eingeschnürte Öffnung von Fig. 1 erforderlichen, wenn die hindurchzupressenden Mengen von Harz klein sind. Es wurde festgestellt, dass die Spannungen und Defekte im fertigen Produkt durch die Tatsache wesentlich reduziert werden, dass am Ausgangsende des Zylinderraumes keine Düse verwendet wird.
Im wesentlichen wird die ganze Portion des Harzes in die Form gepresst infolge der Tatsache, dass sich das untere Ende des Kolbens, wie in Fig. 3 dargestellt, bis in die Form erstreckt. So stösst der Kolben im wesentlichen die ganze Menge des Harzes aus dem Einspritzraum heraus, und es bleibt kein Material an den Wänden in der Nähe der Ausgangs öffnung zurück, welches folgende Harzportionen in folgenden Arbeitszyklen stören oder von diesen abgebrochen werden könnte, wodurch das entstehende geformte Stück entstellt oder sonst unbrauchbar gemacht werden könnte. Auch wenn der Kolben die Wände des Einspritzraumes nicht völlig säubert, können sich Rückstände doch nicht ansammeln. Die Menge solcher Rückstände steigt nie über die bei einem einzigen Hub des Kolbens zurückgelassene Menge und hat deshalb keine Folgen.
Wie oben erwähnt, kann die Schnecke 17 dort, wo ein im Querschnitt runder Einspritzraum 32 verwendet wird, mit Hilfe eines Kolbens 24 des hydraulischen Zylinders 25 nach jeder Aufwärtsbewegung des Kolbens 31 in axialer Richtung hin und her bewegt werden, um jeden Harzrückstand aus den Ecken 46 der Eingangsöffnung 45 beim Ausgangsende 38 des Raumes 16 zu entfernen, obwohl erfolgreiche Formprozesse mit zylindrischem Einspritzraum auch ohne eine solche Hin- und Herbewegung der Schnecke durchgeführt wurden.
Beim Formen von starrem Polyvinylchlorid, wie oben definiert, wurde gefunden, dass die Bearbeitungstemperatur um 8 bis 17"C schwanken kann, indem die Zersetzungstemperatur wenig über etwa 2000 C liegt, während das Weichwerden bei ungefähr 1840 C beginnt. Der optimale Formbereich scheint zwischen 194 und 2000 C zu liegen. Es ist deshalb klar, dass die Entfernung der gesamten Menge einer Charge aus dem Fliessweg der Charge durch die Vorrichtung während eines Arbeitszyklus für dieses Verfahren unbedingt wesentlich ist.
Dadurch, dass die gesamte Menge jeder bestimmten Charge des Harzes aus der Vorwärmekammer 16 in den Formhohlraum bewegt wird, ohne dass irgendein Teil dieser Charge in irgendeinem Punkte zwischen dieser Kammer 16 und dem Formhohlraum zurückbleibt, wird die Vorrichtung stets sauber gehalten, und es besteht keine Möglichkeit einer Ansammlung von Harzrückständen an den Wänden des Einspritzraumes, welche den Fluss der Harzportionen in späteren Arbeitszyklen behindern und schliesslich aufhalten könnte.
Obwohl das oben beschriebene Verfahren völlig zufriedenstellend ist und geformte Teile aus im wesentlichen nicht weichgemachtem Polyvinylchlorid ergibt, welche für eine ganze Reihe verschiedenster Zwecke verwendet werden können, sind noch bessere Resultate erzielbar, wenn noch ein weiterer Schritt in den Vorweichmachervorgang eingeschaltet wird.
Wie oben beschrieben, enthält der Vorweichmachervorgang nur eine Kombination von gleichzeitigem Mischen und Rühren und innerem und äusserem Erwärmen, durch welche das Material auf eine verformbare Viskosität gebracht wird. Wenn jedoch die Querschnittsfläche, durch welche das Material fliesst, nachdem es teilweise weichgemacht wurde, genügend verkleinert wird, um das Harz mit höherer Geschwindigkeit als die Umfangsgeschwindigkeit der Schnecke hindurchfliessen zu lassen, lassen sich im fertigen Produkt viel bessere Eigenschaften erzielen.
