DE1265980B - Spritzgiessverfahren zum Formen eines drehsymmetrischen Gegenstandes aus thermoplastischem Kunststoff und Spritzgiess-vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

B29f

Deutsche Kl.: 39 a4-1/00

1265 980
D45708X/39a4
23. Oktober 1964
11. April 1968

Die Erfindung betrifft ein Spritzgießverfahren zum Formen eines drehsymmetrischen Gegenstandes aus thermoplastischem Kunststoff und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei dem eine Orientierung in mehreren Richtungen bzw. eine Mehrfach-Orientierung bei dem zur Formung des Erzeugnisses verwendeten Kunststoffen automatisch erhalten wird und bei dem Schwachstellen am Anguß automatisch vermieden werden.

Normalerweise wird, wenn ein Gegenstand, beispielsweise ein Becher oder eine Tasse, durch Spritzgießen geformt wird, der plastifizierte Kunststoff üblicherweise durch eine Öffnung in den Mittelpunkt der Gußform bzw. Formhöhlung eingespritzt, welche den Boden des Bechers bildet. Die Richtung der Strömung geht zu den äußeren Wänden des Bechers in einer relativ kalten Form. Durch die plötzliche Abkühlung dieser Strömung in einer Richtung wird eine Orientierung der Kunststoffmoleküle in einer Richtung verursacht, insbesondere am oder nahe am Anguß, und es ergibt sich eine Schwachstelle in der Querrichtung zur Drehsymmetrieachse bei den geformten Produkten.

Da jedoch das Spritzgießen zum Formen von Gegenständen, wie Bechern, aus billigen Kunststoffen zur allgemeinen Verwendung, wie z. B. Polystyrol, sehr billig ist, ist dieses Verfahren zum Formen von Plastikgegenständen sehr allgemein angewandt. Bisher wurden jedoch in der Industrie viele wertvolle mechanische Eigenschaften von Kunststoffen zum allgemeinen Gebrauch außer Betracht gelassen oder ignoriert. Beispielsweise besitzt Polystyrol einen sehr hohen Elastizitätsmodul. Es ist leicht in kristallklarer Form zu erhalten, leicht herzustellen und wirtschaftlich. Dennoch wird nur bei relativ wenigen Gebrauchszwecken dieses üblichen Kunststoffs von diesen äußerst günstigen Eigenschaften Gebrauch gemacht, vermutlich deshalb, weil diese mit den zur Zeit in Gebrauch befindlichen Formverfahren zu schwierig zu erzielen sind. Falls ein derartiger Kunststoff mit stark geregelter Orientierung in mehreren Richtungen nach dem Spritzgußverfahren geformt werden könnte, ließen sich viele neue Produkte mit äußerst wertvollen Eigenschaften erhalten.

Es wurden bereits einige Versuche unternommen, um eine Orientierung in mehreren Richtungen zu erhalten, jedoch waren diese leider nicht erfolgreich. So kann z. B. nach einem bekannten Verfahren ein bestimmtes Kunststoffmaterial zu relativ dünnwandigen Bechern mit einer brauchbaren Faserrichtung, die sich schneckenförmig an der inneren Oberfläche und in Längsrichtung dazu an der äußeren Oberfläche er-Spritzgießverfahren zum Formen eines
drehsymmetrischen Gegenstandes aus
thermoplastischem Kunststoff und Spritzgießvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Anmelder:

The Dow Chemical Company,

Midland, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann

und Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, Patentanwälte,

8000 München 27, Möhlstr. 22

Als Erfinder benannt:
Kenneth Joseph Cleereman,
Midland, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 24. Oktober 1963

(318 745),

vom 23. Dezember 1963

(332 862)

streckt, geformt werden. Angeblich wird dies durch ein Verfahren erreicht, bei dem während des Spritzgießens ein Teil im Verhältnis zum anderen Teil mittels eines mechanischen Zahnradgetriebes bewegt wird. Die Bewegung des Formteiles ist mit der Bewegung des Einspritzkolbens verbunden.

Leider besitzen bei der tatsächlichen Praxis die unter Anwendung des beschriebenen Verfahrens hergestellten Gegenstände, beispielsweise Becher, nicht den angeblichen Grad der Festigkeit in mehreren Richtungen. Die Gegenstände reißen, splittern oder brechen leicht entlang einer Linie, die entweder parallel zu der Achse des Gegenstandes oder ringförmig dazu liegt. Ebenfalls, ist der Anguß äußerst schwach.

