CH423210A - Verfahren zur Herstellung von Spritzgussgegenständen, Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens und nach dem Verfahren hergestellter Spritzgussgegenstand - Google Patents

Description

  



  Verfahren zur Herstellung von   Spritzgussgegenständen,    Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens und nach dem Verfahren hergestellter   Spritzgussgegenstand   
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von   Spritzgussgegenständen aus    faserarmiertem Kunstharz, auf eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens sowie auf einen nach    diesem Verfahren hergestellten Spritzgussgegenstand.   



   Die bisher durchgeführten   Vensuche,      faserver-      stärkte    Kunststoffgegenstände durch Einspritzen in eine Form   herzustellen, schlugen    im   allgemeinen fehl,    und zwar insbesondere dann, wenn die herzwstellenden Gegenstände eine komplizierte Form aufwiesen    und verhältnismässig kleine Abmessungen haben soll-    ten, weil Formen verwendet werden müssen, die im Querschnitt enge und gekrümmte Kanäle aufweisen.



  Die mechanische Festigkeit der in dieser Weise herge  sbellben    Gegenstände ist   ungenügend, und die Gegen-    stände erhalten. sehr bald Risse im Bereich der Krümmungesstellen. Diese Nachteile ergeben sich dadurch, dass die Zusammensetzung der bisher verwendeten   Spfitzgussmasse    nicht ausreichend homogen ist, insbesondere bezüglich der Verteilung der Armie  rungsfasern    in der   Spritzgussmasse.   



   Der Erfindung liegt daher in erster Linie die   Auf-    gabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur   Her-    stellung von Spritzgussgegenständen aus ifaserarmiertem Kunstharz zu schaffen.



   Die Erfindung betrifft. also ein Verfahren zur Herstellung von   Spritzgussgegenständen    aus faser  armé,    Kunstharz, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine Kunstharz, Füllstoff und Armierungsfasem enthaltende Masse herstellt, indem man das mindestens aus Kunstharz, Füllstoff und    Armierungsfasern bestehende Ausgangsmaterial in      einem Schneckenbandnüscher mischt    und geichzieiting eine Teil des von der Mischschnecke geförderten
Mischgutes kontinuierlich durch eine Förderschnecke aus dem Mischer austrägt, worauf die ausgetragene Masse entweder ohne weiteres Mischen oder nach weiterem Mischen durch Spritzguss geformt wird.



   Se betrifft ferner eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens, welche gekennzeichnet ist durch eine Mischvorrichtung, die eine oben mindestens    teilweise offene Mischkammer und ein Auslassmumd-    stück der Mischkammer umfasst, wobei der gewölbte Boden der Mischkammer über einen konischen Teil in das Auslassmundstück übergeht, während alle Sei  benwände    der Mischkammer in lotrechten Ebenen verlaufen, und durch eine in der   Rückenseitenwand    der Mischkammer drehbar gelagerte, antreibbare Welle, die innerhalb der Mischkammer mit einer   Mischsohnecke    versehen ist, die als mit Abstand von der Welle schraubenlinienartig um die Welle   herum-      gewundenes    Band ausgebildet ! und ein Ende dieser Welle.

   in eine   innerhalb. des Auslassmundsbückes lie-    gende, zylindrische Förderschnecke übergeht.



   Schliesslich betrîft sie einen nach diesem Verfahren erhaltenen Spritzgussgegenstand.



   Die Erfindung und ihre Vorteile wenden nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und ver  anschaulichenden,    schematischen Zeichnungen näher erläutert.



   Es zeigen :
Fig. 1 einen Teil einer Form zur Herstellung aines Spritzussegegenstandes aus   ifaserarmiertem    Kunststoff, geschnitten nach der Linie   1-1    der Fig. 2,
Fig. 2, einen   Längsschnitt durch diie    Form,
Fig. 3 eine Vorrichtung zur herstellung faseranmierter   Spritzgussgegeinstände und    
Fig. 4 eine Mischvorrichtung, Wobei ein Teil der Vorderwand weggebrochen ist, in grösserem Massstab.



