DE1113559B - Verfahren zur planmaessigen Lenkung der Orientierungsrichtung im inneren Gefuege von Teilen aus thermoplastischem Kunststoff bei deren Herstellung in Spritzgiessmaschinen - Google Patents

Description

• Verfahren zur planmäßigen Lenkung der Orientierungsrichtung im inneren Gefüge von Teilen aus thermoplastischem Kunststoff bei deren Herstellung in Spritzgießmaschinen Es ist bekannt, daß die thermoplastischen Kunststoffe im plastifizierten Zustand beim Fließen durch lange Kanäle eine bevorzugt in Fließrichtung verlaufende Orientierung erhalten. Die Moleküle des plastifizierten Kunststoffes bilden feine Fäden oder Fadenketten, deren Länge bis zum Mehrtausendfachen ihres Durchmessers betragen kann. Wenn über einen längeren Weg hinweg der plastischen Masse die gleiche Strömungsrichtung von außen aufgezwungen wird, ordnen sich diese Fadenketten bereits im plastifizierten Zustand mit ihrer Längsachse in Fließrichtung. Diese Ordnung ist um so größer, je kälter, d. h. je zäher die Masse ist und je mehr durch Wandreibung in der plastischen Masse ein Geschwindigkeits- und damit ein inneres Schergefälle erzeugt wird.
• Daraus ist zu erkennen, daß besonders hohe Ordnungsgrade beim dünnwandigen Spritzguß zu erwarten sind. Hierbei muß die plastifizierte Kunststoffmasse unter hohem Druck in dünnen Schichten zwischen nahezu kalten metallischen Formflächen durchfließen.
• Die Wandreibung ist groß und die Abkühlung sehr rasch. Die Folge ist eine sehr intensive Orientierung des Kunststoffes, die sich in den meisten Fällen überaus nachteilig auswirkt. Die Orientierung erzeugt eine einseitige Festigkeitsverschiebung mit höheren Festigkeitswerten in Fließrichtung. Die Werte senkrecht zur Fließrichtung fallen entsprechend ab.
• Bei einer Zugfestigkeitsprüfung kann sich zwischen Orientierungsrichtung und senkrecht dazu ein Festigkeitsverhältnis von 4 : 1 und mehr ausbilden, bei einer Schlagprüfung kann ein Verhältnis von 20:1 und mehr entstehen.
• Diese durchweg ungünstige Festigkeitsverschiebung bewirkt z. B. ein sehr leichtes Platzen von dünnwandigen Bechern schon bei einer geringen Biegebeanspruchung senkrecht zur Längsachse. Dieselben Becher kann man aber senkrecht zur Fließrichtung (d. h. bei einer Biegebeanspruchung in Längsachse) bis zu 1800 und mehr hin- und herbiegen, ohne daß sie zerspringen.
• Da es zum Wesen des Spritzgießens gehört, daß man in kalte Metallformen und durchweg möglichst dünnwandig spritzt, sind derartige Orientierungserscheinungen unvermeidlich. Erfindungsgemäß wird nun ein Verfahren zur planmäßigen Beeinflussung dieser unvermeidlichen Orientierung vorgeschlagen.
• Das Verfahren beruht darauf, daß die den Formhohlraum begrenzenden Formteile durch Antriebskräfte von außen während der Kunststoffeinspritzung gegeneinanderbewegt werden. Wenn der Kunststoff in die Form einströmt, stellt sich bei ruhenden Formhälften eine Orientierungsrichtung in Strömungsrichtung ein.
• Diese Orientierung des Kunststoffes in Fließrichtung kann durch eine Bewegung des Formkerns oder des Formmantels, z. B. durch Drehung, verändert werden.
• Beispielsweise kann man bei einem Becher, der vom Boden aus gespritzt wird, den Formkern oder den Formmantel oder beide Teile gleichzeitig während des Einspritzens gegeneinander rotieren lassen.
• Dadurch kann die einseitige Orientierung der dünnen Kunststoffschicht in Längsrichtung teilweise oder ganz aufgehoben oder eine beliebig zwischen längs und quer zur Becherachse wählbare Orientierungsrichtung an der Außenhaut oder Innenhaut des Bechers eingestellt werden.
• In Abb. 1 ist beispielsweise ein in bekannter Weise gespritzter Becher mit Spritzform dargestellt.
• Die heiße plastifizierte Kunststoffmasse 1 tritt aus der Düse in die Form, die aus dem den Kern enthaltenden Formteil 3 und dem Formmantel 4 gebildet wird. Beim Einströmen orientiert sie sich an der Innen- und an der Außenfläche gleichmäßig in Richtung A-B.
• In Abb. 2 ist eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Spritzen eines Bechers aus thermoplastischem Kunststoff dargestellt.
• Bei dieser Vorrichtung können wahlweise das den Formkern enthaltende Formteil 5 sowie der Formmantel 6 einzeln oder beide gleichzeitig gegenläufig über eine Antriebsvorrichtung 7 bewegt werden.
