CZ20022824A3

CZ20022824A3 - Způsob reaktivního vstřikování a forma k provádění způsobu

Info

Publication number: CZ20022824A3
Application number: CZ20022824A
Authority: CZ
Inventors: John W. Mclaren
Original assignee: Dow Global Technologies Inc.
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2003-02-12
Also published as: KR100734765B1; WO2001060591A1; DE60107657T2; KR20020073351A; EP1257408A1; CA2400465A1; DE60107657D1; JP2003522656A; BR0108577B1; BR0108577A; CA2400465C; US6610239B2; MXPA02007897A; AU2001237062A1; ATE284305T1; CN1400937A; EP1257408B1; US20020109268A1

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se týká nové licí formy pro použití při přípravě polyurethanových výrobků vstřikovým litím. Také se dále týká nového způsobu přípravy součástí vstřikovým litím a nových výrobků, používajících tento způsob přípravy.

Dosavadní stav techniky

Největší množství výrobků, připravovaných s používáním polyurethanové chemie je připravováno za použití vstřikového lití. Obecně lze uvést, že při vstřikovém lití složek, z nichž jsou součásti připravovány, jsou pomocí vstřikového lití umísťovány do formy a podrobovány působení podmínek, pří kterých dochází k tuhnutí takto vpravených materiálů. Potom je výrobek z formy odstraněn. Výhodný je způsob odstraňování polyurethanového materiálu z formy. Odstranění tohoto výrobku z formy obecně se dosahuje zkrápěním formy, přičemž jsou předtím reaktanty vstřikově lity do formy s vnitřním separačním uvolňováním. Použitím vnitřního separačního uvolňování se přidává zvláštní krok ke způsobu, což významně ovlivňuje produktivitu licího či lisovacího stroje. Alternativně se pak pro toto vnitřní separaění uvolňování, vkládají do materiálů, které se používají pro formu výrobku, určité látky, jako je například stearát zinečnatý. Použití vnitřního separačního uvolňování může redukovat několikanásobně potřebu zkrápění při vnitřním separačním uvolňováni.

Pro součásti, jako jsou tělesa panelů, používaná pro samohybná použití, jež jsou povrchově upravována pomocí průmyslových způsobů povrchových úprav, vnitřní separační uvolňování interferuje s aplikací průmyslového způsobu povrchové úpravy dané součásti. Zabráněním vnitřnímu separačnímu uvolňování vůči interferování s povrchovou úpravou dané součásti, je přijatelným způsobem prakticky prováděno zatavením této součásti poté, co tato součást byla odstraněna od formy, ochlazena a umyta. Takovéto součásti nebo výrobky jsou typicky zatavovány pomocí melaminu založeném na bází polyurethanového materiálu. Použití stroje na zatavování je velmi nákladné, až do 30 procent nákladů na danou součást.

Je tedy žádoucí odstranit tento zatavovací krok pro výrobky, které jsou povrchově upravovány pomocí obvyklých průmyslových způsobů, používaných pro povrchové úpravy.

Je tedy zapotřebí, aby byla použita taková forma pro vstřikové lití součástí z polyurethanových materiálů, aby uvedené součásti nevyžadovaly používání stroje pro zatavování předtím, než jsou podrobeny průmyslovému způsobu pro povrchovou úpravu. Dále je také zapotřebí způsob pro přípravu takovýchto součástí nebo výrobků, používajících výchozí materiály na bázi polyurethanu. Dále je potom též zapotřebí takových polyurethanových vstřikově litých součástí, které by nevyžadovaly používání stroje na zatavování předtím, než jsou podrobeny průmyslovému způsobu pro povrchovou úpravu.

Podstata vynálezu

Podle jednoho aspektu tento vynález obsahuje formu, užitečnou pro přípravu výrobku na bázi polyurethanu, přičemž tato forma obsahuje kov v nezbytném tvaru tak, aby bylo možné připravit výrobek žádaného tvaru, přičemž uvedená forma je na částech povrchu, které přicházejí do styku s polyurethanovými materiály, upravena kovovým povlakem, a tento kovový povlak je tvořen kontinuální matricí z kobaltu nebo niklu, a v podobě diskontinuální matrice je dispergován fluorovaný polyolefínový polymer.

