CN101678576A - 用于制造纤维加强的塑料成型件的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造纤维加强的发泡的塑料成型件的方法和装置，其中包含纤维的聚合物熔体在一分开的传送缸(12)中被掺以物理发泡剂，并接着借助注塑模具(8)经由喷射缸(22)被喷射到成型模具(10)的模腔(11)中。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征、用于制造纤维加强的塑料成型件、特别是机动车辆内饰板的方法以及一种具有权利要求12的前序部分的特征的、用于制造纤维加强的塑料成型件的装置。
背景技术
由WO 02/26482 A1已知，通过使与加强纤维预混合的塑料粒料在挤出机中塑化、对其掺以物理发泡剂(Treibmittel)并接着在压力下将其引入注塑模具的模腔中，来制造纤维加强的塑料成型件。在这里，玻璃纤维的加料经由预制的塑料粒料实现，该塑料粒料具有限定份额的玻璃纤维。通过螺旋旋转对玻璃纤维加载荷，使得在塑化结束之后大大减小玻璃纤维长度，这导致不利地影响要制造的构件的机械特征值。
WO 98/31521 A2中描述另一可能性，以在注塑过程中借助物理发泡剂制造热塑性泡沫。将发泡流体借助气体定量站在定量阶段期间经由塑化缸上的多个进气口直接注射到熔体中并接着经由螺旋混合部件使其均匀化。螺旋混合部件在该方案中也再次导致玻璃纤维的非所希望的破碎并从而导致最终成品的机械特性恶化。
总体上已发现，在如在WO 02/26482 A1和WO 98/31521 A1中描述的方法中，总是损坏纤维并从而恶化产品，即使螺旋混合部件特别珍惜材料地构成，以减小这种影响。
在DE 10 2005 027 374 A1中已试图这样来避开上述困难性，即在注塑设备中已设置一具有三个相互分开的进口的注射机构，其中第一进口设置用于纤维复合基体用的热塑性塑料，另一进口设置用于加强纤维以及第三进口设置用于发泡剂，其中作为发泡剂使用一种化学发泡剂。化学发泡剂虽然具有优点，即它可将简单地定量并且可以容易地通过相应的混合均匀地分布于熔体中，但其缺点是，在分解时出现的、份额可高达60％的残余产物可能导致聚合物基体的退化以及机械特性的恶化和变色。此外，化学发泡剂由于较小的气体产率而具有缺点，即仅能达到有限的发泡率。
在DE 101 503 29 C2中描述一种方法，来使压缩的发泡气体经由一静态的混合器与聚合物熔体接触，该混合器设置在塑化机构与成型模具的封闭喷嘴之间。在此，一多孔的、围绕混合室的烧结金属面用作在发泡剂与聚合物熔体之间的接触元件。为了改善塑料熔体的彻底混合而规定，静态的混合器具有多个板条，这些板条伸进塑料熔体中，以借此引起熔体的多次换位。这种技术需要在气体定量站中的较高的投资，该气体定量站能在短的时间内将聚合物熔体均匀与发泡气体掺合。发泡气体本身的供应在喷射过程中实现，该喷射通常以高的速度和在短的时间内执行，这同样增大聚合物熔体与发泡气体均匀的彻底混合的困难。例如这样制成的塑料成型件虽然具有小的比重，但尽管纤维加强仍仅具有有限的稳定性。
DE 198 53 021 A1中描述一种类似的用于制造发泡的塑料成型件的方法。在该方法中也将物理发泡剂引入传统注塑机的熔体流中。该方法以同样的程度具有同样的缺点，如已在DE 101 503 29 C2中描述。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于制造纤维加强的、特别是用于机动车辆内饰板的塑料成型件的方法和装置，所述塑料成型件不具有以上所述的现有技术的缺点。
该目的通过一种具有权利要求1的特征的方法和一种具有权利要求12的特征的装置实现。
按照本发明的方法规定，首先在塑化单元、例如螺旋挤出机中通过加热使热塑性塑料的粒料塑化，接着将加强纤维供应给塑化单元并且在将加强纤维引入之后在塑化单元中对聚合物熔体排气。
对于有利的可使用的热塑性塑料的例子是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯共聚物(ABS-PC)、聚甲醛(POM)或者还有它们的混合物。
