DE102017121315A1 - Injection molding of non-meltable elastomers - Google Patents

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Spritzgießen von Formteilen aus nichtschmelzbaren Elastomeren in einer Kavität eines Werkzeugs.The invention relates to a method for injection molding of molded parts from non-meltable elastomers in a cavity of a tool.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Spritzgießen von Formteilen aus nichtschmelzbaren Elastomeren in einer Kavität eines Werkzeugs.The invention relates to a method for injection molding of molded parts from non-meltable elastomers in a cavity of a tool.

Aus www.plastics.covestro.com, Stichwort Werkzeugtemperierung, ist bekannt, dass Spritzgießwerkzeuge zu den teuersten technischen Gebilden mit wechselhaften Beanspruchungen und höchsten Genauigkeitsanforderungen gehören. Um dem wirtschaftlichen Anspruch gerecht zu werden, muss ein Spritzgießwerkzeug sehr gut konstruktiv durchdacht sein. Die Qualität des Formteils hängt entscheidend von dem stets lokalen, gleichmäßigen Temperaturgang von Zyklus zu Zyklus ab. Ob das Werkzeug ein guter oder schlechter Wärmetauscher ist, hat den ausschlaggebenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der Produktion.From www.plastics.covestro.com, keyword tool tempering, is known that injection molding tools are among the most expensive technical structures with variable loads and highest accuracy requirements. In order to meet the economic demand, an injection mold must be very well designed. The quality of the molded part depends crucially on the always local, uniform temperature cycle from cycle to cycle. Whether the tool is a good or a bad heat exchanger has the decisive influence on the profitability of production.

Um die Formteilqualität zu steigern und die Herstellzeit zu verkürzen, muss man die Gesetzmäßigkeiten des Wärmeaustausches im Werkzeug kennen und gezielt nutzen.In order to increase the quality of the molded part and to shorten the production time, one must know the laws of heat exchange in the tool and make targeted use of it.

Die Rohstoffhersteller von Kunststoffen geben in der Regel für ihre Produkte neben einer optimalen Verarbeitungstemperatur, die oberhalb der Erweichungstemperaturen liegen, auch günstige Werkzeugtemperaturen an.As a rule, the raw material manufacturers of plastics also indicate favorable mold temperatures for their products in addition to an optimum processing temperature which is above the softening temperatures.

Beim Spritzgießen von Thermoplasten wird periodisch heiße Schmelze in die Kavität eines „kalten“ Werkzeugs gespritzt. Deshalb muss man annehmen, dass sich dieses ohne eine Temperierung des Werkzeugs durch den Wärmegehalt der Kunststoffschmelze aufheizt und sich auf ein bestimmtes Temperaturniveau einpendelt.In the injection molding of thermoplastics, hot melt is injected periodically into the cavity of a "cold" tool. Therefore, one must assume that this heats up without a tempering of the tool by the heat content of the plastic melt and settles to a certain temperature level.

Während beim Spritzgießen von Thermoplasten die Wechseltemperierung des Werkzeugs seit langem Eingang in die Anwendungstechnik gefunden hat, werden Werkzeuge zur Herstellung von nichtschmelzbaren Elastomeren in der Produktion auf eine konstante Temperatur aufgeheizt, die Sie dann auch über den gesamten Fertigungsprozess von Zyklus zu Zyklus beibehalten. Die Höhe der Temperatur entspricht dabei der Lokalisationstemperatur für das fertige Formteil.While thermoforming of thermoplastic molds has long been used in application engineering, non-meltable elastomer production tools are heated to a constant temperature during production, which is maintained from cycle to cycle throughout the entire manufacturing process. The height of the temperature corresponds to the localization temperature for the finished molded part.

