DE102012019061A1

DE102012019061A1 - Verfahren zur Herstellung von Polymerschäumen mit physikalischen Treibmitteln

Info

Publication number: DE102012019061A1
Application number: DE201210019061
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Hans Wobbe
Current assignee: WOBBE, HANS, DR.-ING., DE
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-03

Abstract

Verfahren zur Regelung eines Spritzgießprozesses zur Herstellung physikalischer Schäume mit einer Plastifizierung ohne zentrale Sperreinrichtung in der Geometrie der Schubschnecke mittels veränderlicher Drehzahlen.

Description

Technische Beschreibung:
Mit physikalischen Treibmitteln hergestellte Schäume aus Kunststoffen sind seit langem bekannt und in der Bauteilherstellung unter dem Markennamen MuCell etabliert. Die Vorteile physikalisch geschäumter Polymere liegen auf der Hand: Bei kaum reduzierten mechanischen Kennwerten der Bauteile, wird das Gewicht reduziert, bei geringerem Einsatz an Kunststoff. Man erhält also im Verhältnis zu einem aus Vollmaterial gespritzten Artikel ein leichteres, kostengünstigeres Bauteil. Weitere bekannte Vorteile ergeben sich bei der Verarbeitung von physikalisch geschäumten Kunststoffen. Die Mischung aus physikalischem Treibmittel und Matrixpolymer ergibt in der Regel eine niedrigere Viskosität als diejenige des Matrixpolymers ohne Treibmittel. Dies führt dann dazu, dass für das Urformen in der Spritzgießmaschine geringere Zuhaltekräfte notwendig werden, weshalb man in vielen Fällen mit einer kostengünstigeren kleineren Spritzgießmaschine produzieren kann. Weiterhin ist es möglich, aufgrund der veränderten Viskositäten mit niedrigeren Verarbeitungstemperaturen zu produzieren, was zu kürzeren Zykluszeiten führt und damit zu einem effizienteren Prozess mit höherer Produktivität.
Der Schaum-Spritzgießprozess teilt sich in unterschiedliche Schritte auf. Dabei wird der Kunststoff in einem ersten Schritt konventionell in einem ersten Bereich der Plastifiziereinheit aufgeschmolzen. Im Anschluss wird das physikalische Treibmittel im überkritischen Zustand eindosiert und in einem Mischbereich der Schubschnecke idealerweise zu einem Einphasengemisch homogenisiert. Das Gemisch wird unter entsprechendem Druck und Temperatur in das Formwerkzeug eingespritzt. Nach einer erforderlichen Kühlzeit, in der sich der Schaum entsprechender Qualität aufgrund veränderter physikalischer Randbedingungen bildet, wird das fertige Bauteil ausgeworfen. Dem grundlegenden Patent EP 1 264 672 B1 kann eine detaillierte, umfassende Beschreibung des Spritzgießens von mikrozellularen Schäumen entnommen werden, die eine Gültigkeit auch für anderszellige Schäume aufzeigt.
Der Stand der Technik zur Aufbereitung des Gemisches aus physikalischem Treibmittel (in der Regel Stickstoff oder Kohlendioxid) und Matrixpolymer (in der Regel thermoplastische Kunststoffe) legt in der Plastifiziereinheit der Spritzgießmaschine eine Geometrie der Schubschnecke zu Grunde, die sich in Richtung des Prozessstromes wie folgt beschreibt: Füllzone für das Matrixpolymer, Kompressionszone, Meteringzone, zentrale Rückstromsperre, Mischzone zur Homogenisierung des Treibfluids, Rückstromsperre.
Aufgrund der aufwändigen Geometrie dieser Sonderschnecke fallen nicht unerhebliche Fertigungskosten an. Schwerwiegender sind jedoch Verschleißprobleme speziell im Bereich der zentralen Rückstromsperre sowie eine durch die Schneckengeometrie geforderte Länge, die über den Standard der Hersteller von Spritzgießmaschinen hinausgeht. Dadurch fallen sowohl erhöhte Wartungskosten (Verschleiß) als auch hohe Investitionskosten (Sonderkonstruktion) an.
Der auf der beschriebenen Schneckengeometrie basierende Verfahrensablauf erklärt sich wie folgt: Das Polymergranulat wird in der Füllzone eingezogen, anschließend in der Kompressions- und Meteringzone zur Schmelze plastifiziert und dann durch die geöffnete zentrale Rückstromsperre in die Mischzone gefördert. In der Mischzone wird mittels Injektoren das Treibfluid im überkritischen Zustand eingespritzt, mit dem Matrixpolymer homogenisiert und dann als Einphasengemisch aufdosiert. Beim Schuss der aufdosierten Schmelze in das Werkzeug schließen sich sowohl die zentrale als auch die vordere Rückstromsperre. Dies ist notwendig, damit beim Verfahrensablauf insbesondere der Druck in der Mischstrecke der Schnecke auf einem Niveau gehalten wird, das im Phasendiagramm den überkritischen Zustand des Treibfluids sicherstellt. Dies auch dann, wenn im Verfahren auf kurzzeitigen Nachdruck umgeschaltet wird, oder wenn die Schnecke nicht rotiert, da die Plastifizierzeit wesentlich kürzer als die Kühlzeit ist.
Der Erfinder hat herausgefunden, dass all die geschilderten Nachteile mit einem geänderten Verfahren eliminiert werden können:
Vorgeschlagen wird ein druckgeregelter Prozessablauf, basierend auf einer für die Treibfluideinarbeitung ausgelegten Mischschnecke mit Standardlänge. Insbesondere entfällt bei dieser Technik die zentrale Rückstromsperre. Dadurch besteht die Geometrie aus einer Drei-Zonen-Schnecke mit anschließendem Intensivmischteil und einer Standard-Rückstromsperre. Das Treibfluid wird in die Mischstrecke zum Einphasengemisch homogenisiert und anschließend aufdosiert. Die beim Stand der Technik auftretenden Stillstandszeiten der Schnecke, in denen der Druckabfall im Mischbereich durch die zentrale Rückstromsperre verhindert wird, werden durch geänderten Verfahrensablauf eliminiert bzw. verkürzt. Dies geschieht durch eine Rotation der Schnecke mit geringen Drehzahlen, geregelt zum Beispiel durch Druckaufnehmer im Mischbereich und/oder durch Zeitelemente in Abhängigkeit vom Druckabfall.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1264672 B1 [0002]

Claims

Verfahren zur Regelung eines Spritzgießprozesses zur Herstellung von Kunststoffschäumen mit physikalischen Treibmitteln derart, dass das mindestens aus dem Treibmittel und dem Matrixpolymer bestehende Gemisch in einer Plastifizierung ohne zentrale Sperreinrichtung homogenisiert und in der Plastifizierung unter den für einen überkritischen Zustand des Treibfluids notwendigen physikalischen Phasenbedingungen mittels veränderlicher Drehzahlen gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 derart, dass die Regelung mittels mindestens eines Drucksensors in der Plastifiziereinheit erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 derart, dass die Regelung über druckabhängige Zeitelemente erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 derart, dass die Regelung über drehzahlabhängige Zeitelemente erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 derart, dass die Regelung auf einer Kombinationsmöglichkeit aus den Ansprüchen 2, 3 und 4 besteht oder aus je 2 Kombinationsmöglichkeiten untereinander.
Verfahren nach Anspruch 1 derart, dass Signale aus dem Schneckenvorraum bzw. aus der Strecke zwischen Schneckenspitze und Werkzeugkavität genommen werden.