Im folgenden wird die Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, worin F i g. 1 eine Seitansicht im Querschnitt einer Ausbildungsform einer Spritzgießvorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Kunststoffgegenständen mit Festigkeit in mehreren Richtungen geeignet ist,

F i g. 2 eine Ansicht von oben einer Auspreßvorrichtung zum Zuführen von Kunststoff im flüssigen Zustand in die Vorrichtung nach F i g. 1 und

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3 4

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht eines Bechers sehen Kunststoff, der Form, den Oberflächeneigen-

darstellt, nachdem dieser einer zerstörenden Kraft zur schäften der Form, der Maschine und ähnlichen

Erzeugung von Rissen in der Seitwand unterworfen Faktoren ab. Am günstigsten ist es, wenn die Größe

wurde, wobei dieser Becher in der Vorrichtung nach des Drehmomentes demjenigen Drehmoment ent-F i g. 1 gemäß dem nachfolgend ausführlicher be- 5 spricht, welches sich als das minimale Drehmoment

sprochenen Verfahren hergestellt wurde; definieren läßt, das notwendig ist, um den sich drehen-

F i g. 4 stellt einen Querschnitt der gebrochenen den Formkern abzubremsen oder anzuhalten, wenn

Wand des Bechers nach F i g. 3 entlang Linie 4-4 dar. der thermoplastische Kunststoff seinen Verfestigungs-

Es wurde nun gefunden, daß Kunststoffgegenstände punkt erreicht.

mit Drehsymmetrie und mit hoher Orientierung in io Eine bevorzugte Ausrüstung zur Anwendung des mehreren Richtungen und ohne eine Schwachstelle am Drehmomentes auf den drehbaren Kern der Form Anguß nach einem wirtschaftlichen Spritzgußver- besteht in einem einstellbaren Motor mit konstantem fahren geformt werden können, wenn die Formhöh- Drehmoment bzw. einem regulierbaren Drehmoment, lung von einer Angußöffnung, die nicht im Zentrum Dieser ist geeignet, den Kern zu drehen, bis der abhinsichtlich der Achse des Gegenstandes liegt, gefüllt 15 kühlende thermoplastische Gegenstand eine auswird, während der Formkern mit einem mindestens reichende Reibungskraft entgegensetzt, um ein Abgleich großen Drehmoment wie das Drehmoment, das bremsen zu erreichen. Jedoch fährt das vorhandene sich aus der Reibkraft zwischen dem speziell verwende- Drehmoment dieses Motors fort, auf den Formkern ten Kunststoff und der Kernwand ergibt, gedreht wird, einzuwirken, bis sich der Kunststoff verfestigt so daß das Drehmoment nicht nur angewandt wird, 20 hat.

während der flüssige Kunststoff in die Formhöhlung Im wesentlichen verursacht das Verfahren eine eingespritzt wird, sondern auch dann, während der Orientierung durch Herbeiführen eines Zustandes, bei Kunststoff sich verfestigt. Mit einer derartigen Anord- dem die Molekularströmung verzögert wird, während nung wird während des Formvorganges ein Punkt er- ein elastischer Zug bzw. eine elastische Dehnung auf reicht, bei dem der Kunststoff ein so großes Reib- 25 die Moleküle ausgeübt wird. Auf hervorragende Weise moment gegenüber dem angewandten Drehmoment wird durch Einfrieren dieser elastischen Spannung auf erzeugt, daß der sich drehende Formkern abgebremst Grund des Abkühlens des Kunststoffes eine orientierte wird. Es wird somit ein Drehmoment angewandt, bis Struktur ohne Schwachstelle am Anguß erreicht. Bisdie an die Moleküle erteilte Orientierung »eingefroren« . her wurde die Möglichkeit eines derartigen Einfrierens ist. Auf Grund des EinfüUens abseits vom Zentrum 30 einer elastischen Spannung während des Abkühlens wird durch die Drehung die Schwachstelle am Anguß und des Verwischens des Angusses durch dessen abvermieden und auch an den Kunststoff am Anguß eine seitige Stellung übersehen.