作为纤维适用玻璃纤维、碳纤维、尼龙纤维，但也适用纺织的天然纤维。有利地，例如对于按照本发明的方法可以使用连续玻璃纤维，将其在添加到塑化单元中时在一适合的前接的破碎机构中破碎。作为用于连续玻璃纤维的破碎机构，适用例如冲击式磨碎机或可类比地工作的装置，其允许制造具有确定的纤维长度的玻璃纤维。
在第二步骤中，将包含纤维的被排气的聚合物熔体转移到一分开的设置在塑化单元与注塑模具的喷射缸之间的传送缸中。在那里对聚合物熔体经由吹气单元掺以物理发泡剂。
物理发泡剂接着应溶解地存在于聚合物熔体中，该物理发泡剂的供应在排气之后才是合理的，因为首先必须除去随着将玻璃纤维引入到熔体中而无意地带入的空气，以便可以实现发泡剂在聚合物熔体中的均匀的溶解。
吹气单元可以有利地包括一被供给以发泡剂的至少部分地多孔的空心圆柱元件，如其在DE 101 503 29 C2中所描述的，其中该空心圆柱元件由一压力腔包围，该压力腔与用于物理发泡剂的源处于流体连接。发泡剂的提供直接由压缩气体瓶或供应箱或者借助气体定量站实现。
空心圆柱元件可以或者经由被供给以物理发泡剂的多孔的由烧结金属构成的接触面或者经由多个分开的、同样被供给以物理发泡剂的由透气材料构成的进口与聚合物熔体处于连接。
传送缸的尺寸和熔体在传送缸中的停留时间足够，从而可以采用其他的措施来优化发泡剂在熔体中的分布。
这样在一有利的实施形式中可以在空心圆柱元件中固定一静态的混合器，该混合器有利地具有至少部分地伸进聚合物熔体中的多个板条作为混合元件。经由多孔的空心圆柱面，给聚合物熔体装载发泡剂，其中熔体以发泡剂的富聚首先由于压力和浓度差在紧挨着多孔的烧结金属套筒的边缘层中实现。在聚合物熔体内的结合过程以及静态的混合器的伸进熔体通道中的各板条保证聚合物发泡剂混合物的换位和均匀化。
在一优选的实施形式中，借助电加热带调节静态的混合器、吹气单元和/或还有传送缸的温度，以保持塑料熔体的塑性状态。
静态的混合器可以模块式地构成，从而可以实现不同的直径或长度，以便借此使混合器体积匹配于要注塑的成型件的体积。在这种情况下，也相应地匹配吹气单元的容积。
也可以使用类似于在DE 198 530 21 A1中描述的实施形式的吹气单元，其中附加地经由一装入熔体通道中的筒(Torpedo)的多孔的表面引入发泡剂。按这种方式可以极大地增大与熔体处于接触的表面并因此改善熔体与发泡剂的彻底混合。
原则上可以将吹气单元附加地与静态的混合器或动态的混合器相组合，它们在传送缸中或者设置在吹气单元的空心圆柱元件本身中或者设置在吹气单元的后面。
间断地将聚合物熔体喷射到模腔中，其中在本发明的一实施形式中规定，在塑化的熔体流入成型模具或模具腔中时，处于压力下的熔体的压力降低并且溶解在熔体中的发泡剂的膨胀导致聚合物材料的发泡。结果是纤维加强的塑料成型件，它包括一具有泡沫结构的芯部和无泡沫的覆盖层，这些覆盖层在模具表面上形成。
本发明的另一有利的实施形式规定，使用这样的成型模具，所述成型模具允许模腔的时间上和容积受控制的扩张。在该实施方案中规定，首先完全用由发泡剂、加强纤维和塑料基体构成的混合物填充模腔，并且接着通过模腔的受控制的扩张使该混合物发泡。按这种方式可以有针对地调节无泡沫的覆盖层或泡沫芯部的厚度，并且可以制造具有优越的机械特性的塑料成型件，可以使这些塑料成型件的重量和强度有针对地匹配于相应的要求。
附图说明
以下借助实施例结合附图更详细地说明本发明。在此，
图1示出方法的示意的剖视图，和
图1a示出图1中的一部分。
具体实施方式
图1中大大简化地描述按照本发明的方法的整个流程。在第一方法步骤中，将塑料粒料21在塑化单元1中熔化并在此掺以加强纤维7。塑化单元1包括一传统的螺旋挤出机2，该螺旋挤出机具有多个分开的依次设置的进口4、5、6，其中第一进口4设置用于添加粒料21。然后，进口5、6设置用于可选地供应添加剂。
在塑化单元1的前面的三分之一中供应玻璃纤维7，其中在供应玻璃纤维7之后在塑化单元1的尖端上设有一用于对聚合物熔体排气的装置24，以从熔体中除去在引入玻璃纤维7时无意地带入的空气。