• ·· · • » · · · * · * « · • · ···«· · · · · ««···· ···· ·· ··· ·· ·· ····

Podle jiného aspektu se poskytuje způsob vstřikového lití součástí z polyurethanových materiálů, přičemž tento způsob obsahuje vstřikování dvoudílného polyurethanového prostředku nebo termoplastického polyurethanového prepolymeru do formy, která je výše popsaná, a vstřikované materiály jsou vystaveny působení takových podmínek, za nichž dochází k utvoření vlastního výrobku tuhnutím, a poté je utvořený výrobek odstraněn z formy.

Podle dalšího jiného aspektu je výrobkem takový výrobek, který obsahuje polyurethanový materiál připravován vstřikovým litím, přičemž obsahuje 0,5 % hmotnostních nebo méně pro vnitřní separační uvolňování od formy a který může být nanášen průmyslově používaným způsobem, aniž by bylo třeba použít stroj na zatavování při nanášení na výrobek.

Formy a způsob podle tohoto vynálezu umožňuje připravit polyurethanový výrobek, který může být povrchově upravován průmyslovým způsobem, aniž by bylo zapotřebí zatavovacího stroje pro vnější povrch uvedeného výrobku. Navíc potom umožňuje tato forma a způsob přípravu více než 200 výrobků, aniž by bylo zapotřebí zkrápění formy na jejím vnějším povrchu. Dále potom použití uvedeného principu umožňuje určité zrychlení, tedy umožňuje zkrátit dobu vstřikování výchozích surových materiálů, a dovoluje použít materiál, který má menší vnitřní separační uvolňování, než se používá u nepotahovaných forem.

Mezi formy podle tohoto vynálezu lze zahrnout kovové formy jakéhokoliv požadovaného tvaru, který je obecně používán pro vstřikové lití. Kovem může být jakýkoliv kov, který je obvykle používaný pro vstřikové lití, jako je nerezavějící ocel nebo hliník. Uvedená forma je povrchově upravená na svém vnějším povrchu, který se dostává do styku s materiálem, který má být litý. Tato povrchová úprava (nátěr) v sobě zahrnuje kontinuální matrici z kovu, obsahujícího nikl nebo kobalt, s výhodou nikl, dispergovaný v kontinuální matrici z fluorovaného polyolefínového polymeru, s výhodou polytetrafluorethylenu. Množství přítomného kovu je takové množství, které je přiměřené k tomu, aby mohl tento kov tvořit kontinuální matrici. Množství přítomného fluorovaného polyolefínu je takové přiměřené množství, aby dostačovalo ke zvýšení zvlhčení nebo mazivosti uvedeného nátěru. S výhodou je množství fluorovaného polyolefínu v tomto nátěru 10 % hmotnostních daného nátěru nebo vyšší, výhodněji potom 20 % hmotnostních nebo vyšší uvedeného nátěru a nejvýhodněji 23 % hmotnostních nebo vyšší uvedeného nátěru. Výhodné množství fluorovaného polyolefínu je 50 % hmotnostních nebo méně uvedeného nátěru, výhodněji 30 % hmotnostních nebo méně a nejvýhodněji na vnitřním povrchu, který je ve styku s litým materiálem, 25 % hmotnostních nebo méně uvedeného nátěru.

• Φ φφφ ·

Množství kovu v uvedeném nátěru je 50 % hmotnostních nebo více, s výhodou 70 % hmotnostních nebo více a nejvýhodněji 75 % hmotnostních nebo více. S výhodou je množství kovu v uvedeném nátěru 70 % hmotnostních nebo méně, výhodněji 80 % hmotnostních nebo méně a nejvýhodněji 77 % hmotnostních nebo méně.

Tloušťka nátěru je s výhodou 0,015 24 mm (0,000 6 palce) nebo vyšší, výhodněji 0,038 1 mm (0,001 5 palce) nebo vyšší. S výhodou je potom tloušťka uvedeného nátěru 0,076 2 mm (0,003 palce) nebo menší, výhodněji potom 0,050 8 mm (0,002 palce). Obecně je forma povrchově upravena elektronanášecím způsobem. Tyto způsoby jsou velmi dobře známé v dané oblasti techniky a obvykle je v nich zahrnuto vkládání formy do lázně, která obsahuje kov a fluorovaný polyolefín, dále aplikování proudu na část nebo na formu za takových podmínek, za nichž je kov a fluorovaný polyolefín nanesen na uvedený vnitřní povrch formy v žádané tloušťce.