Orientierung erteilt. Ein auf die vorstehend beschriebene Weise geform-Insbesondere wurde gefunden, daß, wenn hohle ter Gegenstand besitzt einen hohen Grad der Orien-Kunststoffprodukte, die entweder insgesamt oder von 35 tierung in mehrfacher Richtung und hat eine gute denen ein Teil eine Drehsymmetrie besitzt, unter An- Flexibilität in sämtlichen Richtungen, eine gute Bruchwendung eines Angusses, der abseits vom Zentrum beständigkeit, ist Sticheinreißfest und zeigt keine hinsichtlich der Achse des Gegenstandes liegt, nach Schwachstelle am Anguß.

dem Spritzgußverfahren geformt werden, während Bei einer Untersuchung der Proben ergibt es sich, einer der Formkerne, der diesen drehsymmetrischen 40 daß die Orientierung nicht zweiachsig ist. Sie ist mehr Teil bildet, mit einem so großen Drehmoment ange- fächerförmig durch die Dicke des Gegenstandes. Am trieben wird, daß er eine fortgesetzte Drehung nach Mittelpunkt der Dicke im Querschnitt liegt die Oriender FüUung der Formhöhlung erlaubt, das jedoch tierung hauptsächlich in Ringrichtung; an einer Obernicht ausreichend ist, um die Reibungskräfte zu über- fläche beträgt die Orientierung etwa +45°, während winden, welche durch den thermoplastischen Kunst- 45 sie an der anderen Oberfläche etwa —45° ist. Es gibt stoff erzeugt werden, wenn er seinen Verfestigungs- keinen sichtbaren Anguß, da dieser durch den sich punkt erreicht, die Moleküle des Gegenstandes ein- drehenden Formkern verwischt wurde. Als Ergebnis schließlich des Angußbereichs einen hohen Grad der stellt sich eine sehr feste, semilaminare Struktur mit geOrientierung in mehreren Richtungen in einer schicht- steigerter Zähigkeit ein. Wenn eine zerstörende Kraft ähnlichen, schneckenförmigen Anordnung der Mole- 50 angewandt wird, selbst im Angußbereich, erfolgt ein kulardicke durch die Wand des Gegenstandes erlangen. Brechen in mehreren Schichten. Es ergibt sich leicht, Bei einem derartigen Drehmoment wird die Orientie- daß infolgedessen der Gegenstand eine Struktur rung in dem Gegenstand eingefroren, so daß er an- mehrerer Lagen aufweist.

schließend eine Festigkeit in mehreren Richtungen auf- Im folgenden wird die Spritzgußtechnik zur Durchweist. Um die Größe dieses Drehmomentes auf andere 55 führung dieses Verfahrens und die dadurch erhält-Weise zu definieren, sollte das Drehmoment aus- liehen Gegenstände an Hand der Zeichnungen weiter reichend sein, um eine fortgesetzte Drehung des dreh- erläutert.

baren Kerns während kurzer Zeit, nachdem die Form Wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich, die ein Ausgefüllt ist, zu erlauben, jedoch darf sie nicht aus- führungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung reichen, um die Verfestigung des geformten Gegen- 60 des Spritzgießverfahrens für die HersteUung der Standes zu schädigen oder zu verhindern. Gegenstände darstellen, besitzt die Vorrichtung ein Das Rotieren des Formkerns wird vorzugsweise Düsenventil 10 und einen Spritzkolben 12, die beide erreicht, wie in F i g. 1 ersichtlich, indem ein Teil der einzeln in dem Spritzzylinder 14 hin- und herbewegbar Form mit einem Motor angetrieben wird, der ein Dreh- sind, um eine abgemessene Menge eines flüssigen, moment von bestimmter, eingestellter Größe an den 65 thermoplastischen Kunststoffs in die Formhöhlung Kunststoff erteilt, wenn er in die Formhöhlung fließt einzuspritzen, die durch ein äußeres stationäres Formund sich verfestigt. Die Größe des angewandten Dreh- teil 16 und einen inneren, passenden, rotierbaren Formmomentes hängt von dem angewandten thermoplasti- kern 18 begrenzt wird.

