DE10333197A1

DE10333197A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Verbundbauteils

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Publication number: DE10333197A1
Application number: DE2003133197
Authority: DE
Original assignee: Krauss Maffei Kunststofftechnik GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-02-10

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung eines mehrere Kunststoffkomponenten (A, B, C,...) aufweisenden Verbundbauteils im Mehrkomponentenspritzgießverfahren, wobei die Kunststoffkomponenten in einer Plastifiziereinheit aufgeschmolzen und in ein für das Mehrkomponentenspritzgießverfahren ausgebildetes Werkzeug eingespritzt werden, und wobei wenigstens zwei Kunststoffkomponenten des Verbundbauteils wenigstens teilweise aneinanderstoßen und in diesem Bereich jeweils eine Haftverbindung zwischen diesen Kunststoffkomponenten ausgebildet wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Verarbeitung wenigstens der für die Haftverbindungen vorgesehenen Kunststoffkomponenten im Bereich der unteren empfohlenen Verarbeitungstemperatur (T¶min¶) der jeweiligen Kunststoffkomponente erfolgt und dass mindestens in dem Bereich der jeweiligen Haftverbindung die an dieser Haftverbindung beteiligte und zuerst eingespritzte Kunststoffkomponente des Verbundbauteils mit einem Plasmastrahl beaufschlagt wird, bevor die weitere an dieser Haftverbindung beteiligte Kunststoffkomponente in das Werkzeug ein- und an die zuerst eingespritzte Kunststoffkomponente dieser Haftverbindung angespritzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrere Kunststoffkomponenten (A, B, C,...) aufweisendes Kunststoff-Verbundbauteils im Mehrkomponentenspritzgießverfahren, nachfolgend Verbundbauteil genannt, wobei die Kunststoffkomponenten in einer Plastifiziereinheit aufgeschmolzen und in ein für das Mehrkomponentenspritzgießverfahren ausgebildetes Werkzeug eingespritzt werden, und wobei wenigstens zwei Kunststoffkomponenten des Verbundbauteils wenigstens teilweise aneinanderstossen und in diesem Bereich jeweils eine Haftverbindung zwischen diesen Kunststoffkomponenten ausgebildet wird.

Zur Verarbeitung von Kunststoffen im Spritzgießen werden von den Rohstoffherstellern bestimmte auf den jeweiligen Kunststoff bezogene Verarbeitungstemperaturen (T_min – T_max) empfohlen, die häufig einen Bereich von 30°C bis 50°C umfassen (siehe Tabelle 1). Bei der Herstellung von Verbundbauteilen im Mehrkomponentenspritzgießen werden mehrere Kunststoffkomponenten A, B, C, usw. in einem integrierten Prozess zu einem komplexen Bauteil verbunden. Dies kann zum Beispiel durch Drehwerkzeuge, Indexplatten- oder Trennschiebertechnik oder dergleichen geschehen.

Es ist allgemein bekannt, dass die Festigkeit eines im Mehrkomponentenspritzgießverfahren hergestellten Verbundbauteils in hohem Maße durch die Verarbeitungstemperatur der jeweiligen Materialien bestimmt wird. Um eine gute Festigkeit erzielen zu können, werden die Materialien in den meisten Fällen an der oberen Grenze des empfohlenen Temperaturbereichs verarbeitet. Damit gehen jedoch mehrere Nachteile einher. Zum einen kann das Polymer leicht thermisch geschädigt werden. Dieser Abbau äußert sich in einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften, in Ablagerungen im Werkzeug, durch farbliche Veränderungen und vieles andere mehr. Außerdem führt die Verarbeitung an der oberen Grenze der Verarbeitungstemperatur zur vergleichsweise langen Zykluszeiten.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verfahren anzugeben, mit dem Verbundteile in kürzeren Zykluszeiten und ohne Gefahr von thermischen Schädigungen des Polymers im Mehrkomponentenspritzgießverfahren hergestellt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen finden sich in den Unteransprüchen.

