DE102012022970A1

DE102012022970A1 - Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Kunststoffteiles

Info

Publication number: DE102012022970A1
Application number: DE201210022970
Authority: DE
Inventors: Pamela Kremser; Michael Fischer
Original assignee: Engel Austria GmbH
Current assignee: Engel Austria GmbH
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2013-07-18
Also published as: CN103203827A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Kunststoffteiles, wobei als zu verarbeitender Kunststoff ein mit physikalischem Treibmittel versehener Kunststoff in einen Werkzeughohlraum einer Spritzgießmaschine eingespritzt wird, wobei dem Kunststoff als physikalische Treibmittel sowohl CO2 als auch N2 beigefügt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Kunststoffteiles mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Ein gattungsgemäßes Verfahren geht aus der DE 10 2007 021 750 A1 hervor. Durch gattungsgemäße Verfahren ist es möglich, Kunststoffe derart zu schäumen, dass sich diese einerseits durch optisch ansprechende Oberflächen auszeichnen und somit ohne Kaschierung verwendet werden können und dass diese andererseits eine angenehme Haptik (zum Beispiel einen sogenannten Soft-Touch Effekt) aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es gattungsgemäße Verfahren dahingehend zu verbessern, dass eine noch bessere Oberflächenqualität erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Überraschender Weise hat sich herausgestellt, dass sich eine im Vergleich zum Stand der Technik noch optisch ansprechendere Oberfläche dadurch ergibt, dass in den Kunststoff sowohl CO₂ als auch N₂ eingebracht werden.
In der vorliegenden Offenbarung wird als zu verarbeitender Kunststoff jener Kunststoff verstanden, der bereits mit den physikalischen Treibmitteln versehen ist. Der noch nicht mit den physikalischen Treibmitteln CO₂ und N₂ versehene Kunststoff wird einfach als Kunststoff bezeichnet.
Geeignet für die Erfindung sind alle thermoplastischen Elastomere, insbesondere TPE-A (auf Polyamid-Basis), TPE-O (auf Polyolefin-Basis), TPE-S (auf Styrol-Basis), TPE-U (auf Polyurethan-Basis, TPE-V (auf Polyolefin-Basis und vernetzt) und TPE-E (auf Polyester-Basis), wobei TPE-E, also TPE-Typen auf Polyesterbasis besonders hervorzuheben sind.
Nach dem Einspritzen des zu verarbeitenden Kunststoffes in den Werkzeughohlraum einer Spritzgießmaschine erfolgt in bekannter Weise ein Dekompressionshub. Durch die Erfindung ergibt sich beim Dekompressionshub ein größtmögliches Zellwachstum, was wichtig für den Soft-Touch Effekt ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das Gewichtsverhältnis von CO₂ und N₂ kann beispielsweise gewählt werden als:

– 80 Gew.-% CO₂ zu 20 Gew.-% N₂
– 70 Gew.-% CO₂ zu 30 Gew.-% N₂
– 60 Gew.-% CO₂ zu 40 Gew.-% N₂
– 50 Gew.-% CO₂ zu 50 Gew.-% N₂