Povrchové úpravy (nátěry) používané pro formu jsou komerčně dostupné. Jeden takovýto nátěr je dostupný od firmy Roehlen Industries NA v Younstownu, Ohio, pod obchodním názvem TREBOCOAT, rovněž je dále dostupný od firmy Nimet Industries, South Bend, Indiana, pod obchodním názvem NiCoTeF Coatings. Mezi jiné další užitečné komerčně dostupné nátěry patří ty, které lze získat od firmy Melco Engraving. Hliníkové nátěry forem mohou být použity takové, jež jsou dostupné od firmy Nimet Industries, lne., South Bend, Indiana pod obchodním názvem NiCoTeF. Mezi jiné další nátěiy patří 25 % polytetrafluorethylen v 75 % niklu, dostupný od firmy Halí Technologies.

Výrobky podle tohoto vynálezu mohou být obecně připravovány vstřikováním surového materiálu do formy a vystavením působení takových podmínek, při nichž dochází k tuhnutí daného výrobku. Tento způsob nevyžaduje natírání formy s vnitřním separačním uvolňováním před přípravou každé části. Uvedené součásti mohou být snadno odstraňovány od formy bez toho, že by docházelo kadhezi polyurethanové části k povrchu formy. Při jednom z provedení tohoto vynálezu může být použito vstřikové lití. Při vstřikovém lití se termoplastický polyurethanový prepolymer zahřívá na teplotu, která je vyšší než je jeho teplota tání a vstřikuje se do formy. Tento materiál se chladí na teplotu nižší než je teplota tání tak, aby došlo k tuhnutí termoplastického polyurethanu. Později se pak tuhý výrobek žádaného tvaru odstraní z formy. Termoplastické polyurethany, které mohou být použity při tomto způsobu, jsou velmi dobře známé odborníkům v dané oblasti techniky a jsou uveden v US patentu 5 627 254.

♦ 4 4 «4 ·

4· 44

4 4

4 ♦

44 4

44444

4#

4444

Při jiném způsobu se uvedené součásti připravují reakčním vstřikovým litím. Při reakčním vstřikovém lití se isokyanát terminující prepolymer nebo nějaký jiný isokyanát, vstřikuje do formy ve stejnou dobu jako materiál obsahující skupiny, které jsou reaktivní vůči uvedenému isokyanátu. Způsoby reakčního vstřikového lití jsou popsány v US patentu 4 218 543 a v dále v US patentu 5 106 874, přičemž oba jsou zde začleněny jako odkaz. Dále pak mohou materiály, které jsou vstřikovány do formy, také obsahovat katalyzátor, který katalyzuje reakci mezi isokyanátem a sloučeninou reagující s isokyanátem. Obecně pak lze uvést, že isokyanáty užitečné pro přípravu polyurethanových součástí připravovaných reakčním vstřikovým litím jsou velmi dobře známé a jsou popsány v US patentu 5 852 137, odstavec 2, řádek 40 až odstavec 3, řádek 43 a dále potom v US patentu 5 106 874, odstavec 6, řádek 52 až odstavec 7, řádek 8, což je zde začleněno jako odkaz. Obecně pak lze dále uvést, že polyoly nebo isokyanátové reaktivní materiály, jako jsou polyoly, které mohou být užitečné pro přípravu polyurethanových výrobků připravovaných reakčním vstřikovým litím jsou velmi dobře známé odborníkům v dané oblasti techniky a jsou popsány v US patentu 5 852 137, odstavec 3, řádek 46 až odstavec 4, řádek 64, což je zde začleněno jako odkaz. Katalyzátory užitečné pro katalyzování reakce isokyanátem terminovaného prepolymeru s polyolem jsou velmi dobře známé odborníkům v dané oblasti a jsou popsány v US patentu 5 852 137, odstavec 7, řádek 56 až odstavec 8, řádek 24 a dále také v US patentu 4 218 542, odstavec 10, řádek 26 až odstavec 11, řádek 30. Popsané cínové katalyzátoiy jsou výhodné pro použití při tomto způsobu.

Mezi reaktanty pro RIM (RIM - reaktion ínjection molding - reakční vstřikové lití) způsob mohou také dále patřit činidla pro nastavování řetězce, která jsou známá odborníkům v dané oblasti techniky. Takováto činidla pro nastavování řetězce jsou například uvedena v US patentu 5 106 874, odstavec 9, řádek 13 až odstavec 9, řádek 50.