Dies hat den Nachteil, dass das Material bereits mit dem Einspritzvorgang beginnt zu vulkanisieren und ein optimaler Füllvorgang nur durch zusätzliche Verteiler und Anbindungen sowie das Einbringen von Entlüftung, insbesondere in Form von Flutrillen und Überlaufrillen möglich ist. Dennoch beginnt mit dem Beginn des Spritzprozesses und dem Füllen des Werkzeugs bereits der Vulkanisationsprozess; d.h., dass mit zunehmender Wärme und Scherung des Materials die Vernetzungsreaktion beschleunigt wird. Daher ist in Abhängigkeit der Formteilgeometrie und der Spezifikation der Maschine der Fließweg sehr begrenzt. Hier ist es prinzipiell möglich, dem konstruktiv entgegenzuwirken oder auch die Rezeptur des Materials entsprechend anzupassen, was wiederum den Nachteil hat, dass dann diese Rezeptur nur für diesen speziellen Artikel einsetzbar ist.This has the disadvantage that the material already begins to vulcanize with the injection process and an optimal filling process is possible only by additional distributors and connections and the introduction of ventilation, in particular in the form of turf grooves and overflow grooves. Nevertheless, the beginning of the injection process and the filling of the tool already begin the vulcanization process; that is, with increasing heat and shear of the material, the crosslinking reaction is accelerated. Therefore, depending on the molding geometry and the specification of the machine, the flow path is very limited. Here it is possible in principle to counteract the design or to adapt the recipe of the material accordingly, which in turn has the disadvantage that then this recipe can be used only for this particular article.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das an sich für die Verarbeitung von Thermoplasten bekannte Verfahren für nichtschmelzbare Elastomere zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention is to provide the process for non-meltable elastomers known per se for the processing of thermoplastics.

Die vorgenannte Aufgabe wird in einer ersten Ausführungsform gelöst durch ein Verfahren zum Spritzgießen von Formteilen aus nichtschmelzbaren Elastomeren in einer Kavität eines Werkzeugs,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass man
die Kavität des Werkzeugs vor dem Einbringen des nichtschmelzbaren Elastomers auf eine Temperatur t1 erwärmt, die oberhalb der Erweichungstemperatur, jedoch unterhalb der Vernetzungstemperatur des nichtschmelzbaren Elastomers liegt
im Verlauf des Einbringens des nichtschmelzbaren Elastomers die Kavität des Werkzeuges auf eine Temperatur t2 aufheizt, die wenigstens der Vulkanisationstemperatur des nichtschmelzbaren Elastomers entspricht, und nach Beendigung des Einbringens des nichtschmelzbaren Elastomers die Kavität des Werkzeugs wieder auf die Temperatur t1 oder darunter abkühlt, bevor das Formteil der Kavität entnommen wird.The above object is achieved in a first embodiment by a method for injection molding of molded parts from non-meltable elastomers in a cavity of a tool,
which is characterized in that one
the cavity of the tool is heated prior to introduction of the non-meltable elastomer to a temperature t 1 which is above the softening temperature but below the crosslinking temperature of the non-meltable elastomer
in the course of introduction of the non-meltable elastomer, the cavity of the tool heats up to a temperature t 2 which corresponds at least to the vulcanization temperature of the non-meltable elastomer, and after completion of the introduction of the non-meltable elastomer, cools the cavity of the tool back to the temperature t 1 or below, before the molding of the cavity is removed.

Thermoplastische Elastomere sind Werkstoffe, bei denen elastische Polymerketten in thermoplastisches Material eingebunden sind. Sie lassen sich in einem rein physikalischen Prozess in Kombination von hohen Scherkräften, Wärmeeinwirkung und anschließender Abkühlung verarbeiten.Thermoplastic elastomers are materials in which elastic polymer chains are incorporated in thermoplastic material. They can be processed in a purely physical process in combination of high shear forces, heat and subsequent cooling.