5 6

Ein großer hydraulischer Akkumulator (nicht ge- Drehmoment wird mit einem Druckregelventil (nicht

zeigt) wird vorzugsweise für die Hubbewegung des gezeigt) gesteuert, und die Geschwindigkeit wird mit

Spritzkolbens 12 verwendet, um hohe Einspritzge- einem Strömungsregelventil (nicht gezeigt) gesteuert,

schwindigkeiten zu erreichen. Das Düsenventil 10 ver- Ein anderer, sehr brauchbarer Motor ist ein elektri-

hütet ein Lecken und erlaubt die vorherige Unter- 5 scher Gleichstromreihenschlußmotor,

drucksetzung des Kunststoffes in dem Spritzzylinder, Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung weiter-

bevor er in die Formhöhlung eingespritzt wird. Es wird hin.

bevorzugt, dieses Ventil durch ein zweites hydrauli- Beisoiel 1

sches System zu betreiben, welches ebenfalls einen ^p

Akkumulator (nicht gezeigt) anwendet, so daß beim io Becher von 0,301 wurden unter Verwendung eines

Betrieb sowohl der Ventilakkumulator als auch der Extruders von 3,80 cm geformt, deren Innendurch-

Kolbenakkumulator vorbeladen werden können, um messer 6,6 cm, deren Höhe 9,42 cm und deren Wand-

die erwünschte hohe Geschwindigkeit und den hohen stärke 0,114 cm betrug. Polystyrol in Granulatform

Druck beim Betrieb der Vorrichtung zu bewirken. wurde als Kunststoffrohmaterial verwendet. Das Roh-

Somit können beide Ventile gleichzeitig geöffnet wer- 15 material wurde dem Extruder 22 zugeführt, geschmol-

den, nachdem die Formhöhlung geschlossen ist, um zen, unter Druck gesetzt und über Leitung 24 dem

eine regelbare und äußerst rasche Einspritzgeschwin- Einspritzzylinder 14 zugeführt,

digkeit zu erreichen. Die Regelung dieser Geschwindig- Der hydraulische Motor 48 wurde angelassen, als

keit zusammen mit der Regelung der Temperatur des die Form geschlossen war. Infolgedessen wurde,

Kunststoffes und des Auspressens, wie nachfolgend 20 während der Kunststoff in die Öffnung eingespritzt

noch weiter erläutert werden wird, erlaubt eine be- wurde, das Drehmoment bis zu einem vorgegebenen

trächtliche Regelung der Orientierung in der Längs- Druck, der in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt

richtung. Die Regelung der Orientierung in den ist, aufgebaut, wobei dann der Motor sich abstellte,

anderen Richtungen wird durch den neuen Betrieb des Der eingespritzte Kunststoff kühlte sich ab, während

drehbaren Formkerns 18 erreicht. 25 das Drehmoment dauernd auf das Stempelelement 18

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der einwirkte und infolgedessen auch auf den gußgeformplastifizierte thermoplastische Kunststoff dem Ein- ten Becher. Kurz vor der Öffnung der Form wurde der spritzzylinder 14 in kontinuierlicher Weise durch den hydraulische Druck abgeschaltet, so daß das Dreh-Extruder 22 (s. Fig. 2) über die biegsame Zuführ- moment auf den Wert Null fiel. Zusammengefaßt leitung 24 zugeführt, welche eine Knieverbindung 26 30 wurden folgende Arbeitsbedingungen angewandt:
enthält. Es kann auch ein Schneckenvorplastifizierer ΤαΚ^τΐ» τ

-, -. χ d. DcJUc 1

verwendet werden. Extruder

Um eine genaue Regelung des Auspreßdruckes zu ' . ,„_ion

bewirken, enthält die Zufuhrleitung 24 ein Entspan- Ruckseitentemperatur 204 C

nungsventil 28 und einen Druckregler 30, welcher die 35 Vordertemperatur 232 C

nungsventil 28 und einen Druckregler 30, welcher die 35

Bewegung des Extruderkolbens regelt. Das Kunst- l⁰¹?™™^ W* ^k§/^Std·

Stoffrohmaterial, üblicherweise in Perlen- oder Granu- Zrtuiirleitung ολ h , ■

latform, wird dem Extruder über Trichter 32 züge- Ablaßventil 84,6 kg/cm*

führt, dessen Oberteil in F i g. 2 gezeigt ist. Durch das Einspritzzylinder 232° C