   Die in üblichen Spritzgussmassen bisher verwendeten   Verstärkungselemente, bestandlen    aus   sogenann-    ter   Stapelglasseiide, das sind Faserbüindel, idiss    je aus einer Vielzahl, beispielsweise einhundert einzelnen Fasern bestehen, die infolge ihrer hafteigenschaften aneinanderkleben. Gewöhnlich haben derartige Verstkrkungsfaserbündel eine Länge von 1 bis 6 mm und einen Durchmesser von im wesentlichen d = · mm, so dass das Verhältnis zwischen der Länge und dem Durchmesser, d.   h.    das sogenannte l/d-Verhältnis, für   jades    dieser Bündel etwa gleich 25 ist, wobei (die Bündel unverändert mit dem Grundharz und den Füllstoffen vermischt werden, um die Spritzgussmasse zu bilden.

   Nun hat sich überraschenderweise gezeigt, dass des l/d-Venhältnis der in der Spritzgussmasse enthaltene Verstärkungsfaserbündel von grosser Bedeutung für die Herstellung einer   Spritzgussmasse    hoher Qualität ist und insbesondere für eine grosse Biegefestigkeit der aus dieser Spritzgussmasse herzustellenden Gegenstände ist, um die Nachteile    des Fehlens einer genügenden homogenen Zusam-      mensetzung    und der sich an den Biegestellen der ge  gossenen    Gegenstände zeigenden Risse vollkommen zu beseitigen.



   Um nunmehr die richtigen Resultate zu erhalten, hat sich gezeigt, dass das sogenannte l/d-Verhältnis für jedes   Verstärkungsfaserbündel    im voraus derart genau festgelegt werden sollte, dass dieses l/d-Verhältnis in einem direkt proportionalen Verhältnis zu den Abmessungen der die Füllmaterialien bildenden Teil  chen    steht, deren Abmessungen zwischen 5 und 50,   u    variieren können. Es sollten womöglich mindestens 75 bis 85 % der Menge der Verstärkungsasern, die in die   Spritzgussmasse    eingebracht werden, einzelne Fasern mit einem Einzelfaserdurchmesser zwischen   0,    01 und 0, 02 sein.

   Auf diese Weise erhält man eine   Spritzgussmasse,    in der jede Faser vollständig m das   Gruadharz eingebettet wild, während    die Fasern sich in verschiedenen Richtungen in der Masse ausbreiten, was eine einwandfrei bgleichmässige Verstärkung ergibt.



   Dieses Resultat wird durch das erfindungsgemässe Verfahren erreicht.



   Wenn eine   Spritzgussmasse,    die viele   oinzelne    Fasern äusserst geringen durchmessers enthält, unter Einfluss einer grossen Kraft, beispielsweise 30 Atü, in die   Formkanäle    einer Form gepresst wird, neigen diese Fasern dazu, sich zu kräuseln, wenn sie die Wand eines solchen   Formkanals kontinuierlich    berühren. Es empfiehlt sich dahrer, die Länge : dieser Fasern derart zu begrenzen, dass die Länge dieser Fasern   nicht grösser ist. als die germgste Dicke    an jeder Stelle des herzustellenden Gegenstandes.



   In   Fig. l'und    2 der Zeichnungen sieht man einen Formkanal 1, der von den Wänden 2 bis 5 der Form . umgeben ist, in dem ein Stift 6 zwischen den Wänden 4 und 5 angeordnet ist, welcher den Formkanal an dieser Stelle in die engeren Durchgänge 7 bzw. 8 unterteilt. Die in die Form hineingerückte Spritzgussmasse wird durch diesen Formkanal   1    gemäss den Pfeilen   A    in Fig. 2 bewegt. Infolge der Reibung   zwi-      schen der sich bewegenden Spritzgussmasse und    den Wänden des Formkanals werden   Bewegungskräfte    gemäss den Kleinen Pfeilen B erzeugt.

   Wenn nun die Länge der einzelnen Fasern nicht grösser als die kleinste Abmessung des Querschnitts des   Durchgan-    ges 7 ist, verhindert dies das unregelmässige Aus , breiten der   Verstärkungsfiasern    unmittelbar hinter dem Stift 6.



   Eine Vorrichtung zur Ausübung des   erfindungs-    geässen Verfahrens ist in Fig. 3 dargestellt, während ein besondere Mischvorrichtung, also ein Teil der kompletten Vorrichtung, in Fig. 4 dargestellt ist.