Im besonderen ergibt sich eine viel höhere Zugfestigkeit, welche sich bei der Herstellung von Rohrverbindungsstücken in einer höheren Bruchfestigkeit äussert, und es entstehen weniger Verschmelzungslinien und eine viel bessere Struktur im Material selbst. Als spezifisches Beispiel erhöhte dieser Schritt die Bruchfestigkeit von 5 cm Rohrverbindungsecken aus im wesentlichen nicht weichgemachtem Polyvinylchlorid (Exon 402 a) von 56 kg/cm2 auf 105 kg/cm2. Ein solcher Vorteil kann wirksam, aber nicht ausschliesslich durch eine Schnecke, wie die bei 1 8a in Fig. 2 dargestellte, erreicht werden, bei welcher der Unterschied zwischen dem innern Kerndurchmesser der Schraube und dem Durchmesser des Vorweichmacherraumes in einem Teil der axialen Länge der Schnecke wesentlich verringert und dann wieder vergrössert wird.
Hier wird diese Verringerung und mindestens ein Teil der Vergrösserung durch Veränderung des Kerndurchmessers der Schnecke bewirkt, während der Durchmesser der Vorwärmekammer konstant bleibt.
Während im vorstehenden angenommen wurde, dass sich die Schnecke bis zum Einspritzraum erstreck
Process for deforming high viscosity, natural and artificial resins and
Device for carrying out the method
The present invention relates to a method for molding highly viscous natural and artificial resins, and in particular for molding polyvinyl chloride resin without plasticizers.
The invention also relates to an apparatus for carrying out this method.
In previously known molding processes of the general type under consideration here it has been customary to heat the resin in a pre-plasticizer room and to stir it by means of some suitable device, e.g. B. with a screw or with two cooperating rollers, which move the plasticized material into an injection chamber, often through breaker plates, which break particles of the resin and reduce the viscosity of the latter further and then the resin with the help of a piston through a nozzle to drive into the gate of a mold. While this method generally works satisfactorily for resins with a wide working temperature range, it is completely unsuitable for resins with only a narrow range between a required working temperature and the temperature at which the resin is no longer deformable.
Thus, unplasticized or almost unplasticized polyvinyl chloride resin has heretofore been regarded as non-deformable by injection-type processes.
In particular, it has been found that a considerable increase in temperature can occur if the resin at the outlet end of the plasticizer space through a constriction, such as. B. a crusher plate, is pressed, this temperature increase is not sufficiently controllable and can exceed a safe working temperature. Furthermore, the same situation can occur at the exit nozzle of a conventional molding machine, where the resin is further heated when it is forced through a conical nozzle passage at increased speed.
This situation is aggravated significantly if the material has a very high viscosity at all temperatures, as is the case with rigid polyvinyl chloride, for example, and if the flow rate is reduced enough to avoid this excessive heating, then the resin cools down the shape too early and does not form a properly shaped part.
It was also found, particularly in the case of the exit nozzle, but also in the case of the outlet of the pre-plasticizer unit, that resin can collect in these passages between different work cycles. When the work cycles are repeated, several layers of the material form on top of each other on the walls of the constricted passages, so that these become increasingly narrow, and that the machine eventually becomes clogged and has to be dismantled for cleaning, or that a particle of the deposited resin breaks loose, is dragged along in the machined material and results in an unsightly and generally defective fitting.
Furthermore, since the coefficient of friction between resin and resin is greater than that between resin and clean metal, especially since the deposited resin will often have a rough surface, the presence of resin on the walls in the machine causes local overheating zones.
Therefore, it becomes desirable to provide a molding process in which the entire amount of resin moves smoothly and evenly from the pre-softener zone into the mold cavity, and which includes special operations to prevent the occurrence of the possible disadvantages described above, with the entire amount of resin can be removed from the machine as one piece after solidification in the mold cavity.
According to the method according to the invention, the resin is introduced into a preheating chamber, in which it is heated and agitated by means of a screw in such a way that it is brought to a constant viscosity, whereupon a batch of the resin is conveyed into an injection cylinder Maintaining the viscosity and / or the temperature, whereupon the entire batch is injected into a mold by working an injection plunger under high pressure, with unchanged viscosity of the resin, and then the batch is solidified, the mold is opened and the entire batch is solidified as a coherent unit Shape is removed from the shape.
In the accompanying drawing, exemplary embodiments of devices for carrying out the method according to the present invention are shown, namely:
1 shows a side view, partly in axial section, of a device for carrying out the method,
2 shows a side view with parts in axial section of another embodiment of such a device,
Fig. 3 shows a modification of part of Fig. 1,
Fig. 4 shows another partial modification of Figs
FIG. 5 shows a further partial modification of FIG. 1.
6, 7 and 8 show variants of a passage from a cylinder space to a mold cavity of the device,
9 shows a section along the line IX-IX in FIGS. 3 and
FIG. 10 shows a modification of FIG. 9.
