DD149339A1

DD149339A1 - METHOD FOR THE INJECTION MOLDING OF DEFORMABLE MATERIALS, ESPECIALLY THERMOPLASTS

Info

Publication number: DD149339A1
Application number: DD21927980A
Authority: DD
Inventors: Peter Siegert
Original assignee: Peter Siegert
Priority date: 1980-02-27
Filing date: 1980-02-27
Publication date: 1981-07-08

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Spritzgiesztechnik zur Herstellung von Formteilen aus Thermoplasten und anderen in ihrem Verarbeitungsverhalten den Thermoplasten aehnlichen formbaren Werkstoffen. Durch eine veraenderte Verfahrensfuehrung waehrend der Nachdruckphase des Spritzgieszprozesses wird erfindungsgemaesz vorgeschlagen, innerhalb des Werkzeughohlraumes eine annaehernd oertlich konstante Druckverteilung mit dem Ziel zu erzeugen, wesentliche Qualitaetsparameter spritzgegossener Formteile zuverbessern und insbesondere guenstigere Bedingungen fuer das Praezisionsspritzgieszen zu schaffen. Gegenueber der bisher ueblichen Verfahrensweise eines zumeist zeitlich konstanten Nachdruckes wird erfindungsgemaesz nach erfolgtem Einspritzen und Verdichten des Werkstoffs im Werkzeug der in Anschnittnaehe wirkende Nachdruck sprunghaft auf einen Wert gesenkt, der im allgemeinen noch unter dem des zu diesem Zeitpunkt anschnittfern vorhandenen Drucks liegt und im weiternen Verlauf solange konstant gehalten wird, bis sich im gesamten Werkzeughohlraum minimale oertliche Druckdifferenzen ausgebildet haben, die im weiteren durch eine gezielte Nachdruckfuehrung aufrechtzuerhalten sind.The invention relates to the field of Spritzgiesztechnik for the production of molded parts made of thermoplastics and other in their processing behavior of the thermoplastics similar malleable materials. By means of a modified process during the post-injection phase of the injection molding process, it is proposed to produce an approximately constant pressure distribution within the mold cavity with the aim of improving essential quality parameters of injection molded parts and, in particular, to provide more favorable conditions for the precision injection molding. Compared to the hitherto customary procedure of a mostly time-constant reprint Erfindaesz is abruptly lowered after injection and compression of the material in the tool acting in close proximity reprint to a value that is generally below that of the existing at this time existing remote pressure and in the long run as long as it is kept constant until minimal local pressure differences have formed in the entire mold cavity, which are to be maintained in the further by a targeted Nachdruckfuehrung.

Description

Verfahren zum Spritzgießen von verformbaren Werkstoffen, insbesondere ThermoplastenMethod for injection molding deformable materials, in particular thermoplastics

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Spritzgießtechnik zur Herstellung von Formteilen aus nicht verschäumten Thermoplasten -mit oder ohne Füllstoffe und anderen in ihrem Verarbeitungsverhalten den Thermoplasten ähnlichen formbaren Werkstoffen. Dazu zählen solche Duroplast- und Elastwerkstoffe, bei denen stoffbedingt oder durch die Wahl des technologischen Regimes während der Nachdruckphase eine Volumenkontraktion im Werkzeug und damit verbunden ein Druckfall einsetzt.The invention relates to the field of injection molding for the production of moldings from non-foamed thermoplastics -with or without fillers and other in their processing behavior of the thermoplastics similar moldable materials. These include those thermosetting and elastomers in which, due to the material or the choice of the technological regime during the holding pressure phase, a volume contraction in the tool and, associated therewith, a pressure drop commences.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Beim Spritzgießen lassen sich hinsichtlich der Stoffwandlung drei Phasen unterscheiden, das Plastizieren, das Einspritzen und das Formstoffixieren. Die Verfahrensabläufe innerhalb dieser drei Phasen üben einen unterschiedlichen Einfluß auf die Qualität der zu erzeugenden Formteile aus und werden derzeit mit verschiedenen technischen Mitteln mehr oder weniger gut beherrscht. Nach vollzogener volumetrischer Füllung des Werkzeughohlraumes muß in der sich anschließenden Formstofffixierphase die Formmasse im Werkzeug durch v/eitere Druckwirkung, dem sogenannten Nachdruck, verdichtet werden. Dabei zeigte sich, daß von der jeweiligen Höhe eines zeitlich konstant eingestellten Nachdruckes und besonders bei Einstellung eines sich zeitabhängig verändernden Nachdrucks nicht nur der Schwund, sondern praktisch das gesamte Eigenschaftsbild desIn injection molding, three phases can be distinguished in terms of material conversion: plasticizing, injection and molding compounding. The processes within these three phases exert a different influence on the quality of the molded parts to be produced and are currently more or less well controlled by various technical means. After completed volumetric filling of the mold cavity must in the subsequent Formstofffixierphase the molding material in the tool by v / eitere pressure effect, the so-called reprint, be compacted. It was found that not only the shrinkage, but practically the entire property image of the respective height of a constantly set reprint and especially when setting a time dependent changing emphasis