Sperrventil 52 am Eintritt zum Einspritzzylinder 14 40 Temperatur der Form:

wird verhindert, daß die abgemessene Menge des Poly- Proben 1 A bis 1 L der Tabellen II und III:

meren innerhalb des Zylinders durch das Ablaufventil 29 4° C

28 während des Einspritzhubes des Kolbens entweicht. Proben 1 M bis 1X der Tabellen II und III:

Wie bereits vorstehend ausgeführt, wird die Orien- 15,6⁰C

tierung der Kunststoffmoleküle in anderen Richtungen 45 Schließkraft·

durch die vorliegende Vorrichtung dadurch erreicht, '

daß der Formkern rotierbar ist und daß die auf diesen -¹·'⁹⁵ '^{10 k}S

Kern einwirkende Drehkraft geregelt wird. In diesem Einspritzdruck:

Fall ist der Kern der Formhöhlung drehbar, jedoch ist Proben 1A bis 1 L der Tabellen II und III:

es selbstverständlich, daß auch in gleicher Weise das 50 655 kg/cm²

den Kern aufnehmende Formteil rotierbar angeordnet Proben 1 M bis 1 X der Tabellen II und III:

werden kann. 700 kg/cm²

Wie gezeigt, besteht der Formkern 18 aus dem vor- Drehmoment am hydraulischen Motor:

deren Ende 40 eines Domes 42, welcher drehbar mit -,r ■· a~-v.~u ™:~ 4« t„u~h«* tt _n*,™^u<±~

—. ., ... .. . '„ , j · . T^ Veränderlich, wie m Tabelle 11 angegeben

einem Drucklager 44 im Block 46 verbunden ist. Der 55,.J₁-,

gesamte Block geht auf Gleitschienen 47 hin und her, ^u/^{mn der Form:}

um das öffnen und Schließen der Formhöhlung zu Variiert, wie in Tabelle II angegeben

erlauben. Zeit bis zum Füllen der Form:

Dorn 42 und in gleicher Weise der Formkern 18 wird _etwa ι Sekunde

mittels eines Motors 48 mit voreinstellbarem konstan- 6o ^ _yom ^ _{deg Ei itzens bis zum} stillstehen tem Drehmoment über Getriebeanordnung 50 an der des Motors·
Rückseite oder am anderen Ende des Domes 42 angetrieben. °'^{14 bls 2}'^{5 Sekunden}

Da er einstellbar ist, kann der Motor 48 ein Dreh- Es ist zu erwähnen, daß die Reibung des sich drehenmoment bis zu einer bestimmten Höhe erzeugen. Es 65 den Domes nicht stets konstant blieb. Um jedoch das ist selbstverständlich, daß die meisten Motoren mit tatsächlich auf den Kunststoff angewandte Drehkonstantem Drehmoment verwendet werden können, moment angeben zu können, wurde eine Drucküberbeispielsweise ein hydraulisch betriebener Motor. Das tragungsanlage mit einem Hochgeschwindigkeitsauf-

zeichner verbunden. Mit dieser Anordnung wurde der tatsächliche Δ P (Öldruck auf dem hydraulischen Motor beim Stehen minus des zum Drehen des Dornes bei der offenen Form erforderlichen Öldruckes) erhalten, und diese Werte sind in Tabelle II aufgeführt. Diese Anordnung erlaubte auch das Auftragen einer Kurve von Öldruck gegenüber der Zeit, was als Maß für die Zeit diente, während der sich der Motor drehte, nachdem der Kunststoff begonnen hatte, die Form zu füllen. Aus dieser Kurve wurden die Sekunden entnommen, die erforderlich waren, um den hydraulischen Motor anzuhalten.

In den F i g. 3 und 4 ist ein Becher 60 dargestellt, der gemäß dem vorstehenden Beispiel geformt wurde. In der Darstellung wurde ein Versuch unternommen, die Mehrschichtstruktur des Bechers unter Bezugnahme auf einen Riß 62 in der Seitenwand darzustellen. Der Riß 62 setzt sich in willkürlicher Richtung und diagonal durch die Dicke der Seitenwand fort. Der in diesem Fall gezeigte Riß zeigte eine Neigung, entlang einer nach links gehenden Schnecke an der inneren Fläche, in Ringrichtung in der Mitte und entlang einer rechts gehenden Schnecke an der äußeren Fläche der Seitenwand zu verlaufen.