These devices are applicable to deforming unplasticized polyvinyl chloride, which is often referred to in the trade as hard PVC or rigid PVC, e.g. On materials such as Econ 402A and 401 (registered trademark) manufactured and sold by Firestone Tire and Rubber Company of Akron, Ohio, or such as Geon No. 8700 (registered trademark) manufactured by Goodrich Chemical Company in Akron, Ohio, but also another resin with a high minimum viscosity and a narrow working temperature range, such as. B. other polymerizable vinyl halides. Further, although thermoplastic resins are mentioned below for purposes of illustration, it will be recognized that the method is applicable to some thermosetting plastic resins as well.
Accordingly, one of the final steps in the process, solidifying the resin in the mold, usually involves either cooling the mold in the case of thermoplastic resins or heating the mold in the case of thermosetting resins.
The resin can contain, for example: a) pure, unplasticized polyvinyl chloride resin, b) a stabilizer such as lead oxide, tin or cadmium, c) a lubricant such as carnauba wax and d) a color pigment, if such is desired.
As an alternative, the resin can contain any of the above ingredients as well as another resin such as puradiene or styrene which can be added to improve certain physical properties, such as impact strength, but which can reduce chemical or heat resistance.
The device shown in FIG. 1 has a preheating unit 11, an injection unit 12 with an injection cylinder 13 and a mold 14.
The preheating unit 11 has a preheater housing 15 which contains a cylindrical, elongated preheating chamber 16 in which a screw 17 with helical ribs 18 is arranged with little play, but rotatably.
This screw 17 is provided with a coaxial shaft 19 which is attached to one end of the screw and extends therefrom through an opening in one end of the preheater housing 15. Outside the housing 15, the shaft 19 carries a driven gear 21. This gear 21 can be connected to a driving gear 22 on the shaft of a prime mover, such as, for. B. a motor 23, engage, whereby the screw 17 is rotated as required or desired. As shown in FIG. 1, the screw 17 can, if desired, be slidably arranged in the preheating chamber 16 in the axial direction and can be moved to and fro by the piston 24 of an actuating cylinder 25. The purpose of such an axial reciprocating movement of the screw 17 is evident from the following.
A filling funnel 26, which is connected to the preheating chamber, is mounted on the preheater housing 15 in a known manner. Heating elements 27 are also arranged around the preheater housing 15 in a known manner.
The screw 17, which is shown here with a substantially constant diameter and cooperates with the straight bore of the preheating chamber 16, can be modified in many different ways, such as. B. in Figs. 2 and 4 shown. Similarly, the helical ribs 18 of this screw 17 can be changed in their number, their pitch and their spacing. Such changes are well known in the industry. The screw 17 is used for heating and softening the resin by stirring, pressure and internal friction together with the heating by the heating elements 27, while the aforementioned resin is moved by the screw from one end of the preheating chamber to the other end of the same so that the resin up by the time it reaches the exit end 28 of the preheat chamber is fully plasticized to a uniform viscosity.
It is necessary that the rates of advancement, agitation and compression of the resin in the preheat chamber 16 be very carefully controlled, as discussed below, since these functions of the screw 17 have a significant effect on the temperature and / or viscosity of the Resin to be softened may have.
If a conical structure is used at the outlet end 28 of the preheating chamber 16, as shown in FIG. 4, the spacing of the helical ribs 18 must be adjusted in a suitable manner in order to prevent additional pressure or excessive stirring, which could affect the temperature and Could bring viscosity of the resin out of the narrow workable range.
The shape of the exit end 28 and the cooperating screw end is not intended to aid in the softening by a nozzle effect, but rather is intended to prevent any deposits of plasticized resin in this area during successive operating cycles of the device 10, as described in more detail below.
The injection cylinder 13 is connected at its upper end (FIG. 1) to a cylinder 29 which contains a piston 31 which extends into the cylindrical injection chamber 32 in the aforementioned injection cylinder 13. In this embodiment, the piston 31 is preferably constructed in such a way that it has a single, unbroken surface on its underside 33 which lies in a horizontal plane. In this case, the injection chamber 32 can be a straight bore from the upper end at the cylinder 29 through the opening 34 at the outlet end 35. Thus, the piston 31 can be lowered through the opening 34 under the lower or outlet end 35 of the injection chamber 32. The flask is preferably heated in any convenient way, e.g. B. in that a heat exchange medium is introduced into its interior.