   In Fig. 3 weist die Vorrichtung zwei Mischvor  richtungen I    und II, auf, die in Reihe liegen. So ist die Mischvorrichtung I für den ersten   Misch-und      Knetprozess    der Spritzgussmasse bestimmt, wogegen   die Mischvorriohtung II dazu bestimmt    ist, die Masse weiter zu mischen und zu kneten. Es liegt nahe, nur aine Mischvorrichtung zu verwenden, es ist jedoch auch möglich, mehrere   Mischvorrichtun. gen zu    verwenden, die parallel oder sogar in einer   reihenparal-    lelen Beziehung zueinander liegen.



   Jede Mischvorrichtung besteht aus eier Mischkammer 9 mit oberhalb dieser Mischkammer 9 angeordnetem Einfüllraum 10. Die Mischhkammer mündet in ein Auslassmundstück 18, das mit der Mischkammer 9 einstückig ist. Eine Welle 13, die nur mit einem Ende in der Seitenwand 12 der Mischkammer 9   dreh-    bar gelagert ist, ist über ein Getriebbe 20 von einem Elektromotor 21 antreibbar. Eine Mischschnecke in Form eines Förderbandes 14, die   schraubenlinienar-    tig um die Welle 13 herumgewunden und auf ihr   fest-    gelegt ist, geht in eine äussere zylindrische   Förder-    , schnecke 15 über, die am freien Ende der Welle 13 festgelegt ist, und zwar liegt sie innerhalb des Aus  lassmundstückes    18.

   Die   Bodenwand 16 der Misch-    kammer 9 ist in   ihrem Teil 17    zum Boden des   Aus-      lassmundstücks    18 leicht geneigt gestaltet (siehe Fig. 4). Die   Mischschnecke    14 ist ebenfalls mit einem Verbindungsteil 9 versehen, das der leichten Neigung ides Bodens 17 folgt und die Mischschnecke 14 unmittelbar mit der   Fördenschnecke    15 verbindet.



   Darüber hinaus weist die Vorrichtung eine Spritzgussvorrichtung 22, die mit einer Einlassöffnung 26   verseihen ist, und ausserdem ein Verbindungsstück    23   tauf, das dazu bestimmt ist, diese Vorrichtuing    22 mit der Form zur Herstellung des gewünschten, ver  stärkten    Kunststoff-Gegenstandes zu verbinden, wobei diese Form aus zwei getrennten Teilen 24 bzw. 25 besteht.

   Der Kolben 27 der   Spritzgussvorrichtung    22 wird durch eine   hydraulische Pfesse 28 bewegt.    Die Einzelheiten dieser spritzgussvorrrichtung sowie der Form, deren getrennte Teile zeitweilig mittels   Klemmfedern,    die gemäss den Pfeilen D auf der  Form gleiten, vereinigt werden, bedürfen keiner de  taillierten    Beschreibung, da sie. für die Erfindung   nioht wesentlich sind.   



   Wenn die Vorrichtung im   Einsiatz    ist, werden das Kunstharz, die Füllstoffe und die Verstärkungsfasern, üblicherweise in Form von Stapelglasseide, in die Mischkammer 9 der Mischvorrichtung I in Richtung der Pfeile   Al,    A  und   A3    eingeführt, und zwar über nicht dargestellte Zuführrohre.

   Durch   Inumlaufversetzen der Welle    13 dieser   Mischvor-      richtung I    wird der Inhalt der Mischkammer 9 gemischt und geknetet, wobei Teile der gemischten Masse durch die Förderschnecke 15 durch das   Aus-      lassmundstück    18 hindurch in Richtung des Pfeiles BB (Fig. 4) aus der Mischvorrichtung I   kontinuier-      lich    ausgetragen werden und dann in Richtung des Pfeiles E in die Mischkammer der Mischvorrichtung Il fallen.   Telle    der nicht unmittelbar aus der Misch  vorrichtung berausbeförderten    Masse werden in Richtung des Pfeiles CC (Fig.

   4), gezwungen, zur   Rück-    seitenwand 12 der Mischkammer 9 zurückzukehren, wodurch diese Teile erneut gemischt und geknetet werden. In der Mischvorrichtung II wird die Spritzgussmasse nochmals gemischt und geknetet. Teile der aus der   Mischvomchtung II herausgefördertem    Masse   fallen in Richtung des Pfeile. s F durch    die Ein  lassöffnfung    26 in die Spritzgussvorrichtun. Nachdem der Raum innerhalb des   Zylinders der Spritzguss-    vorrichtung 22 mit einer genügenden Menge an   SpBitzgussmasse gefüllt ist, wind    der Inhalt des Zylinders in die Form gepresst,   der. en Formkanäle    er ausfüllt.