Tabelle II
Berstdruck von Bechern mit unterschiedlicher Orientierung in mehreren Richtungen

Probe Nr.	Form tempera tur	Hydraulischer Druck am Motor	Vom hydrau lischen Moto geliefertes Drehmoment (· 109 =	U/min der Form	Berstdruck bei Verwen dung von Wasser	6'H bei Verwen dung von Wasser	Sekunden bis zum Bremsen des hydraulischen	Δ P am hydraulischen Motor	Korrigiertes Drehmoment (· 10» =
	0C	kg/cma	dyn · cm)		kg/cma	kg/cm2	Motors	kg/cm2	dyn· cm)
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Es soll auch erwähnt werden, daß der Riß eine große Fläche je Längeneinheit aufweist. In Bechern ohne Orientierung hat der Riß, der parallel zur Achse der Drehung vertikal linear und radial in gerader Linie durch die Seitwand läuft, eine kleine Fläche je Längeneinheit.

Hinsichtlich des bloßen Aussehens ist es nicht möglich, irgendeinen Unterschied zwischen einem in üblicher Weise nach dem Spritzgießverfahren geformten Becher und einem, bei dem der Kern der Form rotierte, festzustellen. Zwei derartige Becher wurden den nachfolgend beschriebenen verschiedenen Untersuchungen unterworfen:

Stichversuch

Ein Körner wurde durch jeden Becher geschlagen. Die Bedeutung der Orientierung in mehrfacher Achsenrichtung ergab sich sehr eindeutig. Wenn irgendein Becher, der mit einem drehenden Stempelelement von einem bestimmten Drehmoment hergestellt worden war, mit einem Körner durchstochen wurde, und zwar sowohl im Boden als auch in den Seitwänden, splitterte der Becher nicht, sondern er blieb insgesamt ziemlich sauber mit einiger laminarer Abtrennung um das Loch herum, während der ohne Drehung oder mit sMtt wirksamer Drehung gefertigte Becher in jedem Fall parallel zur Strömungsrichtung splitterte. Diese Becher waren ganz offensichtlich nur in der Strömungsriciitung in einer Richtung orientiert, während die ersteren Becher offensichtlich eine Mehrfachorientierung zeigten.

Quetschversuch

Beim Quetschen jedes Bechers am oberen Rand splitterte der ohne Drehung gefertigte Becher, während der mit Drehung hergestellte Becher in laminarer Weise brach. Die Art des erhaltenen Bruches ist von Bedeutung. Beim ersteren Becher war der Bruch leicht

erhältlich und senkrecht zur Oberfläche. Der Becher mit Drehung war schwieriger zu brechen, und der Bruch hatte einen anderen Winkel als 90°. Auch die Rißbildung entwickelte sich nur entlang einer Linie, die nicht parallel zur Strömungsrichtung lag.

Fallversuch

Ein aufschlußreicher Versuch bestand im Aufschlagen der beiden Becher gegen eine Oberfläche und auf den Fußboden, so daß jeder Becher am Bodenradius aufschlug. Der ohne Drehung gefertigte Becher zersprang stets. Der mit Drehung hergestellte Becher sprang zurück und zeigte nur einen laminaren Bruch an dem Berührungspunkt.

Berstversuch ohne Lösungsmittel

Es wurde eine Berstuntersuchungsanlage entwickelt, um Unterschiedlichkeiten zwischen Bechern, die in einer Achse orientiert sind, zu untersuchen.

Bei diesem Versuch wird zuerst der Boden des Bechers abgeschnitten, und dann wird der Becher am oberen Ende und am Boden in der Versuchsanlage verschlossen und mit Wasser gefüllt. Der Druck wird dann gesteigert, bis die Seitenwände brechen. Der Brechdruck wird notiert und daraus die Ringspannung entsprechend der folgenden Gleichung berechnet:

aH =

P-r

30

r = 3,31 cm

b = 1,14 mm

P = χ · 0,07 kg/cm² bis zum Bruch

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In Tabelle II sind die Ergebnisse dieser Versuche zusammengestellt. Wie sich aus der Tabelle ergibt, steigert sich die Berstfestigkeit der Becher, wenn die durch den hydraulischen Motor auf den Becher ausgeübte Drehmomentkraft gesteigert wird. Es hat den Anschein, daß eine maximale Festigkeit erreicht wird, nach der sich der Berstdruck konstant hält bei steigenden Graden der Orientierung, oder er kann auch etwas abfallen.