Dadurch dass die Verarbeitung der an der jeweiligen Haftverbindung beteiligten Kunststoffkomponenten im Bereich der unteren Verarbeitungstemperatur erfolgt, kann eine thermische Schädigung des Polymers nahezu ausgeschlossen werden. Um dennoch eine gute Verbundhaftung zu erzielen, wird mindestens in dem Bereich der jeweiligen Haftverbindung die an dieser Haftverbindung beteiligte und zuerst eingespritzte Kunststoffkomponente des Verbundbauteils mit einem Plasmastrahl beaufschlagt, bevor die weitere an dieser Haftverbindung beteiligte Kunststoffkomponente in das Werkzeug ein- und an die zuerst eingespritzte Kunststoffkomponente dieser Haftverbindung angespritzt wird. Durch das Zusammenwirken von Plasmabehandlung einerseits und Verarbeitung der Materialien an der unteren Verarbeitungstemperatur andererseits können Verbundbauteile mit guter Verbundhaftung bei gleichzeitiger Schonung des Polymers hergestellt werden.

Gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn die Verarbeitungstemperatur im Bereich von Tmin bis T_min + 0,1 ΔT erfolgt, wobei ΔT der gesamte empfohlene Bereich der Verarbeitungstemperatur ist. Je nach Kunststoffkomponente können auch gute Ergebnisse erzielt werden, wenn die Verarbeitungstemperatur im Bereich von T_min bis T_min + 0,05 ΔT liegt.

Mögliche Kunststoffkomponenten für eine erste Komponente des Verbundteils können sein: PP, PE, PC, PBT, POM, ABS, PA oder einem Blendsystem wie PC-ABS. Als zweite Komponente des Verbundteils können thermoplastische Elastomere vorgesehen werden, beispielsweise TPE-E, TPE-S, TPE-V, TPR-U, TPE-O usw.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
1 Draufsicht auf ein geöffnetes Drehwerkzeug;
2 Schnitt entlang der Linie I-I von 1;
3 Tabelle mit Kombinationen von Kunststoffkomponenten und deren empfohlenen Verarbeitungstemperaturen;
4 Graphische Darstellung von Messergebnissen für ein Verbundbauteil aus PA6/TPE1.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand eines Mehrkomponentenspritzgießverfahrens beschrieben werden, bei dem die sogenannte Drehteller- oder Drehwerkzeugtechnik zur Anwendung kommt. Wie den 1 und 2 zu entnehmen ist, ist auf einer Werkzeugaufspannplatte 5 ein Drehwerkzeug 2 aufgespannt, das in an sich bekannter Weise um eine Achse A gedreht werden kann. Im ersten Takt wird in der Kavität 6 ein Vorspritzling aus einer ersten Kunststoffkomponente A hergestellt. Die Kunststoffkomponente A wird dabei an der unteren Grenze der empfohlenen Verarbeitungstemperatur verarbeitet. Ist dieser Prozess beendet, wird das Werkzeug, von dem hier nur die eine Hälfte, nämlich das Drehwerkzeug dargestellt ist, geöffnet, so dass der Vorspritzling mit einem Plasmastrahl beaufschlagt werden kann. In der Regel ist es ausreichend, wenn der Plasmastrahl nur diejenigen Bereiche überstreicht, an die im nächsten Takt die nächste Kunststoffkomponente ansgespritzt werden soll. Die zu überspritzende Geometrie wird dabei mit einem atmosphärischen Plasma behandelt, wozu eine Plasmadüse 1 mittels eines Handlingsgerätes 8 über die zu behandelnde Fläche bewegt wird. Das Zünden des Plasmas wird online überwacht, so dass eine prozesssichere Behandlung gewährleistet ist. Nach Beendigung der Behandlung wird das Drehwerkzeug 2 gedreht, so dass sich der Vorspritzling 3 nun in der Kavität 7 befindet. Das Werkzeug wird geschlossen und die Kunststoffkomponente B wird in diese Kavität ein- und an den Vorspritzling 3 angespritzt, so dass ein Verbundbauteil, bestehend aus den Teilen 3 und 4 entsteht. Die Kunststoffkomponente B wird dabei ebenfalls an der unteren Grenze der empfohlenen Verarbeitungstemperatur verarbeitet. Bei dem Vorspritzling 3 kann es sich beispielsweise um einen Gehäusedeckel und bei dem Teil 4 um eine elastomerische Dichtung handeln, so dass das Verbundbauteil ein Gehäusedeckel mit integrierter Dichtung ist. Die Behandlung mit dem Plasma kann auch nach dem Drehen des Drehwerkzeugs erfolgen, wenn sich der Vorspritzling 3 schon in der Kavität 7 befindet.
Im übrigen kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen aus der Mehrkomponententechnik bekannten Werkzeugen ausgeführt werden. Es muss lediglich dafür gesorgt werden, dass die untere Verarbeitungstemperatur eingehalten wird und eine Einrichtung zur Plasmabeaufschlagung bereitgestellt wird. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch im Zusammenhang mit der Indexplatten- oder der Trennschiebertechnik ausgeführt werden.
In der Tabelle gemäß 3 sind einige Beispiele für Kunststoffkomponenten für Verbundbauteile und deren empfohlenen Verarbeitungstemperaturen aufgeführt. Erfindungsgemäß soll die Verarbeitung in einem kleinen Bereich an der unteren Grenze T_min erfolgen.
In der Grafik gemäß 4 sind Messergebnisse dargestellt für ein Verbundbauteil aus den Kunststoffkomponenten PA6 und TPE1. Wie der Grafik zu entnehmen ist, ergibt die Plasmabehandlung über den gesamten Bereich der empfohlenen Verarbeitungstemperatur eine Erhöhung der Verbundhaftung. Daher kann aus Gründen der schonenden Verarbeitung der Polymere die Herstellung des Verbundbauteils an der unteren Grenze der empfohlenen Verarbeitungstemperatur erfolgen.