Obvykle jsou před vstřikováním surových výchozích látek formy předehřívány. Výhodné je, pokud je forma předehřívána na teplotu v rozmezí 65 °C až 85 °C. Výchozí látky mohou být vstřikovány při teplotě v rozmezí od teploty okolí 23 °C až po teplotu 70 °C, s výhodou potom při teplotě do 60 °C.

Obecně mívají uvedené materiály dobu zdržení ve formě v rozmezí 20 sekund až 30 sekund. Takovéto výrobky jsou ve své povaze elastomemí. Tyto výrobky mohou být snadno odstraňovány z forem.

Při jiném provedení je možné připravit pěnové polyurethanové výrobky. Isokyanátový prepolymer nebo polyisokyanát, látka reaktivní a polyurethanem nebo isokyanátovou částí a katalyzátor, jsou vstřikovány do formy spolu s nadouvadlem.

«φ φφφφ • φ • φ φ φφφφ φφ φφ ·· ♦ · 9

9 9

ΦΦΦΦ

Přítomnost nadouvadla působí na utváření buněk v matrici polyurethanu a proto dochází k utvoření pěny. Nadouvadla, užitečná podle tohoto způsobu jsou velmi dobře známá a jsou popsána v US patentu 4 218 543, odstavec 11, řádek 30 až odstavec 11, řádek 54.

Při jiném provedení mohou pak uvedené látky, které jsou vstřikovány do formy, obsahovat zesíťovací činidla pro zlepšení struktury pěny. Zesíťovací činidla, jež jsou známa v dané oblasti techniky, mohou být rovněž použita při zde uvedeném způsobu.Takováto zesíťovací činidla jsou uvedena v US patentu 5 106 874, odstavec 9, řádek 51 až odstavec 9, řádek 66. Mezi výrobky, připravené podle tohoto vynálezu, patří taktéž polyurethanové elastomeiy a pěny. Takovéto pěny obecně obsahují nějaké množství látky pro vnitřní separační uvolňování od formy, jako je stearát zinečnatý, v množství 0,5 % hmotnostních výrobku nebo méně a výhodněji 0,2 % hmotnostních daného výrobku nebo méně. Při některých provedeních může být požadováno zkrápění formy pro vnitřní separační uvolňování od formy před počátkem přípravy výrobku podle předloženého vynálezu. Použití forem s povrchovou úpravou (nátěrem) podle předloženého vynálezu umožňuje přípravu více než 200 výrobků vybraných aplikací s vnitřním separačním uvolňováním od povrchu formy.

Mnoho výrobků podle tohoto vynálezu se používá při přípravě výrobků, u nichž se vyžaduje povrchová úprava ěi nátěr. Jedním z příkladů výrobku podle předloženého vynálezu je těleso panelu pro automobil nebo pro nákladní vůz. Takováto tělesa panelů musí být natřena základní podkladovou barvou, natřena základním nátěrem a poté natřena průhledným nátěrem. To vyžaduje, aby takový výrobek prošel pecí a to pro vytvrzení různých nátěrů. Formy podle předloženého vynálezu umožňují přípravu výrobků, které mohou být natírány podle zde popsaného způsobu, aniž by bylo třeba aplikovat v případě takovéhoto výrobku stroj na zatavování.

Další výhoda forem podle předloženého vynálezu tkví vtom, že uvedené formy požadují méně časté čištění a tudíž tedy je u těchto forem zvýšena produktivita výroby.

Dále bude uveden příklad provedení tohoto vynálezu, jehož účelem je blíže ilustrovat tento vynález, přičemž však žádným způsobem neomezuje obsah ani rozsah tohoto vynálezu. Pokud není uvedeno jinak, jsou všechny uvedené díly a procenta hmotnostní.