Es ist zu erwähnen, daß die Berstfestigkeit der Becher mit hoher Orientierung in mehreren Achsrichtungen doppelt so groß ist wie diejenige von Bechern, die keine Orientierung in mehreren Achsrichtungen aufweisen.

Es wurde auch die Art des Bruches untersucht, die beim Versuch in dem Berstgerät erhalten wurde. Die Becher mit den niedrigeren Graden der Orientierung in mehreren Achsrichtungen und Berstfestigkeiten gaben einen Fehler, der weit stärker brüchig war.

Berstfestigkeitsversuch mit Lösungsmittel

Die Proben 1 A, 1 C, 1 E, 1 F, 1 J und 1 K wurden in das Berstgerät mit Mazolaöl als Druckflüssigkeit gegeben. Die Ringspannung wurde bei 141 kg/cm² gehalten und die bis zum Bruch der Becher erforderliche Zeit gemessen. Die Werte sind in Tabelle III zusammengefaßt.

Wie sich aus den Werten ergibt, steigt mit steigender Orientierung die bis zum Fehler erforderliche Zeit an. Die ohne Drehung geformten Becherzeitteile brachen in 0,1 Minuten; hingegen dauerte es bei den Bechern mit einem hohen Grad der Orientierung in mehrfacher Achsrichtung einige tausend Minuten, bevor ein Fehler eintrat.

Tabelle III

Mechanische Eigenschaften von Bechern mit unterschiedlichen Anteilen der Orientierung in mehreren Achsrichtungen

	Grad der Orientierung in mehreren Achs	Zeit bis zum	Hitzever	Biegefestigkeit	Testbedingung . lb-(2)] kg rtiC ΤΠΤΎ1 RiTIf* Π	Zugfestigkeit
	richtungen, gemessen auf Grund des durch	Bruch,	formung	(Ringrichtung)	UxO ZiUlIi -Di UHl	in der Längs
Probe	den hydraulischen Motor aufgebrachten	Minuten bei	(Vicat-	PKl)] kg		richtung
Nr.	Drehmoments	H2 =	Test)	bis zum Bruch	2,96	Bedingung [c]
		141 kg/cm2			5,19	kg/cm2
	0	in Mazolaöl	0C	2,50	5,60	bis zum Bruch
IA	1100	0,1	92	5,50	5,95	606
IC	1800	5	91	5,64	6,50	438
IE	2560	27	92	6,77	6,96	374
IF	3300	187	90	7,28	324
IJ	4000	1625	92	7,69	310
IK	4320*	92		300

* Ergab keinen Bruch, Rißbildung nach etwa 3600 Minuten, nach 4320 Minuten wurde die Ringspannung auf 459 kg/cm² gesteigert, bevor der Becher brach.

Biegung

Ringe wurden aus den Seitwänden des Bechers geschnitten und auf Biegung untersucht. Die Biegeversuche wurden mit einem Verhältnis von 16:1 von Einspannlänge zu Dicke durchgeführt. Die Proben waren 1,27 cm breit und 0,11 cm dick und wurden auf zweierlei Weise untersucht:

1. mit der konkaven Seite gegen die beiden feststehenden Unterlagen,

2. mit der konvexen Seite gegen die feststehenden Unterlagen.

In Tabelle III sind die Ergebnisse dieser Versuche zusammengefaßt. Es ergibt sich, daß die Festigkeit der untersuchten Proben hinsichtlich der Biegung ansteigt, wenn der Grad der Ringorientierung ansteigt. Der Prozentsatz des Anstiegs zeigt, daß ein sehr hoher Grad der Ringorientierung erzielt wurde.

