DE102012011173A1

DE102012011173A1 - Verfahren zur Herstellung von mehrkomponentigen Kompaktformteilenund von mehrkomponentigen Hohlkörpern

Info

Publication number: DE102012011173A1
Application number: DE201210011173
Authority: DE
Inventors: Clemens Behmenburg
Original assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Current assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2013-12-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von mehrkomponentigen Kompaktformteilen und mehrkomponentigen Hohlkörpern aus polymeren Formmassen. In die geöffnete Kavität eines Spritzgießwerkzeugs werden zunächst Verdrängerkörper (Projektile) auf die Angüsse der Kernkomponenten gesetzt und die Hautkomponente nach dem Schließen des Werkzeugs eingespritzt. Anschließend werden die Projektile mit den jeweiligen Kernkomponenten nacheinander durch die Werkzeugkavität getrieben. Abschließend kann ein Hohlkörper durch eine Fluidinjektionstechnik oder ein Stechverfahren ausgeformt werden. Das Verfahren ermöglicht die Kombination von im klassischen Sandwichspritzgießen unverträglichen Komponenten, die exakte Bestimmung und Gestaltung der Wanddicken der Einzelkomponenten und die genaue Festlegung der Kontaktflächen.

Description

Verfahren zur Herstellung von mehrkomponentigen Kompaktformteilen und von mehrkomponentigen Hohlkörpern unter Zuhilfenahme eines schmelzeverdrängenden Projektils sowie des Sandwichspritzgießens und der Fluidinjektionstechnik. Mit Hilfe des Verfahrens können die Wanddicken der Einzelkomponenten definiert, homogen und reproduzierbar ausgebildet und im konventionellen Sandwichspritzgießen unverträgliche Komponenten miteinander kombiniert werden.
Anwendungsgebiet
Durch Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren wie Coinjektion bzw. Sandwichspritzgießen werden Verbundformteile gefertigt, deren Querschnitte aus einer oder mehreren Hautschichten mit eingeschlossenen Kernkomponenten bestehen. Die sich einander ergänzenden Eigenschaften der Materialien sollen dabei so kombiniert werden, dass die positiven Eigenschaften im Verbund genutzt und die negativen Eigenschaften unterdrückt werden. Mehrkomponentige polymere Hohlkörper werden beispielsweise zur Führung von Medien eingesetzt.
Stand der Technik
In den Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren Coinjektion bzw. Sandwichspritzgießen werden zunächst das Hautmaterial und anschließend sequentiell die Kernkomponenten eingespritzt. Diese dringen in die noch schmelzeflüssige Seele des Hautmaterials ein und verdrängen sie zum größten Teil in die noch nicht gefüllten Kavitätsbereiche. Es wird vom Ort der Schmelzezusammenführung abhängig zwischen Mono-Sandwichverfahren und Mehrkanalsandwichverfahren unterschieden. In DE 10013627 A1 wird ein entsprechendes Sandwichverfahren zur Fertigung von Weich/Weich-Sandwichformteilen beschrieben. Die DE 10 2009 052 471 A1 beschreibt ebenfalls ein Sandwichverfahren, wobei die Dicke der einzelnen Komponentenschichten durch eine Steuerung oder Regelung der Temperatur der Werkzeugkavität gezielt beeinflusst werden soll.
Durch die Verwendung eines Fluids anstelle einer Kernkomponente werden Hohlkörper im Spritzgießverfahren gefertigt. Dabei werden bei der sogenannten Fluidinjektionstechnik (FIT) in Abhängigkeit des hohlraumausbildenden Mediums verschiedene Verfahren unterschieden. Die in US 5,225,141 A und DE 10 2005 048 082 A1 beschriebene Gasinjektionstechnik (GIT) nutzt zur Hohlraumausbildung ein druckbeaufschlagtes Gas. Die Wasserinjektionstechnik (WIT) nutzt Wasser zur Hohlraumausbildung. Bei der in DE 10 2009 048 837 A1 offengelegten Projektilinjektionstechnik (PIT) wird eine Möglichkeit zur Fertigung polymerer Hohlkörper durch Verdrängung des Kunststoffs mithilfe eines Projektils durch ein treibendes Fluid vorgestellt.
In DE 10 2008 037 490 A1 wird ein zweischichtiges Rohr offengelegt. Solche Rohre können beispielsweise durch einen sequentiellen Ablauf von Sandwichspritzgießen und anschließender Fluidinjektionstechnik realisiert werden.
Nachteile des Standes der Technik
Die Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren Coinjektion bzw. Sandwichspritzgießen weisen verfahrensbedingt entscheidende Nachteile auf [Zip92]. Insbesondere ist die Komponentenverteilung inhomogen, da der Anteil der Kernschicht im Formteil vom Anguss zum Fließwegende kontinuierlich abnimmt, sich in Abhängigkeit der lokalen Wanddicke ein unterschiedlicher Kernschichtanteil selbst bei gleicher Fließwegentfernung vom Anguss einstellt und geometrische Störstellen wie Rippen, Umlenkungen, Wanddickensprünge oder Extremitäten zu Störungen der Komponentenverteilungen führen. Unterschiedliche Kernschichtanteile führen zu lokal unterschiedlichen Eigenschaften. Zudem ist die Materialauswahl aufgrund der zwingend erforderlichen Verarbeitungskompatibilität, insbesondere hinsichtlich des Viskositätsverhältnisses von Kern- und Hautkomponente, eingeschränkt.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren, welches nicht die Nachteile der Lösungen aufweist, die den Stand der Technik darstellen und die Aufgaben erfüllt, Sandwichformteile mit definierten, homogenen Schichtdicken der Einzelkomponenten bei größtmöglicher Freiheit in der Materialauswahl zu ermöglichen. Dazu wird das Sandwichspritzgießen mit der Projektilinjektionstechnik derart kombiniert, dass das Projektil nicht wie üblich mit einem Treibfluid, sondern mit der Kernkomponente durch die Werkzeugkavität getrieben wird. Durch die Projektilgestaltung ist eine exakte Bestimmung der Wanddicke der Hautkomponente und eine exakte Gestaltung der Kontaktfläche möglich. Die Ausbildung der Hautschicht erfolgt nicht durch die Kernkomponente, sondern durch das von der Kernkomponente angetriebene Projektil. Daher sind die Verarbeitungseigenschaften und insbesondere das Viskositätsverhältnis von Haut- und Kernkomponente im Vergleich zum konventionellen Sandwichspritzgießen in deutlich geringerem Maße aufeinander abzustimmen. Falls notwendig kann ein Hohlkörper anschließend durch eine Fluidinjektionstechnik ausgeformt werden.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und System mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 9 gelöst. Die Lösung der Aufgabe wird durch die Kombination eines Sandwichspritzgießprozesses mit einer schmelzegetriebenen Projektilinjektion erreicht.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Zur Fertigung von Rohren mit einem zweikomponentigen Schichtaufbau wurde das in 1 dargestellte Verfahren entwickelt. Im ersten Verfahrensschritt (a) werden zunächst in die geöffnete Kavität (1) Projektile (2; 3) mit unterschiedlichen Basisdurchmessern auf den Anguss der Innenkomponente (4) sowie den Injektor des Fluids (5) gesetzt. Das Projektil auf dem Anguss der Innenkomponente ist dabei größer als das Projektil auf dem Fluidinjektor. Im zweiten Verfahrensschritt (b) wird durch den Anguss der Außenkomponente (6) die Außenkomponente bis zu einer gewissen Füllhöhe/einem definierten Schussvolumen (7) in die Kavität injiziert. Anschließend wird im dritten Verfahrensschritt (c) die Innenkomponente (8) injiziert, welche das Projektil durch die Kavität treibt. Im abschließenden Schritt (d) wird das zweite Projektil durch ein Fluid (Gase oder Wasser) (9) durch die Formteilmitte getrieben und dadurch der Hohlraum ausgeformt. Vor Öffnen der Kavität wird das Treibfluid aus dem Bauteilinnern entfernt.
Zur Fertigung von rohr- und stabförmigen Formteilen werden die in 2 dargestellten Projektile mit kreisförmigem Querschnitt (10) eingesetzt. Flächige Formteile können durch Projektile mit rechteckigem Querschnitt (11) realisiert werden. Allgemein sind durch die Auslegung des Projektils sowie der Werkzeugkavität vielfältigste Querschnitte, auch in Kombination realisierbar, bspw. vieleckige Außen- und ellipsoide Innenquerschnitte.
Bezugszeichenliste
Fig. 1