在塑化单元1中产生的、掺有纤维的和被排气的塑料熔体被转移到传送缸12中并且在那里通过一吹气单元13，在这里它被供给以物理发泡剂、优选N2气体或CO2气体。吹气单元13包括一多孔的、具有多孔的由烧结金属构成的接触面24的空心圆柱元件16，该空心圆柱元件由一压力腔17包围并且被供给以物理发泡剂。在空心圆柱元件16中固定一静态的混合器18，该混合器具有至少部分地伸进聚合物熔体中的多个板条19作为混合元件。作为发泡气体源14，如在当前的情况下可以使用简单的带有调节阀的压缩气体瓶或自动地调节气体定量的气体定量站。
或者在空心圆柱体中代替接触面也可以设置多个单个的由透气材料构成的进口，或可以使用类似于在DE 198 530 21 A1中所描述的实施形式的吹气单元，其中经由一装入熔体通道中的筒的烧结金属表面或一包围熔体通道的烧结金属部件引入发泡剂。
反应室12的容积选择成，使得将塑料熔体在混合和吹气单元中的流速保持得相对低，从而确保用气体足够地和均匀地装载，其中同时将磨损保持得微小和给出珍惜材料的加工。
从传送缸12将以发泡气体装载的和包含纤维的塑料熔体转移到喷射缸22中，从那里将熔体以高的喷射压力喷射到成型模具10的腔11中。
在图1所示的实施形式中，在传送缸12与喷射缸22之间设有一回流截止件23，该回流截止件在将聚合物材料喷射到成型模具10的腔11中时防止熔体回流到塑化单元1的排气区域中。
附加地或替代地，为了相同的目的在吹气单元13与塑化单元1之间也可以设置一回流截止件。此外也有可能，将传送缸12和喷射缸22(如图1中所示)相互设置，而不设置一这样的截止件，从而两个室直接相互连接，其中在这种情况下必须控制该过程或者必须采取附加的结构上的措施，这些措施使得在喷射缸22与传送缸12之间的分隔是多余的。
在传送缸12中和在喷射缸22中将熔体中的喷射压力保持得如此之高，使得气体保持溶解在塑料物质中并且聚合物物质不发泡。塑料物质的发泡或者在喷射到腔11本身中时实现，或者在本发明的一有利的实施形式中将喷射压力如此长时间地保持得高，一直到成型模具10完全用聚合物物质填充并且首先在腔的表面上固化一未发泡的层，以及在靠拢的模腔11扩张时才发生塑料物质的发泡。
图1a示出包括空心圆柱元件16的混合和定量单元的局部视图，该空心圆柱元件设置在一压力腔17中并且经由气体进口20被供给以发泡气体。空心圆柱元件16具有一多孔的由烧结金属构成的接触面25，在该空心圆柱元件中固定有一静态的混合器18，该混合器具有多个伸进塑化的熔体中并使熔体的均匀化加速的混合板条19。
在图1和1a中所述的本发明的实施形式中，只描述本发明构想的许多可能的实施形式的一个。对于技术人员来说，通过各单个的方法步骤的或在各方法步骤中使用的机构的改动得出其他的用来实现本发明构想的可能性，其中在附图描述中已说明几个可能性。
附图标记清单
1 塑化单元
2 挤出机
3 螺旋
4 粒料进口
5 添加剂进口
6 添加剂进口
7 连续玻璃纤维
8 注塑模具
9 活塞压力机
10 成型模具
11 模腔
12 传送缸
13 吹气单元
14 发泡气体源
15 减压阀
16 空心圆柱元件
17 压力腔
18 静态的混合器
19 混合板条
20 气体进口
21 塑料粒料
22 喷射缸
23 回流截止件
24 排气装置
25 多孔的接触面
Claims (22)
1.用于制造纤维加强的发泡的塑料成型件的方法，其中：
b)在第一步骤中由热塑性塑料的粒料(21)和加强纤维(7)在塑化单元(1)中得到包含纤维的聚合物熔体，
c)在第二步骤中对聚合物熔体掺以物理发泡剂和
d)接着在第三步骤中在压力下经由喷射缸(22)将该聚合物熔体喷射到成型模具(10)的模腔(11)中；
其特征在于，在塑化单元中添加加强纤维(7)之后对聚合物熔体排气，并且在通过塑化单元(1)之后在一分开地设置在塑化单元(1)与喷射缸(22)之间的传送缸(12)中经由吹气单元(13)给聚合物熔体添加物理发泡剂。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，使用螺旋挤出机(2)作为塑化单元(1)。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用一吹气单元(13)，该吹气单元具有一至少部分地多孔的、由压力腔包围的、被供给以物理发泡剂的空心圆柱元件(16)。