As shown in FIGS. 1 and 9, the injection chamber 32 has a circular cross section over its entire length. However, as shown in FIG. 10, this injection space can have a square or other cross-sectional shape, if desired or necessary.
The outlet end 35 of the injection chamber 32 can also be constricted somewhat, as shown at 39 in FIG. 4 and at 41 in FIG. 5, if the mold portions are small. This exit end 39 (Fig. 4) has a spherical end wall 36, and the opening 37 therein has a smaller cross-sectional area than the injection space 32 between its upper and lower ends. In this case, the lower end 38 of the plunger 31 (FIG. 4) is spherical and has substantially the same radius as the spherical end wall 36, and the lower tip of the plunger end 38 extends somewhat through the opening 37 out of the injection space 32.
As shown in FIG. 5, the injection chamber 32 may have a conically shaped lower end 42 which contains a central opening 43 of smaller diameter or smaller cross-sectional area than the injection chamber. In this case, the lower end of the piston 31 is also conical, and its shape corresponds essentially to the shape of the end wall 42. The tip of the lower piston end 44 extends out of the injection chamber 32 through the opening 43 when the piston end 44 rests against the end wall 42 of the injection chamber.
Accordingly, in the three alternative shapes of the piston and the injection chamber, as shown in FIGS. 1, 4 and 5, this piston 31 can extend at least to the lower end of the injection chamber 32, in which it is arranged so as to be axially slidable, or preferably protrude beyond the same. It is emphasized that the exit ends of the injection spaces shown in FIGS. 4 and 5 are not narrowed in order to significantly change the temperature or viscosity of the resin flowing through. This temperature must remain essentially within the aforementioned narrow working range of the treated resin until it reaches the mold.
These constrictions only make it easier to work with small molds and small portions and are only used where the mold portion is sufficiently small that their use does not result in a temperature increase in the resin flowing through.
An inlet opening 45 (FIG. 1) is provided in the side wall of the injection cylinder 13 for receiving and / or connecting to the outlet end of the preheating unit 11. The longitudinal axis of the preheating chamber 16 is preferably perpendicular to the longitudinal axis of the injection chamber 32 and intersects the same (FIG. 1). This also applies to the alternative forms shown in FIGS. 3, 4 and 5.
If, as shown in Fig. 9, an injection chamber 32 with a round cross-section is used, the adjacent end of the screw 17 preferably contacts the inner wall of this chamber, and the helical ribs 18 extend only into the plane of contact, whereby any disturbance of the movement of the Piston 31 is avoided.
If there is a cylindrical injection space, it is possible that some accumulation of deposits of the pre-softened resin will develop at the exit end of the preheating chamber in the corners, due to the fact that the space is cylindrical and that the adjacent end of the screw 17 of this shape is not geau can agree. In order to avoid such an accumulation, the screw 17 can be moved back and forth in the axial direction by the cylinder 25 after each actuation of the piston 31.
Where the injection cylinder is shaped to have a flat surface 47 (FIG. 10) in which the inlet port 45 is located, any need for such axial reciprocation of the screw 17 is eliminated as the adjacent end of the Screw 17 can be flat and flush with the flat surface 47 mentioned. Similarly, the helical rib 18 can extend into the plane defined by this surface, but not beyond it.
Heating elements 48 are arranged around the injection cylinder 13 in a known manner to assist in heating the resin and maintaining its temperature in the aforementioned narrow processing area.
The lower or outlet end 35 of the injection cylinder 13 is connected to a mold 14 or to the upper half 49 of such, as shown in FIGS. 1 and 3 up to and including 8.
In Fig. 1, the outlet opening 34 is connected to the inlet opening 52 in the upper mold half 49 and forms a continuation of the injection chamber. In an alternative, the opening can be divergent as at 37 (Fig. 4) or 43 (Fig. 5). Similarly, the sprue 52 can be flared down or a straight bore.
Such an extension is provided to facilitate the removal of the molded piece with the sprue opening from the mold openings.
If a straight bore injection chamber 32 is used as shown in Figures 1 and 3, the piston 31 may preferably enter the sprue 52 beyond the exit end 35 of the chamber 32, depending on the amount of resin placed in the injection chamber , and yet stand still before contacting the opposite wall of the lower mold half 54, as shown in FIG. However, if piston designs are used as shown in FIGS. 4 and 5, care must be taken that the lower end of the injection chamber can be completely filled by the lower end of the piston, so that the entire amount of resin can be completely removed from this lower part and afterwards with the molded piece from the mold and the sprue opening 52 is ensured.