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Formteils entscheidend beeinfluß-t werden. Ausgehend von dieser Erkenntnis wurden Erfindungen bekannt, in denen technische Lösungen zur Steuerung oder Regelung des Nachdruckverlaufes über die gesamte Nachdruckzeit oder für bestimmte Abschnitte der Nachdruckphase vorgeschlagen wurden. In der Regel wurde darauf orientiert, den für die jeweilige Verarbeitungsaufgabe als optimal erkannten Nachdruckverlauf mit Hilfe von Prozeßführungsgeräten ständig neu zu reproduzieren. (Z. B. DE-OS 2 030 108; 2 419 975 5 2 528 963). Bisher haben diese Prozeßführungsgeräte erst eine begrenzte Anwendung gefunden. Hierfür sind u. a. noch unzureichende Kenntnisse über die Gestaltung de3 optimalen Verfahrensablaufs während der Nachdruckphase, ausgehend von einzuhaltenden Eigenschaftsanforderungen und der deshalb noch notwendigen empirischen Einstellung des optimalen Nachdruckverlaufs, ausschlaggebend.Be decisively influenced molding. On the basis of this finding inventions were known in which technical solutions for controlling or regulating the Nachdruckverlaufes have been proposed over the entire holding time or for certain sections of the emphasis phase. As a rule, it has been oriented to continuously reproduce the reprinting process, which has been identified as optimal for the respective processing task, with the aid of process control devices. (Z. B. DE-OS 2,030,108; 2 419 975 5 2 528 963). So far, these process control devices have only found a limited application. For this u. a. still insufficient knowledge about the design of the optimal process sequence during the post-printing phase, based on the property requirements to be met and the therefore still necessary empirical adjustment of the optimal post-pressure curve, decisive.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Spritzgießen von verformbaren Werkstoffen, wie z. B. Thermoplasten, zu entwickeln, wonach die Herstellung solcher Y/erkstoffe mit definierbaren und über das gesamte Formteil konstanten Eigenschaften möglich ist.The aim of the invention is to provide a method for injection molding of deformable materials, such. As thermoplastics, to develop, after which the production of such Y / erkstoffe with definable and over the entire molded part constant properties is possible.

Darlegung des V/es ens der ErfindungPresentation of the invention

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, beim Spritzgießen den bekannten Verfahrensablauf während der Nachdruckphase zu verändern, um eine wesentliche Verbesserung des Eigenschaftsbildes der hergestellten Formteile zu erreichen.The object of the invention is to change the known process sequence during the injection molding during injection molding in order to achieve a substantial improvement of the property profile of the molded parts produced.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß innerhalb des Werkzeughohlraumes ein örtlich konstantes Druckfeld aufgebaut und qualitativ bis zum Ende der Formstoffixierphase aufrechterhalten wird·According to the invention, the object is achieved in that a locally constant pressure field is built up within the mold cavity and is maintained qualitatively until the end of the molding material fixing phase.

Bei den bekannten Verfahren treten zwischen anschnittnahen und anschnittfernen Orten im Werkzeug im allgemeinen starke örtliche Differenzen auf, die in der Druckfallphase ständig zunehmen und schließlich mit dem Erstarren der Bewegungsvor-In the known methods occur between near-incision and off-focal locations in the tool in general strong local differences, which increase steadily in the pressure drop phase and finally with the solidification of movement Vor-

_· .. 219 279_ · .. 219 279

'gänge im Anschnitt und im Werkzeug ihren Maximalwert erreichen. In Anschnittnähe kann der abkühl- oder vernetzungsbedingte Druckfall durch Nachdrücken weiterer Masse teilweise kompensiert v/erden, was jedoch bis hin zu den anschnittfernen Orten infolge der Viskositätszunahme nicht möglich ist.'ganges in the gate and in the tool reach their maximum value. Close to the gate, the cooling or crosslinking-related pressure drop can be partially compensated by pushing in further mass, but this is not possible as far as the off-site locations due to the viscosity increase.

Die Ausbildung größerer örtlicher Druckdifferenzen wird eingeschränkt, wenn mit abklingendem Nachdruck gearbeitet wird. Mitunter ist der Druck in Anschnittnähe bedeutend niedriger als anschnittfern; nur in Ausnahmefällen wird auf diese V/eise ein annähernd örtlich konstantes Druckfeld erzeugt.The formation of larger local pressure differences is limited when working with evanescent emphasis. Occasionally the pressure in the vicinity of the gate is significantly lower than close to the gate; only in exceptional cases is an approximately locally constant pressure field generated on this occasion.

