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Verfahren zum Formen thermoplastischer Mischungen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Spritzen thermoplastischer Massen zwecks Herstellung
von Gegenständen mit verbesserten Eigenschaften, insbesondere auf ein Verfahren,
durch das thermoplastische Massen mit wesentlich weniger Spannungen hergestellt
werden, als es hei den üblichen Verfahren der Fall ist.
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Thermoplastische Materialien werden oft durch ein Verfahren verformt,
das als »Spritzguß« bekannt ist.
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Bei einem solchen Verfahren befindet sich das betreffende thermoplastische
Material, das in geeigneter Weise granuliert ist, in einem Trichter, dessen Auslaßöffnung
mit einer Druckkammer in Verbindung steht. Die Auslaßöffnung wird von einem hin-
und hergehenden Kolben gesteuert, der in zurückgezogener Stellung das zu formende
Material in die Druckkammer fallen läßt. Während des Formprozesses rückt der Kolben
vor und preßt das zunächst noch granulierte Material aus der Druckkammer durch einen
verengten beheizten Durchgang, so daß die Temperatur der Mischung auf die für den
Spritzguß erforderliche Fließtemperatur gebracht wird. Sie wird durch eine Düse
in eine Form gepreßt. Der Druck in dem System, der durch die fortgesetzte Vorwärtsbewegung
des Kolbens erzeugt wird, veranlaßt, daß die geschmolzene plastische Masse so lange
mit relativ hoher Geschwindigkeit fließt, bis die Form vollkommen gefüllt ist und
darauf, solange der Kolben noch einen Druck ausübt, mit einer wesentlich geringeren
Geschwindigkeit fließt. Während dieser Fließperiode mit geringer Geschwindigkeit
wird die geschmolzene, plastische Masse in die Form gedrückt. Dieses Eindrücken
der geschmolzenen, plastischen Masse in die Form war bisher ein notwendiger Schritt
beim Formen von Formstücken, die oberflächlich fehlerfrei sind und die bestimmte
erwünschte Abmessungen und Gewichte haben (annehmbare Formstücke). Bei jedem Formprozeß
fließt. wenn der Druck durch Zurückziehen des Kolbens aufgehoben wird, die geschmolzene,
plastische Masse so lange in umgekehrter Richtung, bis ein Teil der plastischen
Masse in dem System ausreichend fest geworden ist, um das Abfließen der plastischen
Masse aus der Form zu verhindern. Es wird daher üblicherweise ein Betrag an plastischer
Masse in die Form nachgedrückt, der das Gewicht das für das Formstück gewünscht
wird, um den Betrag übersteigt, der in umgekehrter Richtung aus der Form fließt.
Bei der Technik des Spritzgusses hat man bereits festgestellt, daß der Betrag an
geschmolzener. plastischer Masse, die in die Form gedrückt wird, bei jeweiligen
Formungstemperaturen und Formungsdrücken eine Funktion der Zeitdauer des Vorwärtsrückens
des Kolbens ist. Diese entspricht der Zeit zwischen der ersten Vorwärtsbewegung
des Kolbens,
wenn die Form gefüllt werden soll, und der ersten rückläufigen Bewegung
des Kolbens, nachdem sie gefüllt worden ist. Ein annehmbares Formstück von bestimmtem,
gewünschtem Gewicht wird, wenn man eine sehr kurze Kolbenvorwärtsbewegungszeit anwendet,
kaum hergestellt, da ein zu großer Betrag geschmolzener, plastischer Masse aus der
Form zurückfließt, ehe eine ausreichende Kühlung, die das Festwerden der plastischen
Masse innerhalb der Form herbeiführen kann, erreicht wird. Desgleichen wird selten
bei einer sehr langen Kolbenvorwärtsbewegungszeit ein annehmbares Formstück gebildet,
da dann ein überschüssiger Betrag an geschmolzener, plastischer Masse in die Form
gedrückt wird, so daß der geformte Gegenstand sich nur schwer aus der Form herauslöst
oder Formstücke gebildet werden, die erhebliche Kerben oder andere Oherflächenmängel
zeigen. An der Oberfläche fehlerfreie Formstücke von ausreichenden Abmessungen und
Gewichten können aber stets dann erhalten werden, wenn man mäßige Kolbenvorwärtsbewegungszeiten
anwendet. Betrachtet
man jedoch diese Formstücke im polarisierten
Natrium licht, so zeigt sich eine erhebliche Anzahl dunkler Stellen, die ein charakteristisches
Anzeichen für Spannungen in dem geformten, plastischen Material sind. Man hat mithin
ein Formstück mit einem annehmbaren Außeren, aber einem fehlerhaften Inneren erhalten.