Nichtschmelzbare Elastomere im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen formfeste, aber elastisch verformbare Kunststoffe, deren Glasübergangstemperatur sich unterhalb der Einsatztemperatur befindet, insbesondere die Vulkanisate von Naturkautschuk, Synthesekautschuk und Silikonkautschuk. Kautschuke sind bekanntermaßen in den gummielastischen Zustand überführbare Massen, welche im Falle der Silikonkautschuke Poly(organo)siloxane enthalten, die für Vernetzungsreaktionen zugängliche Gruppen aufweisen. Als solche kommen vorwiegend Wasserstoffatome, Hydroxygruppen und Vinylgruppen in Frage, die sich an den Kettenenden befinden, aber auch in die Kette eingebaut sein können. Erfindungsgemäß eingesetzte nichtschmelzbare Elastomere im Sinne der vorliegenden Erfindung enthalten gegebenfalls verstärkende Stoffe und Füllstoffe, deren Art und Menge das mechanische und chemische Verhalten der durch die Vernetzung entstehenden Elastomere deutlich beeinflussen. Sie können mit geeigneten Pigmenten gefärbt werden.Non-meltable elastomers in the context of the present invention comprise dimensionally stable, but elastically deformable plastics whose glass transition temperature is below the use temperature, in particular the vulcanizates of natural rubber, synthetic rubber and silicone rubber. Rubbers are known to be in the rubbery state convertible masses containing in the case of silicone rubbers poly (organo) siloxanes having groups accessible for crosslinking reactions. As such, predominantly hydrogen atoms, hydroxyl groups and vinyl groups come into question, which are located at the chain ends, but can also be incorporated into the chain. Non-meltable elastomers used according to the invention in the context of the present invention optionally contain reinforcing substances and fillers whose type and amount significantly influence the mechanical and chemical behavior of the elastomers formed by the crosslinking. They can be dyed with suitable pigments.

Die nachfolgenden Temperaturangaben t1 und t2 beziehen sich jeweils auf die Oberfläche der Kavität des Werkzeugs.The following temperature indications t 1 and t 2 relate respectively to the surface of the cavity of the tool.

Die Kavität des Werkzeugs wird beim Produktionsstart (Zyklus) auf eine Temperatur t1 unterhalb der Vulkanisationstemperatur gebracht und damit auf eine dem Spritzgießmaterial angepasste Temperatur eingestellt. Somit wird mit Beginn des Einspritzvorgangs des nichtschmelzbaren Elastomers das Material nicht zusätzlich geschert, so dass die Vernetzungsreaktion erst wesentlich verzögert einsetzt. Während des Füllvorgangs, insbesondere zum Ende des Füllvorgangs hin, spätestens mit Beginn der Hauptheizzeit wird die Temperatur der Kavität des Werkzeugs in einer möglichst kurzen Zeit auf eine Temperatur t2 angehoben, so dass die Vernetzungsreaktion unmittelbar gestartet bzw. stark beschleunigt wird. Die Aufheizung der Kavität des Werkzeugs kann dabei linear, aber bevorzugt zum Ende hin stark ansteigend, erfolgen. Zum Ende der Heizzeit erfolgt dann die Umschaltung in den Abkühlmodus, d.h. die Abkühlung des Werkzeugs auf die vorgenannte Temperatur t1, d. h. die ursprüngliche Werkzeugausgangstemperatur. Für diese Abkühlung kann insbesondere auch die Werkzeugöffnungszeit und die gesamte Entformungszeit genutzt werden.The cavity of the tool is brought to a temperature t 1 below the vulcanization temperature at the start of production (cycle) and thus adjusted to a temperature adapted to the injection molding material. Thus, with the beginning of the injection process of the non-meltable elastomer, the material is not sheared in addition, so that the crosslinking reaction begins only considerably delayed. During the filling process, in particular towards the end of the filling process, at the latest at the beginning of the main heating time, the temperature of the cavity of the tool is raised in a shortest possible time to a temperature t 2 , so that the crosslinking reaction is started immediately or greatly accelerated. The heating of the cavity of the tool can be done linearly, but preferably towards the end rising sharply. At the end of the heating time then the switchover to the cooling mode, ie the cooling of the tool to the aforementioned temperature t 1 , ie the original tool outlet temperature. In particular, the tool opening time and the total demolding time can be used for this cooling.