4.按照权利要求1至3之一项所述的方法，其特征在于，使用一空心圆柱元件(16)，该空心圆柱元件具有被供给以物理发泡剂的、多孔的、由烧结金属构成的接触面(25)。
5.按照权利要求1至3之一项所述的方法，其特征在于，使用一空心圆柱元件(16)，该空心圆柱元件具有多个分开的、被供给以物理发泡剂的、由透气材料构成的进口。
6.按照权利要求1至5之一项所述的方法，其特征在于，使用一设置在空心圆柱元件(16)中的、可被供给以发泡气体的并具有多孔的接触面的筒。
7.按照权利要求1至6之一项所述的方法，其特征在于，使用一在传送缸(12)的区域内在空心圆柱元件(16)本身内设置的或在空心圆柱元件(16)的后面设置的混合器(18)。
8.按照权利要求1至7之一项所述的方法，其特征在于，使用一固定在空心圆柱元件(16)中的并具有至少部分地伸进聚合物熔体中的多个板条(19)作为混合元件的静态的混合器作为混合器(18)。
9.按照权利要求1至8之一项所述的方法，其特征在于，使用可被加热的混合器(18)、传送缸(12)和/或喷射缸(22)。
10.按照权利要求1至9之一项所述的方法，其特征在于，作为用于聚合物基体的材料使用热塑性塑料，该热塑性塑料选自：聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚碳酸酯共聚物(ABS-PC)、聚甲醛(POM)或它们的混合物。
11.按照权利要求1至10之一项所述的方法，其特征在于，作为纤维使用玻璃纤维、碳纤维、尼龙纤维或纺织的天然纤维。
12.用于制造纤维加强的发泡的塑料成型件的装置，包括：
a)用于制造包含纤维的聚合物熔体的塑化单元(1)，
b)分开的用于将物理发泡剂引入聚合物熔体中的传送缸(12)，以及
c)包括成型模具(10)和喷射缸(22)的注塑模具(8)，用于加工装载发泡剂的和包含纤维的聚合物熔体；
其特征在于，塑化单元(1)具有用于对聚合物熔体排气的装置(24)，并且设置在塑化单元(1)与喷射缸(22)之间的传送缸(12)具有吹气单元(13)用于向聚合物熔体供给物理发泡剂。
13.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，塑化单元(1)是螺旋挤出机(2)。
14.按照权利要求12或13所述的装置，其特征在于，吹气单元(13)包括一至少部分地多孔的、由压力腔包围的、被供给以物理发泡剂的空心圆柱元件(16)。
15.按照权利要求12至14之一项所述的装置，其特征在于，空心圆柱元件(16)具有被供给以物理发泡剂的、多孔的由烧结金属构成的接触面(25)。
16.按照权利要求12至14之一项所述的装置，其特征在于，空心圆柱元件(16)包括多个分开的、被供给以物理发泡剂的、由透气材料构成的进口。
17.按照权利要求12至16之一项所述的装置，其特征在于，在空心圆柱元件(16)中设置一能供给以发泡气体的、具有多孔的接触面的筒。
18.按照权利要求12至17之一项所述的装置，其特征在于，在传送缸(12)的区域内在空心圆柱元件(16)本身内或者在空心圆柱元件(16)的后面设置一混合器(18)。
19.按照权利要求18所述的装置，其特征在于，混合器(18)作为静态的混合器固定于空心圆柱元件(16)中，并且具有至少部分地伸进聚合物熔体中的多个板条(19)作为混合元件。
20.按照权利要求12至19之一项所述的装置，其特征在于，混合器(18)、传送缸(12)和/或喷射缸(22)是可被加热的。
21.按照权利要求12至20之一项所述的装置，其特征在于，注塑模具(8)包括具有能扩张的模腔(11)的成型模具(10)。
22.按照权利要求1至11之一项所述的方法制造的塑料成型件作为机动车辆内饰件的应用。
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