Frühere Versuche, brauchbare plastische Gegenstände von erwünschten Abmessungen
und Gewichten mit einem minimalen Betrag innerer Spannungen herzustellen, waren
von nicht gleichbleibendem Erfolg, da die Ursache des Mißerfolges nicht bekannt
war und kein Behandlungsverfahren, das eine Lösung des Problems gehracht hätte,
zur Hand war.
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Die Erfindung betrifft ein einfaches und praktisch brauchbares Verfahren
zur Herstellung geformter, thermoplastischer Gegenstände von gewünschtem Gewicht
und Format. die frei von Blasen, Spalten, Rissen und Kerben sind und nur geringfügige,
innere Spannungen aufweisen.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird eine geschmolzene, thermoplastische
Mischung bei Formungstemperaturen und Drücken in die Form einer Spritzgußmaschine
eingepreßt. Das Einpressen der plastischen Masse in die Form wird so lange fortgesetzt,
bis eine Vorwärtsbewegungszeit des Kolbens erreicht wird, bei der ein äußerlich
fehlerfreies Formstück erhalten wird, bei der aber das Loslösen des geformten Gegenstandes
noch nicht unmöglich geworden ist. Das Einpressen wird dann nach einer 'I'orwärtsbewegungszeit
für den Kolben beendet, die jenen Bedingungen entspricht. Darauf hält man die Masse
in der Form, bis der geformte Gegenstand ausreichend abgekühlt ist, um ausgestoßen
zu werden.
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Der Kolben wird, nachdem die Form ausreichend gefüllt worden ist.
zurückgezogen, aber die Masse in der Form durch ein Rückschlagventil in der Düse
konstant gehalten. Dies verhindert, daß unter Druck stehende Flüssigkeit durch die
Düse zurückfließt.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann mit einer üblichen Spritzgußmaschine
ausgeführt werden, wenn sie eine Düse mit Kugelschlußventil aufweist. Die Anwendung
einer derartigen Düse bei dem vorliegenden Verfahren gestattet in geeigneter Weise
die Formung eines plastischen Gegenstandes, der erheblich weniger innere Spannungen
aufweist als ein Gegenstand, der nach der bisher üblichen Weise geformt wurde. Dies
wird dadurch erreicht, daß der Kolben zur rechten Zeit in den Zylinder der Formmaschine
zurückgezogen wird, wenn der kritische Zeitpunkt, bei dem mit der Vorwärtsbewegung
des Kolbens innegehalten werden soll, erreicht worden ist. Das plötzliche Zurückziehen
des Kolbens schließt das Ventil in der Düse, gleichgültig, welcher Druck in der
Form in diesem Augenblick vorhanden ist. Die Menge an plastischer Masse, die in
die Form bis zu diesem kritischen Zeitpunkt eingepreßt worden ist, wird dabei konstant
gehalten, bis ein Festwerden der plastischen Masse in der Form eingetreten ist.