Vorzugsweise wird eine möglichst hohe Einspritzgeschwindigkeit des zu verarbeitenden Kunststoffs gewählt, die vorzugsweise zwischen etwa 0,3 und etwa 3,5 sec betragen soll.
Die Menge des dem Kunststoff zuzufügenden Gases (CO₂ bzw. N₂) kann vorzugsweise volumetrisch erfasst werden, insbesondere direkt an der Spritzgießmaschine. Es ist alternativ möglich, die Dosierung in einer Anlagenkomponente vorgeschaltet zur eigentlichen Spritzgießmaschine vorzunehmen. Beispielsweise ist es möglich, CO₂ und N₂ im gewünschten Verhältnis als Gas vorzumischen und in einem Behälter zu speichern, aus welchem das Gas dann im Bedarfsfall entnommen wird.
Generell ist es bei der Erfindung möglich zusätzlich zu den eingesetzten physikalischen Treibmitteln CO₂ und N₂ auch chemisches Treibmittel zuzuführen.
Bevorzugt ist vorgesehen, den zu verarbeitenden Kunststoff (der also bereits zumindest mit den physikalischen Treibmitteln CO₂ und N₂ versehen ist) auf einen bereits vorgespritzten Kunststoffträger aufzuspritzen.
Besonders bietet sich die Herstellung des vorgespritzten Kunststoffträgers auf einer Wendeplattenmaschine oder einer Schiebetischanordnung an.
Es ist auch möglich, den vorgespritzten Kunststoffträger als Einlegeteil im Werkzeughohlraum der Spritzgießmaschine mit dem zu verarbeitenden Kunststoff (Schaum) zu umspritzen.
Zur lokalen Verstärkung oder Eigenschaftsoptimierung kann in jedem Ausführungsbeispiel ein gerichtetes faserverstärktes Laminat, Gewebe oder Halbzeug in den Werkzeughohlraum voreingelegt werden.
Es kann vorteilhaft sein, zumindest eine Hälfte des Werkzeuges der Spritzgießmaschine vor dem Einspritzen des zu verarbeitenden Kunststoffes aufzuheizen und vorzugsweise nach dem Füllen abzukühlen.
Es ist auch möglich, die gewünschten Mengen an CO₂ und/oder N₂ zum Beispiel über die Steuerung der Spritzgießmaschine auch massenspezifisch einzustellen und zu überwachen. Die Einstellung bzw. Überwachung über die Maschinensteuerung kann natürlich auch bei volumetrischer Dosierung erfolgen.
In den Figuren ist die Oberfläche eines erfindungsgemäßen hergestellten Spritzteiles für verschiedene Gasmischungsverhältnisse (CO₂:N₂) bei einem Gesamtgasgehalt von 1 Gew.-% dargestellt.
Anzumerken ist noch, dass bei keinem der Spritzteile ein Nukleierungsmittel beigefügt wurde.
In den Figuren sind jeweils die Oberfläche des Spritzteils (1a bis 6a) sowie ein Schnitt durch die Oberfläche des Spritzteils (1b bis 6b) dargestellt.
In den 1a und 1b ist ein Spritzteil dargestellt, bei welchem 90 Gew.-% CO₂ und 10 Gew.-% N₂ eingesetzt wurden. Bei diesem Gasmischungsverhältnis befindet sich offenbar zuwenig aufschäumefähiges Treibmittel in der Schmelze. Es kann sich kein Schaum ausbilden und es entsteht eine unruhige Oberfläche.
In den 2a, 2b ist die Situation für 80 Gew.-% CO₂ bei 20 Gew.-% N₂ dargestellt. Mit zunehmenden Anteil an N₂ bei abnehmenden Anteil von CO₂ (bei gleichbleibenden Gesamtgasgehalt) ist eine leichte Bläschenbildung zu erkennen. Das Material verhält sich so, als wenn Nukleierungsmittel beigefügt wäre. Offenbar wirkt der Stickstoff als Art Nukleierungsmittel.
Ab dieser Grenze verbessert sich die Schaumqualität deutlich sichtbar.
Die 3a, 3b zeigt die Situation für 70 Gew.-% CO₂ bei 30 Gew.-% N₂. Bei zunehmender N₂ Beimischung wird einerseits die Oberfläche ruhiger, andererseits bilden sich aber noch keine Gasschlieren ab. Die Schaumstruktur wird homogener und es bilden sich feine Bläschen aus.
Die 4a, 4b (60 Gew.-% CO₂ bei 40 Gew.-% N₂) zeigt eindeutig, dass bei dieser Mischungseinstellung sowohl Oberfläche als auch Raumqualität ein besonders hohes Niveau erreicht haben. Man erzielt eine schlierenfreie Oberfläche und eine homogene feinzellige Schaumstruktur.
Das in den 5a, 5b dargestellte Spritzteil (50 Gew.-% CO₂ bei 50 Gew.-% N₂) ist auch noch akzeptabel. Es ergibt sich im Vergleich zu 4 eine leichte Verschlechterung der Schaumstruktur. An der Oberfläche beginnen sich leichte Gasschlieren abzuzeichnen.
Die 6a, 6b zeigen ein Spritzteil, bei welchem erkennbar ist (bei 40 Gew.-% CO₂ und 60 Gew.-% N₂), dass sich mit ansteigendem Stickstoffgehalt in der Gasmischung der Effekt der Abbildung von Gasschlieren an der Oberfläche verstärkt. Gleichzeitig nehmen auf die Homogenität und damit einhergehend auch die Qualität der Schaumstruktur ab. Die Bläschen sind nicht mehr so feinzellig und es werden wieder größere Blasen aufgerissen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007021750 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines geschäumten Kunststoffteiles, wobei als zu verarbeitender Kunststoff ein mit physikalischem Treibmittel versehener Kunststoff in einen Werkzeughohlraum einer Spritzgießmaschine eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoff als physikalische Treibmittel sowohl CO₂ als auch N₂ beigefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis zwischen CO₂ und N₂ in einem Bereich von 20 Gew.-% N₂ bei 80 Gew.-% CO₂ bis 60 Gew.-% N₂ bei 40 Gew.-% CO₂ liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 30 Gew.-% N₂ bei 70 Gew.-% CO₂ bis 50 Gew.-% N₂ bei 50 Gew.-% CO₂ liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von CO₂ und N₂ gewählt wird als ca. 60 Gew.-% CO₂ bei ca. 40 Gew.-% N₂.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtkonzentration von CO₂ und N₂ gemessen am Gesamtgewicht des zu verarbeitenden Kunststoffs maximal ca. 3 Gew.-% und vorzugsweise ca. 1 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtkonzentration von N₂ gemessen am Gesamtgewicht des zu verarbeitenden Kunststoffes maximal ca. 0,95 Gew.-% und vorzugsweise etwa 0,65 Gew.-% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das CO₂ und N₂ unabhängig von der Reihenfolge nacheinander in den Kunststoff eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass CO₂ und N₂ wenigstens teilweise zeitlich überlappend in den Kunststoff eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff ein thermoplastisches Elastomer, vorzugsweise auf Polyesterbasis, oder zum Beispiel Polypropylen, Polystyrol oder Polyamid, verwendet wird.