In order to achieve this, an expansion space 55 can be arranged in the lower mold half 54, which is preferably opposite the pouring opening 52, as shown in FIGS. 4 and 5. A means such as B. an expansion piston 56 is arranged in the expansion space 55 in order to oppose the penetration of the resin into the expansion space 55 a resistance. The resistance of the piston 56 to downward movement is determined by a means such as e.g. B. the cylinder 57 is generated. This resistance is sufficiently large to ensure that the mold cavity 53 is completely filled with resin, but is too small to prevent the piston 31 from moving completely downward in the cylinder chamber 32.
Lines 58 may be arranged in the two mold halves in the usual manner (FIG. 1) to carry a heat exchange medium or to accommodate heating elements, as the conditions of the solidification of the resin in the mold 14 require.
A common control means is indicated in Fig. 1 at 60 and coordinates the actions of the piston and the screw. Other embodiments of such devices are similarly controlled.
Fig. 2 shows a modified embodiment 61 of an apparatus for performing the method according to the invention. This embodiment differs from those described above primarily in that the piston 62 lies under the mold 63 and therefore the resin portion has to be pushed upwards into the mold. In all other respects, this device 61 can essentially resemble one of the machines described above.
The method is illustrated but not limited by the operation of the machines described above.
The resin is introduced into the preheat chamber 16 through the hopper 26 in any suitable amount. The preheating housing 15 and thus the preheating chamber 16 are initially heated by external heating elements 27. The mechanical processing of the resin by a stirring means, here by the screw 17, increases the temperature of the same to a point within the mentioned, narrow processing range and at the same time reduces the viscosity of the resin to a malleable value.
To the extent that the physical properties of the resin are not completely uniform from one batch to another and even within a batch, the relationship between temperature and viscosity is not exactly uniform either. Since the deformability of the resin depends on its viscosity, it is essential that the viscosity be substantially uniform throughout, regardless of whether the temperature is also correspondingly uniform. Therefore, the aim of processing the resin is to achieve a substantially uniform viscosity, which does not necessarily mean a substantially uniform temperature of the individual particles, and the disclosed apparatus achieves this aim.
When the resin reaches the exit end 28 of the preheating chamber 16, it is completely plasticized to a uniform viscosity and can be molded. The motor 23 is controlled by the means 60 so that its action is related to that of the piston 31, so that the screw 17 is only rotated when the piston is in its retracted position, as shown in FIG.
A certain amount of resin, which is essentially sufficient to fill the mold, the risers and the pouring opening, is pressed by the screw 17 directly from the preheating chamber 16 into the injection chamber 32 during each working cycle of the machine. The presence of threads up to the extreme end of the screw guarantees that the entire amount of resin moves under pressure and that no resin can accumulate on the walls of the pre-plasticizer room.
A heating element 48 maintains the resin portion in the injection space 32 at the temperature necessary to maintain the desired uniform viscosity until the resin is expelled from this space. The temperature of the piston 31 is maintained at such a level that the viscosity of the resin is not significantly changed. As a result, small amounts of material in a plasticized state work their way between the piston and the wall of the injection chamber. This material acts as a lubricant and thereby prevents the piston from sticking as occurs when it is cold, and it also acts as a seal between the piston and the walls of the injection chamber. The piston is pressed down by the cylinder 29 and, in the process, presses the resin portion from the injection chamber 32 into the mold opening 53.
The mold is cooled or heated depending on the type of resin to be molded, thereby hardening the resin. The mold halves are then separated and the shaped piece is removed from the mold, the portion of the portion located in the entrance opening 52 being attached to and removed from the mold with the shaped piece. The small amount of material that was pushed up along the undersides of the plunger 31 during injection is also removed with the molded piece. Since the ram 31 was pulled back into the position shown in FIG. 1 before the mold was opened, the device is now ready for a new work cycle as soon as the two mold halves are closed again.
Such work cycles can be consecutive as necessary or desired, the results always being the same, i.e. the total amount of the charge ejected from the preheating chamber 16 in a given work cycle at the end of that work cycle with the molded piece from the mold 14 Will get removed.
In the embodiments of the device shown in FIGS. 4 and 5, the piston 56 can move downward against a suitable elastic resistance under the action of the pressure from the piston 31. This creates space for receiving excess material which is expelled during a certain cycle, so that the piston 31 moves independently of changes in the amount of material delivered by the screw 17 in a given cycle until it touches the lower end of the injection space, i.e. the Area 36 in Fig. 4 or area 42 in Fig. 5, can lower. This ensures that the entire amount of material delivered by the screw 17 in a certain cycle is removed from the injection cylinder and can be removed with the molded piece as a whole.