Im Anschluss daran wird ein neuer Zyklus gestartet.Subsequently, a new cycle is started.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nicht nur Einfluss auf den Füllvorgang genommen werden, sondern das erfindungsgemäße Verfahren hat dementsprechend auch einem großen Einfluss auf die Gestaltung und Auslegung der Spritzgussartikel. Erfindungsgemäß können daher Flutrillen oder Überläufer eingespart werden, so dass die Menge an Materialausschuss reduziert wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Reduzierung der Heizzeit durch die variable Einstellung der Werkzeugtemperatur.With the method according to the invention not only influence on the filling process can be taken, but the inventive method has accordingly also a great influence on the design and design of the injection molded article. Therefore, according to the invention, flow grooves or skimmers can be saved, so that the amount of scrap material is reduced. Another advantage of the present invention is the reduction of heating time through the variable adjustment of the tool temperature.

In einer bevorzugten Ausführungsform des der vorliegenden Erfindung wird die Aufheizung der Kavität des Werkzeugs auf die Temperatur t1 mit einem fluiden Wärmeträger, insbesondere Wasser oder Öl durchgeführt. Dieser Wärmeträger hat nicht nur Vorteile bei der Aufheizung der Kavität des Werkzeuges sondern auch bei der Abkühlung des Werkzeuges insgesamt von der Temperatur t2 auf die Temperatur t1, da hier das Wärmereservoir des Werkzeugs wieder verwendet werden kann. Prinzipiell sind zur Erhitzung des Werkzeugs von der Temperatur t1 auf die Temperatur t2 alle standardmäßigen Vorrichtungen und Verfahren geeignet, die aus dem Bereich der Thermoplasten bekannt sind. Um im Sinne der vorliegenden Erfindung die Temperatur der Kavität des Werkzeugs zum Ende der Heizzeit möglichst schnell ansteigen sollte, hat sich eine Induktionsheizung als besonders vorteilhaft herausgestellt. Diese ist in der Lage, die Kavität des Werkzeugs in einer kurzen Zeit schnell auf zu heizen, insbesondere wenn dann anschließend die Wärme am Ende der Heizzeit wieder abgeführt werden muss, was dann durch den weiteren Wärmeträger, insbesondere einen fluiden Wärmeträger, wie oben definiert, hervorragend möglich ist.In a preferred embodiment of the present invention, the heating of the cavity of the tool to the temperature t 1 is carried out with a fluid heat carrier, in particular water or oil. This heat carrier has not only advantages in heating the cavity of the tool but also in the cooling of the tool as a whole of the temperature t 2 to the temperature t 1 , since the heat reservoir of the tool can be used again here. In principle, to heat the tool from the temperature t all standard apparatuses and methods suitable which are known from the field of thermoplastics 1 to the temperature T 2. In order for the purposes of the present invention, the temperature of the cavity of the tool should increase as quickly as possible at the end of the heating time, an induction heating has been found to be particularly advantageous. This is able to quickly heat the cavity of the tool in a short time, especially if then then the heat at the end of the heating time must be dissipated again, which then by the other heat carrier, in particular a fluid heat carrier, as defined above, is perfectly possible.

Die Positionierung der Induktionsheizung am oder im Spritzgießwerkzeug kann nach an sich bekanntem Stand der Technik erfolgen. Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es jedoch, wenn der Induktor in das Werkzeug, insbesondere im Bereich nahe der Oberfläche der Kavität des Werkzeugs integriert ist. Damit ist es möglich, das Werkzeug und die Oberfläche der Kavität des Werkzeugs mit praktisch beliebigem Material auszugestalten.The positioning of the induction heating on or in the injection mold can be done according to known prior art. However, it is particularly preferred for the purposes of the present invention if the inductor is integrated in the tool, in particular in the region near the surface of the cavity of the tool. This makes it possible to design the tool and the surface of the cavity of the tool with virtually any material.