   Anhand der nachfolgenden Beispiele wird das   er-      findungsgemässe Verfahren näher erläutert.    In allen Beispielen wird dabei von der soeben beschriebenen Verfahrensweise ausgegangen, so dass die Angaben in den Beispielen sich   auf die Matemaizusammen-    setzung beschränken können. Hergestellt werden in allen Fällen sogenannte   Probestäbe, die eine genaue    Prüfung g der Eingenschaften erlauben.



   Beispiel 1    1    kg   Polyesterharz,   Leguval    W 41   (Handelsnamen) wird bei Zusatz von 20 g Benzoylperoxyd mit 0, 35 kg Glasfasern (die eine Länge von 6 mm und einen Durchmesser von 0,   015    mm, also ein durch   schnittliches Verhältnis von Länge und Durdhmesser    von   400    aufweisen) und 0,50 kg Asbestfüllsoff mit einer Teilchengrösse von   50    u gemischt. Die Glasfa  sern    werden homogen verteilt (30 % derselben war noch in   Büscheln    von 100 Fasern vorhanden), wobei    die aus der knetbaren Masse erhaltenen Probestäbe    eine Biegefestigkeit a   b    = 652   kg/cm2    aufwiesen.

   Es hat sich herausgestellt, dass bearbeitete Oberflächen dieser Spritzgussprodukte, besonders an den Stellen, wo die Glasfasern noch in   Büscheln vorbanden sind,    bei Einwirkung konzentrierter Säuren relativ rasch angefressen wurden. Es ist hier also nicht die beste Ausführungsform vorhanden.



   Beispiel 2    1    kg des im Beispiel   1    erwähnten, Polyesters zu  sammen mit 20    g   Benzoyiperoxyd werden mit    0, 5 kg Asbestfüllstoff, Teilchengrösse 50  , und 350 g Glasfasern, Länge 6 mm (durchschnittliches Verhältnis von Länge und Durchmesser 400) gemischt. Bei Verteilung der Fasern zu 85 % einzelnen Fasern in der knetbaren Masse ist die Biegefestigkeit   a    b der Probestäbe 852 kg/cm2. Bearbeitete Oberflächen von aus dieser Masse angefertigten   Spritzgussgegen-    ständen wiesen durch die homogene Verteilung der Fasern eine grosse Beständigkeit   gelez    den Einfluss Konzentrierter Säuren auf.



  Vergleichsversuch
Nach dem Beipial 2   verfahrend,    jedoch bei Anwendung von Glasfasern einer Länge von 14    mm    (durchschnittliches Verhältnis von Länge und Durchmesser 930) wird eine   a b    von 600   kg/cm2    gemessen, aus dieser Masse können keine mechanisch festen   Spritzgussgsgenstände    angefertigt werden.



   Beispiel 3
Aus einer Masse nach dem Beispiel 2 wird durch Spritzguss nach dem erfindungsgemässen Verfahren ein Gegenstand hergestellt, der eine kleinste Wandstärke von 3 mm aufweist. In dem Fertigprodukt zeigen sich an den Stellen der geingen Wandstärke von 3 mm bald Risse.   Dies ereignet sich    nicht, wenn die Faserlänge der Verstärkungsfasern auf 3 mm herabgesetzt wird. Durch zusätzliche Verminderung der Teilchengrösse das Füllstoffes von einem   Durch-    messer von 50 auf   20,    u kann die Festigkeit um   20 % erhöht    werden. Es hat sich herausgestellt, dass die also o gebildeten Gegenstände den üblichen chemi0  schen    Anforderungen genügen.



  Vergleichsversuch
1 kg Epoxydharz   (  Epikote 828   Dow)    wird mit 0, 50 kg Asbestfüllstoff (Teilchengrösse 50  ), 0, 35 kg Glasfasern und 0, 4 kg   Metaphenylendiamin    gemischt. Der Durchmesser der Glasfasern beträgt   0,    015 mm.