Erfindungsgemäß wird zur Erzeugung eines örtlich konstanten Druckfeldes im gesamten Werkzeughohlraum der Verfahrensablauf durch eine Nachdrucksteuerung oder -regelung so gestaltet, daß gjsgen Ende der Verdichtungsphase, d. h. zu einem Zeitpunkt, wo die Druckdifferenzen im Werkzeug im allgemeinen ihren Minimalwert erreichen, bezüglich des anschnittnahen Druckverlaufes ein plötzlicher Druckabfall (Drucksprung) eingeleitet wird. Der Druck fällt dabei im allgemeinen zeitverzögert, auf einen Wert ab, der noch unter dem anschnittfernen vorhandenen Druck liegt. Auf diese Weise wird der noch höhere Druck in den mittleren Abschnitten des Werkzeughohlraumes durch einen Masserückfluß schnell abgebaut und es bildet sich ein Druckgefälle in entgegengesetzter Richtung aus. Aufgrund des abkühl- oder vernetzungsbedingten Druckfalls und weiterer Druckausgleichsvorgänge verringert sich das Druckgefälle im Werkzeug auf einen minimalen Wert, wenn während des folgenden Zeitabschnitts anschnittnah ein dem Anwendungsfall angepaßter Druckverla_uf eingehalten wird. Im allgemeinen genügt es den Druck konstant zu halten oder auch einen schwach progressiven oder degressiven Verlauf zu realisieren. Diese minimalen Druckdifferenzen im Werkzeug sind bis zum Ende der Formst offixierphase aufrecht zu erhalten. Dazu ist der anschnittnahe Druckverlauf mittels einer Steuer- oder Regeleinrichtung bei einer örtlich konstanten Werkzeugwandtemperatur so zu führen, daß annähernd der Druckfall eingehalten wird, der sich bei Thermoplasten gemäß der pjV^'-Relation durch den Abkühlvorga_ng und bei den in Präge kommenden Duro-According to the invention for generating a locally constant pressure field in the entire mold cavity, the process flow is designed by a Nachdrucksteuerung or regulation that gjsgen end of the compression phase, ie at a time when the pressure differences in the tool generally reach their minimum value, with respect to the near-end pressure curve a sudden Pressure drop (pressure jump) is initiated. The pressure generally falls with a time delay, to a value which is still below the off-press existing pressure. In this way, the even higher pressure in the middle portions of the mold cavity is quickly degraded by a Masserückfluß and it forms a pressure gradient in the opposite direction. Due to the cooling or crosslinking-related pressure drop and further pressure equalization operations, the pressure drop in the tool is reduced to a minimum value, if during the following period close to the gate a the application case adapted Druckverla _u f is met. In general, it is sufficient to keep the pressure constant or to realize a weakly progressive or degressive course. These minimal pressure differences in the tool are to be maintained until the end of the molding off-setting phase. For this purpose, the close-to-pressure pressure profile by means of a control or regulating device at a locally constant mold wall temperature to be guided so that approximately the pressure drop is maintained, which is in thermoplastics according to the pjV ^ '- Relation by the Abkühlvorga _n g and in coming in embossing Duro -

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•plasten oder Elasten durch den chemischen Vernetzungsvorgang ergeben, würde.• plastic or elastic caused by the chemical cross-linking process would.

Zur Einstellung und Kontrolle muß der errechnete oder auf andere V/eise ermittelte Druck-Zeit-Verlauf während des Prozesses in Anschnittnähe meßbar sein. Eine analoge Druckmessung an einer anderen Stelle im Werkzeug, im Stauraum des Piastizierzylinders, im Hydrauliksystem und anderswo ist möglich, wenn die Druckverluste zwischen dem Druck am Anschnitt und der Druckmeßstelle bekannt sind.For adjustment and control, the calculated or otherwise determined pressure-time curve during the process near the gate must be measurable. An analogue pressure measurement at another location in the tool, in the storage space of the plastication cylinder, in the hydraulic system and elsewhere is possible if the pressure losses between the pressure at the gate and the pressure measuring point are known.

Wird die Ortskonstanz des Druckes nur für einen hinteren Abschnitt der Werkzeugkontur gefordert, genügt es, die erforderliche Druckmeßstelle an den Beginn dieses Abschnitts zu legen.If the spatial constancy of the pressure is required only for a rear section of the tool contour, it is sufficient to place the required pressure measuring point at the beginning of this section.