a: Schritt 1: Positionierung und Fixierung der Projektile
b: Schritt 2: Schmelzeinjektion Hautkomponente
c: Schritt 3: Schmelzeinjektion Kernkomponente
d: Schritt 4: Fluidinjektion
1: Werkzeugkavität
2: Projektil für Fluidinjektion
3: Projektil für Schmelzeinjektion
4: Anguss Kernkomponente
5: Fluidinjektor
6: Anguss Hautkomponente
7: Teilfüllung der Kavität
8: Kernkomponente
9: Hohlraumausbildung durch Fluid

10: Projektil für rotationssymetrische Stäbe/Rohre
11: Projektil für polygonale Körper

Literatur:

[Zip92] ZIPP, T.: Fließverhalten beim 2-Komponenten-Spritzgießen. Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Dissertation, 1992 – ISBN: 3-86073-071-1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10013627 A1 [0003]
DE 102009052471 A1 [0003]
US 5225141 A [0004]
DE 102005048082 A1 [0004]
DE 102009048837 A1 [0004]
DE 102008037490 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung von mehrkomponentigen Körpern, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdrängerkörper von einer polymeren Werkstoffkomponente durch eine andere polymere Werkstoffkomponente getrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektion der Haut- und Kernkomponente(n) sequentiell erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anguss der Kernkomponente(n) als Injektor(en) gestaltet ist/sind.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Projektil auf dem Anguss jeder Kernkomponente platziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch sequentielle Injektion von Kernkomponenten mit jeweils unterschiedlichen Projektildimensionen zwei- bis n-komponentige Formteile erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Kern- und Hautkomponenten) polymere Formmassen eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugkavität vor Injektion der Kernkomponente(n) teilweise oder vollständig mit der Hautkomponente gefüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während der Injektion der Kernkomponente(n) zusätzliche Kavitätsbereiche aktiv oder passiv freigegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Gestaltung der Projektile/des Projektils sowie der Werkzeugkavität polygonale oder ellipsoide Außenquerschnitte, Innenquerschnitte oder Kontaktflächen der Komponenten oder Kombinationen aus diesen erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Wahl der Einspritzvolumina der Komponenten oder durch Positionierung des Angusses oder der Angüsse der Kernkomponente(n) Formteile mit einer lokal unterschiedlichen Wandschichtanzahl oder lokal unterschiedlichen Wandschichtdicken oder lokal kompakten und hohlen Formteilbereichen erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass abschließend ein Hohlraum durch eine Fluidinjektionstechnik (GIT, WIT, PIT) oder ein Stechverfahren erzeugt wird.