   Die   a b    der   Probestärke,    wie mit Glasfasern von 3 mm erhalten, betrug 880   kg/cm2.    Besonders in dem letzteren Fall tritt bei engen Durchgängen eine erhebliche Strangbildung ein, wodurch bearbeitete Oberflächen rach angegriffen werden.



   Die Werte von Länge und Durchmesser für Glasfasern von 3, 6, und 15 mm betragen beziehungsweise 200, 400 und 1000 kg/cm2, so dass sich daraus ergibt, dass zu hohe Verhältnisse von   Länge und Durahmesser    nachteilig sind.



   Wer, den keine   Verstärkunigsfasern verwendet,    so   schält    man vergleichsweise folgendes Resultat : Vergleichsversuch    1    kg Polyester  Leguval W 41   (Handelsmarke Bayer) wird mit 1 kg Absbestfüllstoff (Teilchengrösse von ungefähr 50 ) bei Zusatz von 20 g   Benzoyle      peroxyd gemischt. Nach Homogenisieren weisen ge-    bildete   Probestäbe    eine Biegefestigkeit von a b = 458   kg/cm2    auf. Das Material ist nicht als Spritz  gussmaase    von eine hohe mechanische Festigkeit aufweisenden Gegenständen anwendbar.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Herstellung von Spritzgussgegen- ständen aus faserarmiertem kunstharz, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Kunstharz, Füllstoff und Armierungsfasern enthaltende Masse herstellt, indem man das mindestens aus Kunstharz, Füllstoff und Armierungsfasem bestehende Ausgangsmaterial in einem Schneckenband-Mischer mischt und gleichzeitig einen Teil des von der Miscbschnecke geforderten Mischgutes kontinuierlich durch eine Förderschnecke aus dem Mischer austrägt, worauf die ausgetragene Masse entweder ohne weiteres Misahen oder nach weiterem Mischen durch Spritzguss geformt wird.

   UNTERANSPRUCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischgut von der Misch- schnecke kontinuierlich von einer Einlassöffnung des Mischers zu einer Auslassöffnung des Mischers för- dert, wobei in der Auslassöffnung die Förder- schnecke das kontinuierliche Austragen sennes Teils des Mischgutes besorgt und die Förderleistung der Mischschnecke in Richtuing auf die Auslassöffnung grösser ist als die Förderleistung der Fördersohnecke beim Austragen.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der zu mischenden verstärkungsfasern Einzelfasern mit einem pro Faser gleichbleibenden Durchmesser von 0, 01 bis 0, 02 mm sind und dass für jede dieser Fasern das Verhältnis der Faserlänge zum Faserdurchmesser zwi schen 100 und 500 liegt.

   3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Verhältnis von Fa serlänge zu Faserdurchmesser seinerseits in einem direkt proportionalen Verhältnis zur Teilchengrösse des Füllstoffes steht, wobei diese Teilchengrösse 5 bis 50, beträgt.

   4. Verfahren nach Unteranspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass. die genannten Dimensio- nen bzw. Verhältnisse von mindestens 75 % aller Armierungsfasern erfüllt werden.

   5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 85 % der Armierungs- fasern die Dimenstionen bzw. Verhältnisse erfüllen.

   6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass jede einzelne Verstärkungsfaser eine Länge hat, die Kleiner ist als der kleinste Abstand zwischen gegenüberliegenden Punkten der in der Spritzgussform vorgesehenen Kanäle.

   PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Ausübung (des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekenzzzeichnet durch eine Misch vorriohtung, die eine oben mindestens teilweise offene Mischkammer (9) und ein Auslassmundstück (18) der Mischkammer (9) umfasst, wobei der gewölbte Boden (16) der Mischkammer über einen konischen Teil (17) in das Auslassmundstück (18) übergeht, während alle Seitenwände der Mischkammer in lotrechten Ebenen verlaufen, und durch eine in der Rückseiten- wand (12) der Mischkammer drehbar gelagerte, an .

   treibbare Welle (13), die innerhalb der Mischkammer mit einer Mischschnecke versehen ist, die als mit Abstand von der Welle schraubenlinienartig um die Welle herumgewundenes Band (14) ausgebildet ist und ein Ende dieser Welle in eine innerhalb des Auslassmundstückes liegende, Zylindrische Förderschnecke (15) übergeht.

   PATENTANSPRUCH III Nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch 1 hergestellter Spritzgussgegenstand.