• Im ersten Falle, wenn sich nur das Kernformteil 5 dreht, wird die Orientierung in der Randzone des Außenmantels gleichbleiben, während die Orientierung auf dem Innenkern in der Randzone je nach Drehgeschwindigkeit eine Richtung zwischen Längs-und Querachse zum Behälter einnehmen wird. Die Richtung E-F der Orientierung auf dem Kern ergibt sich exakt aus der Überlagerung der beiden Geschwindigkeitspfeile A-B für die einströmende Masse und für die Umfangsgeschwindigkeit C-D.
• Wenn der Außenmantel 6 gegenläufig zum Kernformteil 5 rotiert, nimmt die Orientierungsrichtung in der Außenhaut des Teils eine entgegengesetzte Richtung gegenüber der Orientierungsrichtung des Kerns ein. Es treten dann drei Fließrichtungen auf (s. Abb. 3). Der Geschwindigkeitspfeil A-B ist der normale Massefluß, der Pfeil C-D die Umfangsrichtung des rotierenden Formkerns. E-F ist die Orientierungsrichtung auf dem Kern, der Pfeil G-H die Orientierungsrichtung an der Formmantelfläche.
• Diese Verhältnisse gelten eindeutig, wenn sich beide Oberflächen des Spritzlingsbodens während des Spritzvorganges in Ruhe befinden. Der Massenfluß vom zentralen Anguß aus kann gleichmäßig und ungestört nach allen Richtungen hin stattfinden. Wenn nun der innere Formboden mit dem Formkern und der äußere Formboden mit dem Formmantel rotieren, ergeben sich die gleichen Überlagerungsfälle im Boden des Spritzlings wie in seinen Seitenwandungen, nur daß die Orientierungen wie konzentrische Spiralen verlaufen, die einander bei Gegenläufigkeit kreuzen.
• Wenn die beiden Böden bzw. die beiden Wandflächen der Form gleichzeitig rotieren, kann man radial vororientiertes Material am Beginn des senkrechten Randes in die Form bringen.
• Wenn man, wie in Abb. 4 dargestellt, in Richtung vI-C (senkrecht zur Haupifließrichtung 2 vororientiertes Material in eine dünnwandige Form fließen läßt, so muß das Material zunächst die erste Orientierung aufgeben, einen Nullwert durchlaufen, um sich dann in der letzten Hälfte des Spaltes in der neuen Fließrichtung zu orientieren. Das Einströmen des vororientierten Materials in die Form ist dabei sehr viel einfacher, da die Vororientierung wie eine Fließreserve wirkt und so erst im oberen Bereich der Formfüllung Orientierungskräfte gebraucht werden.
• Die Drehbewegung des Formkerns oder des Formmantels kann erfindungsgemäß durch irgend eine geeignete bekannte Antriebsart erfolgen. Da die Kunststoffmasse in der kalten Form rasch erstarrt, kann der Antrieb erfindungsgemäß so ausgebildet sein, daß er beim Erstarren des Kunststoffes rasch blockierbar ist. Die Erfindung umfaßt aber auch den Gedanken, die Formrotation so auszubauen, daß in der dünnen Kunststoffschicht durch Scher- und Reibungskräfte in der Masse höhere Temperaturen erzeugt werden, die der Abkühlung entgegenwirken und so das Füllen sehr schmaler Formhohlräume mit geringem Einspritzdruck erleichtern.
• Die Drehbewegung für den Formkern und die Formwandung kann beispielsweise durch einen direkt gekuppelten Elektromotor erzeugt werden, wobei der Formkern oder die Formwandung gleichzeitig den Läufer des Elektromotors bildet. Außerdem können hydraulische oder pneumatische Antriebsaggregate eingesetzt werden.
• Erfindungsgemäß braucht die Bewegung der einzelnen Formelemente keine Rotation zu sein, sondern sie kann auch durch Schwingungen von Elektromagneten oder mechanischen oder hydraulischen Schwingungserzeugern hervorgerufen werden.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur planmäßigen Lenkung der Orientierungsrichtung im inneren Gefüge von Teilen, insbesondere dünnwandigen Teilen wie Trinkbechern, aus thermoplastischem Kunststoff bei deren Herstellung in Spritzgießmaschinen. dadurch gekennzeichnet, daß die den Formhohlraum begrenzenden Formteile während der Kunststoffeinspritzung einzeln oder alle Teile gleichzeitig einander gegenläufig bewegt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung einer Spritzgießform mit Formkern und Formmantel der Formkern und der Formmantel durch Rotation um die Kernachse gegeneinanderbewegt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Formteile durch Elektromotore, Hydrauliksotore, Turbinen oder Schwungmassen erzeugt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Formteile durch mechanische, hydraulische oder elektrische Schwingungserzeuger hervorgerufen wird.