1: Plasmadüse
2: Drehwerkzeug
3: Vorspritzling (erste Komponente)
4: Zweite Komponente
5: Werkzeugaufspannplatte
6: Erste Kavität
7: Zweite Kavität
8: Handlingsgerät

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mehrere Kunststoffkomponenten (A, B, C,...) aufweisendes Verbundbauteils im Mehrkomponentenspritzgießverfahren, wobei die Kunststoffkomponenten in einer Plastifiziereinheit aufgeschmolzen und in ein für das Mehrkomponentenspritzgießverfahren ausgebildetes Werkzeug eingespritzt werden, und wobei wenigstens zwei Kunststoffkomponenten des Verbundbauteils wenigstens teilweise aneinanderstossen und in diesem Bereich jeweils eine Haftverbindung zwischen diesen Kunststoffkomponenten ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung wenigstens der für die Haftverbindungen vorgesehenen Kunststoffkomponenten im Bereich der unteren empfohlenen Verarbeitungstemperatur (T_min) der jeweiligen Kunststoffkomponente erfolgt, und dass mindestens in dem Bereich der jeweiligen Haftverbindung die an dieser Haftverbindung beteiligte und zuerst eingespritzte Kunststoffkomponente des Verbundbauteils mit einem Plasmastrahl beaufschlagt wird, bevor die weitere an dieser Haftverbindung beteiligte Kunststoffkomponente in das Werkzeug ein- und an die zuerst eingespritzte Kunststoffkomponente dieser Haftverbindung angespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung wenigstens der für die Haftverbindungen vorgesehenen Kunststoffkomponenten in einem Bereich von T_min bis T_min + 0,1 ΔT erfolgt, wobei ΔT der gesamte empfohlene Bereich der Verarbeitungstemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung wenigstens der für die Haftverbindungen vorgesehenen Kunststoffkomponenten in einem Bereich von T_min bis T_min + 0,05 ΔT erfolgt, wobei ΔT der gesamte empfohlene Bereich der Verarbeitungstemperatur ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verbundbauteil eine erste Kunststoffkomponente aus einem thermoplastischen Kunststoff wie beispielsweise PP, PE, PC, PBT, POM, ABS, PA oder einem Blendsystem wie PC-ABS und eine zweite Kunststoffkomponente aus einem thermoplastischen Elastomer (Elastomer-Komponente) wie beispielsweise TPE-E, TPE-S, TPE-V, TPR-U oder TPE-O verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die thermoplastische Komponente eingespritzt und mit dem Plasmastrahl beaufschlagt wird, und dass die Elastomer-Komponente an die thermoplastische Komponente ansgespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die Elastomer-Komponente eingespritzt und mit dem Plasmastrahl beaufschlagt wird und dass die thermoplastische Komponente an die Elastomer-Komponente angespritzt wird.