Ausführungsbeispielembodiment

Bei der Herstellung verschiedener Thermoplastformteile aus Polystyrol und Polyäthylen mit einem Fließweg-Wanddicken-Verhältnis von ca. 150 ergeben sich in Abhängigkeit von den Verarbeitungsbedingungen (Höhe des konstanten Nachdruckes, Masse- und Werkzeugwandtemperatur), über die gesamte Formteillänge gegen Ende der Nachdruckphase Druckunterschiede von 20 - 40 MPa. Siehe Fig. 1, Kurve 1 = anschnittnaher Druckverlauf, Kurve 2 = anschnittferner Druckverlauf. Nach der erfindungsgemäßen Verfahrensweise können diese Druckunterschiede bis auf einen Wert unter 1 MPa verringert werden. Fig. 3 verdeutlicht hierzu qualitativ die Entwicklung der sich im Werkzeug ausbildenden maximalen Druckdifferenz ρ : Aufgrund des anschnitt nahen Druckabfalls im Zeitabschnitt tg-tp' (Fig. 2, Kurve 1) verringert sich zunächst die maximale Druckdifferenz im Werkzeug und nimmt danach im allgemeinen einen negativen Wert an, d. h. der angußnah wirkende Druck ist geringer als an einer anderen Stelle im Werkzeug. Infolge des Abkühlvorganges und weiterer Druckausgleichsvorgänge wird bei Aufrechterhaltung des Druckes pg (siehe Fig. 2 Kurve) diese Druckdifferenz bis zum Zeitpunkt t^ bzw. t^¹ auf einen Minimalwert abgebaut. Eine weitere Aufrechterhaltung des Druckes P₂ über den Zeitpunkt t^' hinaus würde wieder zu einer merkli-In the production of various thermoplastic molded parts made of polystyrene and polyethylene with a flow path wall thickness ratio of about 150 results depending on the processing conditions (amount of constant reprint, mass and mold wall temperature), over the entire mold part towards the end of the holding pressure pressure differences of 20 - 40 MPa. See Fig. 1, curve 1 = near-section pressure curve, curve 2 = anschnittferner pressure curve. According to the procedure according to the invention, these pressure differences can be reduced to a value below 1 MPa. Fig. 3 illustrates this qualitatively the development of the forming in the tool maximum pressure difference ρ: Due to the onset close pressure drop in the period tg-tp '(Figure 2, curve 1) initially reduces the maximum pressure difference in the tool and then generally takes one negative value, ie the pressure near the gate is lower than at another point in the tool. As a result of the cooling process and further pressure equalization processes, this pressure difference is reduced to a minimum value until the time t 1 or t ¹ when the pressure pg is maintained (see FIG. 2 curve). A further maintenance of the pressure P ₂ beyond the time t 1 'would again lead to a noticeable

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lichen Vergrößerung der Druckdifferenzen im Werkzeug führen. Der sich anschließende Druckfall muß also im Zeitabschnitt t^-t-,' eingeleitet werden. Der Zeitpunkt to wird ca. nach einem Drittel bis zur Hälfte der erforderlichen Nachdruckdauer erreicht. Wird der Drucksprung von p^ auf P₂ zu spät eingeleitet, ist infolge der sich erhöhenden Viskosität der Abbau der Druckdifferenzen nur noch begrenzt möglich. Bei einem zu früh gelegenen Zeitpunkt erfolgt keine ausreichende Verdichtung der Schmelze über die gesamte Fließweglänge·increase the pressure differences in the tool. The subsequent pressure drop must therefore be introduced in the time interval t 1 -t- '. The time to is reached approximately one-third to one-half the required holding time. If the pressure jump from p ^ to P ₂ initiated too late, due to the increasing viscosity of the degradation of the pressure differences is limited. If the time is too early, the melt is not sufficiently compacted over the entire flow path length.

Claims

'Invention claims

1. A method for injection molding of moldable materials, in particular thermoplastics characterized in that after completion of injection and compression of the material

, In the mold, the holding force acting in the vicinity of the gate drops abruptly to a value; which is generally still below that of existing at this time anschnittfern existing pressure and kept constant in the course of time or after a certain Nachdruckfunktion, z. B, progressive or degressive course, is changed until an approximately constant pressure field has formed in the entire Y / lzeughohlraum, which is maintained in the further course by a dependent on the Abkühl- or Vernetzungs.bedingungen incipient pressure drop.

2. The method according to item 1, characterized in that immediately after the pressure jump, a steady or gradual continuous pressure case for the upkeep of the resulting pressure jump minimal pressure differences is realized.

3 · Method according to item 1 and 2, characterized in that, if necessary, these method steps are applied only to a rear part of the mold cavity.

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