·« ·««· « < ·« _<( • » » ·« » · *«· ·· ···«» , • · · ····»· · • · · · · · · · · ···· ♦· ··· «» ** ···«

Příklad provedení vynálezu

Destičkovitě tvarovaný zálisek se leští a upravuje pomocí nátěrového prostředku z niklu (75 %) a polytetrafluorethylenu (25 %). Tento destičkovitě tvarovaný zálisek se poté vloží do stroje na reakční vstřikové lití. Destička se pak čistí, zkrápí se pomocí Chemtrend RCTW pro uvolnění formy; tento uvedený prostředek je dostupný od Chemtrend, dále se leští pomocí fáčoviny a zkrápí se za opětného uvolňování formy. Při jedné sadě kroků se v jejich průběhu použije destičkovitě tvarovaný zálisek aniž by se použilo povrchové úpravy, nátěru. U jiného destičkovitě tvarovaného zálisku se použije povrchové úpravy - nátěru - tak, jak zde již bylo popsáno. Uvedené zálisky se tvarují za použití SPECTRIM™ BP 80 dvousložkové polyisokyanátové polyolové formulace, dostupné od firmy Dow Chemical Company. Devět zálisků se tvaruje tak, že se použije povrchově neupravený, nenatřený zálisek předtím, než se destička stane lepivou. Dvacet destiček se tvaruje tak, že se použije povrchově upravený, natřený zálisek předtím, než se destička stane lepivou.

Natřený destičkovitě tvarovaný zálisek se instaluje do Cincinnati Milacron HT RRIM zpracovatelského stroje. Ke tvarování za použití uvedené formy se použije více než 1 000 destiček. Nebylo zjištěno žádné pozorovatelné snížení kvality u uvedených nátěrů. Kromě toho je odstraňování urethanu od povrchu formy snadnější.

4444

4 4

4444 44

* 4 4 4 4 4

444 44 44 4444

Průmyslová využitelnost

Licí forma pro reakční vstřikové lití a způsob reakčního vstřikového lití pro nové výrobky, u nichž se tento způsob používá, je významný zejména pro strojírenský, event. stavební průmysl a dále pak pro oblast výroby spotřebních výrobků.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Forma pro vstřikově litou polyurethanovou součást, vyznačující se t í m, že obsahuje vymezenou kovovou část formy pro přípravu součásti žádaného tvaru, přičemž je na vnitřní povrch formy nanesen nátěr obsahující kontinuální matrici z niklu nebo kobaltu, a uvnitř je dispergována diskontinuální matrice z fluorovaného polyolefínu.
2. Forma podle nároku 1, vyznačující se tím, že fluorovaný polyolefín je v nátěru přítomen v množství 10 % hmotnostních až 50 % hmotnostních nátěru.
3. Forma podle nároku 2, vyznačující se t í m, že fluorovaný polyolefín je v nátěru přítomen v množství 20 % hmotnostních až 30 % hmotnostních nátěru.
4. Forma podle nároku 2, vyznačující se t í m, že tloušťka nátěru na vnitřním povrchu formy je 0,015 24 mm až 0,076 2 mm.
5. Forma podle nároku 4, vyznačující se t í m, že tloušťka nátěru na vnitřním povrchu formy je 0,038 1 mm až 0,050 8 mm.

*♦ ·*·Φ ♦ · · • · • · · • ·* · · « * »· φφ «φ • · · · Φ 9 «

9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 Φ 9 • · Φ Φ · 9 ' • · Φ Φ· ·· 9999
6. Forma podle nároku 5,vyznačuj ící se t í m, že kovem je nikl.
7. Forma podle nároku 6, vyznařující se t í m, že fluorovaný polyolefín je polytetrafluorethylen.
8. Způsob přípravy polyurethanového výrobku, vyznačující se tím, že se do formy podle kteréhokoliv z nároků 1 až 7 (a) vstřikuje termoplastický polyurethan;

(b) vstřikuje (i) polyisokyanátový nebo isokyanátový prepolymer, a (ii) materiál mající v průměru více než jednu skupinu, která je reaktivní s isokyanátem;

(c) materiál se vystavuje působení takových podmínek, za nichž dochází k utvoření tuhé hmoty; a (d) utvořený výrobek se odstraňuje z formy.
9. Vstřikově litá polyurethanová součást, vyznačující se t í m, že obsahuje polyurethan žádaného tvaru, připravený způsobem podle nároku 8, přičemž polyurethanová součást obsahuje 0,5 % hmotnostních nebo méně činidla pro vnitřní separační uvolňování od formy, přičemž součást může být natírána pomocí průmyslově používaného způsobu, aniž by bylo třeba použít stroj na zatavování před vlastním nanášením nátěrové vrstvy na výrobek.