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So wurde z. B. ein handelsübliches Polystyrol in einer üblichen 300-g-Spritzgußmaschine
mit einer kastenförmigen Form, die geeignet war, ein Formstück von 10 cm Länge,
10 cm Breite, 6,35 cm Höhe. und 0,4 cm Wandstärke zu liefern, geformt. Man ließ
dabei den Kolben sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten vorwärts bewegen, wobei
ein Kolben druck von 1400 kg auf den Quadratzentimeter ausgeübt wurde. Der Druck
auf die Form wurde darauf durch Zurückziehen des Kolbens aufgehoben, und man ließ
das Formstück abkühlen, so daß ein Gesamtverformungskreislauf von 90 Sekunden für
jede Probe innegehalten werden konnte. Alle Proben wurden bei einer Temperatur von
2500 C geformt.
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Die verschiedenen Kolbenvorwärtsbewegungszeiten sind in Tabelle I
unten angeführt. Gleichfalls sind das Gewicht, die Höhe und die Zahl der dunklen
Linien *) für jedes Formstück aus Tabelle I zu ersehen.
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Tabelle I Übliche Methoden
| Kolbenvorwärts- Gewicht Höhe Zahl |
| bewegungszeit des geformten Kastens des geformten Kastens |
| in Sekunden in Gramm in Zentimeter der dunklen Linien |
| 10 145,46 6,3119 i 8 |
| 12 146,77 6,3169 10 |
| 14 147,98 6,3169 14 |
| 16 149,63 6,3220 16 |
| 17 150,39 6,3220 21 |
| 18 151,22 6,3271 24 |
| 19 151,82 6,3296 26 |
| 20 159,5s7 6,3373 23 |
Die gleichen Verf ahrensangaben sind in der Tabelle II für Proben von Polystyrol-Formstücken
angeführt, die nach dem Verfahren vorliegender Erfindung hergestellt wurden. Die
Proben wurden in der gleichen Spritzgußmaschine und bei der gleichen Temperatur,
dem gleichen Druck und unter Benutzung des gleichen Kreislaufs, wie er in der üblichen
oben beschriebenen Methode angewandt wird, geformt. Bei der Herstellung von Probeformstücken
nach den vorliegenden Verfahren wurde der Kolben, wie oben angeführt, zurückgezogen,
doch wurde die geschmolzene
Masse in der Form in konstant bleibender Masse mittels
des Kugelverschlußventils gehalten, bis nach 90 Sekunden der Kreislauf abgeschlossen
war. Bei den beiden Spritzgußverfahren war eine Kolbenvor-*) Alle Probeformstüdre
wurden mit gekreuzten Nicols und Natriumlicht geprüft, und die Zahl der dunklen
Linien wurde auf einer Strecke zwischen dem oberen Rand und dem Boden an der offenen
Seite jedes der geformten Kästen festgestellt Die Größe der Spannung in dem geformten
Gegenstand wächst mit der Zahl der dunklen Linien.
stoßzeit von
nur 5 Sekunden erforderlich, um die Form mit geschmolzenem Polystyrol zu füllen.
Darauf erfolgte die Pressung der plastischen Masse innerhalb der Form bis zur Zurückziehung
des Kolbens.
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Tabelle II Vorliegende Erfindung
| Kolbenvorwärts- Gewicht Höhe Zahl |
| bewegungszeit des geformten Kastens des geformten Kastens der
dunklen Linien |
| in Sekunden in Gramm in Zentimeter |
| 5 148,07 6,31698 1 |
| 6 150,44 6,32206 4 |
| 6,5 151,00 6,3246 4 |
| 7 151,38 6,32714 5 |
| 7,5 151,71 6,32968 6 |
| 8 152,48 6,3373 7 |
| 9 152,99 6,34238 9 |
PATENTANSPXUCI;: Verfahren zum Formen thermoplastischer Mischungen, vorzugsweise
solchen, die Polystyrol enthalten, bei dem bei Formungstemperaturen und Drücken
eine geschmolzene, thermoplastische Masse in die Form einer Spritzverformungsmaschine
gedrückt wird und bei dem das Hineindrücken bis zu einer Kolbenvorwärtsbewegungszeit
bis zur Erzielung eines äußerlich fehlerfreien Formstücks entsprechend den Abmessungen
der Form, aber unzureichend, einen Zustand herbeizu-