Because of the very high viscosities of the resins in question, and especially of unplasticized polyvinyl chloride, very high injection pressures are required, and it is necessary that such a high pressure prevail into the mold in order for the material to grow together firmly in the same guarantee. If breaker plates, constrictions or elongated nozzles are used, the resulting pressure loss is so great that much higher pressures would have to act on the piston than can be applied by conventional machines. Furthermore, the frictional heat generated in the material when passing through such constrictions would raise the temperature well beyond the permissible range, so that decomposition or combustion would occur even if such pressures were available.
This pressure drop is avoided, however, by pushing the material through essentially unobstructed passages so that the required high pressure is maintained continuously, but does not result in excessive heating which would result if the material were pushed through small openings under high pressure . Pressures in excess of 1400 kg / cm are normally applied to the piston and successful injection molding of unplasticized polyvinyl chloride has been carried out with a piston pressure of about 2600 kg / cm.
The somewhat constricted openings shown in FIGS. 4 and 5 do not increase this pressure significantly above that required for the non-constricted opening of FIG. 1 when the quantities of resin to be forced through are small. It has been found that the stresses and defects in the finished product are significantly reduced by the fact that no nozzle is used at the exit end of the cylinder space.
Essentially the entire portion of the resin is pressed into the mold due to the fact that the lower end of the piston extends into the mold as shown in FIG. 3. So the piston pushes essentially the whole amount of resin out of the injection chamber, and there is no material on the walls in the vicinity of the exit opening, which could interfere with subsequent resin portions in subsequent work cycles or be broken off by these, whereby the resulting shaped Piece could be distorted or otherwise rendered unusable. Even if the piston does not completely clean the walls of the injection chamber, residues cannot collect. The amount of such residue never increases beyond the amount left in a single stroke of the piston and therefore has no consequences.
As mentioned above, the screw 17, where an injection chamber 32 with a round cross-section is used, can be moved back and forth in the axial direction with the aid of a piston 24 of the hydraulic cylinder 25 after each upward movement of the piston 31 to remove any resin residue from the corners 46 of the inlet opening 45 at the outlet end 38 of the space 16, although successful molding processes with a cylindrical injection space have also been carried out without such a reciprocating movement of the screw.
When molding rigid polyvinyl chloride as defined above, it has been found that the processing temperature can vary by 8 to 17 "C, with the decomposition temperature being a little above about 2000 C, while softening begins at around 1840 C. The optimum molding range seems to be between 194 and 2000 C. It is therefore clear that the removal of the entire amount of a batch from the flow path of the batch through the device during a working cycle is absolutely essential for this process.
By moving the entire amount of each particular batch of resin from the preheating chamber 16 into the mold cavity without leaving any part of that batch at any point between that chamber 16 and the mold cavity, the apparatus is always kept clean and there is none Possibility of an accumulation of resin residues on the walls of the injection chamber, which could impede the flow of the resin portions in later work cycles and ultimately stop it.
Although the process described above is entirely satisfactory and results in molded parts made of essentially unplasticized polyvinyl chloride which can be used for a wide variety of purposes, even better results can be obtained if a further step in the pre-plasticizing process is included.
As described above, the pre-softening process contains only a combination of simultaneous mixing and stirring and internal and external heating, by means of which the material is brought to a deformable viscosity. However, if the cross-sectional area through which the material flows after it has been partially plasticized is reduced enough to allow the resin to flow through at a higher speed than the peripheral speed of the screw, much better properties can be achieved in the finished product.
In particular, the result is a much higher tensile strength, which manifests itself in the manufacture of pipe connectors in a higher breaking strength, and there are fewer fusion lines and a much better structure in the material itself. As a specific example, this step increased the breaking strength of 5 cm pipe connection corners from im essentially unplasticized polyvinyl chloride (exon 402 a) from 56 kg / cm2 to 105 kg / cm2. Such an advantage can be achieved effectively, but not exclusively, by a screw such as that shown at 18a in Fig. 2, in which the difference between the inner core diameter of the screw and the diameter of the pre-plasticizer space is in part of the axial length of the screw is reduced significantly and then increased again.
Here this reduction and at least part of the enlargement is brought about by changing the core diameter of the screw, while the diameter of the preheating chamber remains constant.
While in the preceding it was assumed that the screw extends to the injection chamber