Claims (11)

Verfahren zum Spritzgießen von Formteilen aus nichtschmelzbaren Elastomeren in einer Kavität eines Werkzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kavität des Werkzeugs vor dem Einbringen des nichtschmelzbaren Elastomers auf eine Temperatur t1 erwärmt, die oberhalb der Erweichungstemperatur, jedoch unterhalb der Vernetzungstemperatur des nichtschmelzbaren Elastomers liegt, im Verlauf des Einbringens des nichtschmelzbaren Elastomers die Kavität des Werkzeugs auf eine Temperatur t2 aufheizt, die wenigstens der Vulkanisationstemperatur des nichtschmelzbaren Elastomers entspricht, und nach Beendigung des Einbringens des nichtschmelzbaren Elastomers die Kavität des Werkzeugs wieder auf die Temperatur t1 oder darunter abkühlt, bevor das Formteil der Kavität entnommen wird.A method of injection molding non-meltable elastomer moldings in a cavity of a tool, characterized by heating the cavity of the tool to a temperature t 1 above the softening temperature but below the crosslinking temperature of the non-meltable elastomer prior to introducing the non-meltable elastomer, during the course of introduction of the non-meltable elastomer, the cavity of the tool heats up to a temperature t 2 which corresponds at least to the vulcanization temperature of the non-meltable elastomer and, after completion of the introduction of the non-meltable elastomer, cools the cavity of the tool back to the temperature t 1 or below, before the molding of the cavity is removed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kavität des Werkzeugs auf die Temperatur t1 mit einem fluiden Wärmeträger, insbesondere Wasser oder Öl, erwärmt.Method according to Claim 1 , characterized in that the cavity of the tool to the temperature t 1 with a fluid heat carrier, in particular water or oil, heated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kavität des Werkzeugs auf die Temperatur t1 induktiv erwärmt.Method according to Claim 1 , characterized in that the cavity of the tool is heated inductively to the temperature t 1 . Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor in das Werkzeug integriert ist.Method according to Claim 3 , characterized in that the inductor is integrated in the tool. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kavität des Werkzeugs durch eine externe Wärmequelle, insbesondere Infrarot oder Laser, auf die Temperatur t1 induktiv erwärmt.Method according to Claim 1 , characterized in that the cavity of the tool by an external heat source, in particular Infrared or laser, inductively heated to the temperature t 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kavität des Werkzeugs von der Temperatur t1 auf die Temperatur t2 mit einem fluiden Wärmeträger, insbesondere Wasser oder Öl, erwärmt.Method according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the cavity of the tool from the temperature t 1 to the temperature t 2 with a fluid heat carrier, in particular water or oil, heated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kavität des Werkzeugs von der Temperatur t1 auf die Temperatur t2 induktiv erwärmt.Method according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the cavity of the tool is heated inductively from the temperature t 1 to the temperature t 2 . Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor in das Werkzeug integriert ist.Method according to Claim 7 , characterized in that the inductor is integrated in the tool. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kavität des Werkzeugs durch eine externe Wärmequelle, insbesondere Infrarot oder Laser, auf die Temperatur t1 induktiv erwärmt.Method according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the cavity of the tool by an external heat source, in particular infrared or laser, inductively heated to the temperature t 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Aufheizung der Kavität des Werkzeugs von der Temperatur t1 auf die Temperatur t2 linear oder überproportional ansteigend zum Ende der Aufheizzeit vornimmt.Method according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that one carries out the heating of the cavity of the tool from the temperature t 1 to the temperature t 2 linearly or disproportionately increasing at the end of the heating time. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlung des Werkzeugs von der Temperatur t2 auf die Temperatur t1 mit einem fluiden Wärmeträger, insbesondere Wasser oder Öl erfolgt.Method according to one of Claims 1 to 10 , characterized in that the cooling of the tool from the temperature t 2 to the temperature t 1 with a fluid heat carrier, in particular water or oil.
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