Zugfestigkeit

Proben wurden aus den Seitwänden der Becher in Längsrichtung geschnitten. Diese Proben wurden dann zu einer typischen Zugfestigkeitsuntersuchungsform geschliffen und die Zugfestigkeitswerte erhalten. Der Querschnitt am Zentrum betrug 0,53 · 0,11 cm. Es

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wurden gekurvte Greifer in dem Zugfestigkeitsgerät zur Vermeidung von Rißbildung in den Greifern verwendet. Die erhaltenen Werte sind in Tabelle III aufgeführt. Es ergibt sich, daß mit ansteigendem Grad der Orientierung die Zugfestigkeit in der Strömungsrichtung ganz auffällig abfällt. Diese Verminderung der Zugfestigkeit läßt sich wie folgt erklären:

Beim Füllen einer Form hängt die Orientierung von der Scherspannung ab, die auf den fließenden Kunststoff ausgeübt wird. Diese Scherspannung hängt von der Viskosität des Polymeren, der Temperatur des Kunststoffes und der Form und von der Füllgeschwindigkeit ab. Durch Drehen eines Elementes der Form nimmt die zum Füllen der Form erforderliche Scherspannung ab.

Wärmeschrumpfversuch

Wenn ein mit einer Drehung von Null geformter Becher in einen Ofen von 115° C gebracht wird, schrumpft er sowohl in der Länge als auch im Radius. Bei derselben Temperatur verwarf sich ein mit mäßiger Drehung (2,04 · 10⁹ dyn ■ cm) geformter Becher, da Spannungen auf Grund der Tatsache entwickelt werden, daß die unterschiedlichen Lagen des Polymeren in unterschiedlichen Richtungen schrumpfen wollen. Senkrechte Schnitte, die vor der Ofenbehandlung gemacht wurden, lassen einen Teil dieser wechselseitigen Verspannung entfallen, und die Becherwände verwinden sich etwas.

Ein schmaler, senkrechter Streifen, der aus einem mit Nulldrehung gefertigten Becher geschnitten worden war, verkürzte sich im Ofen etwas, während ein ähnlicher Streifen, der aus einem mit Drehung geformten Becher geschnitten worden war, sich im Ofen beim Erhitzen in eine schneckenförmige Form verwand. Schließlich schrumpft eine halbkreisförmige Probe, die aus dem Boden eines Bechers mit Nulldrehung geschnitten ist, in der Radialrichtung und öffnet sich, ähnlich wie ein Trichter, in der Nullrichtung, während eine ähnliche Probe, die aus einem mit Drehung geformten Becher geschnitten war, sich aufkrümmt. Dieses Verhalten bei der Schrumpfung stimmt mit dem geforderten Zustand der eingefrorenen Orientierung überein.

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Claims (7)

Patentansprüche: 45

1. Spritzgießverfahren zum Formen eines drehsymmetrischen Gegenstandes aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem der plastifizierte thermoplastische Kunststoff in eine geschlossene Form mit einer Höhlung, die dem Gegenstand entspricht, in der drehsymmetrischen Achse des Gegenstandes eingespritzt wird und während des Spritzgießens ein Teil der Form relativ zum anderen Formteil mittels eines mechanischen Zahnradgetriebes bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Einspritz- und Erstarrungsvorgangs von einem hydraulischen Motor eine Drehkraft auf einen Formkern der geschlossenen Form mit einem Drehmoment ausgeübt wird, das gleich dem durch den thermoplastischen Kunststoff bei Beginn der Erstarrung des Kunststoffs erzeugten Reibmoment zwischen Kunststoff und Formwand ist, so daß die Drehbewegung des Formkerns während der Erstarrung des Kunststoffs abgebremst und nach der Erstarrung ganz zum Stillstand kommt.

2. Spritzgießverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der plastifizierte Kunststoff an einem abseits von der Drehsymmetrieachse des Gegenstandes gelegenen Punkt in die Form eingespritzt wird.

3. Spritzgießverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkraft des hydraulischen Motors, der eine Einstellvorrichtung für das Drehmoment hat, konstant gehalten wird.

4. Spritzgießverfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Formkern ausgeübte Drehmoment eine derart bemessene Drehbewegung des Formkerns hervorruft, daß sie ohne Behinderung des Erstarrungsvorgangs und ohne Beschädigung des Formgegenstandes bei der Erstarrung des Kunststoffs zum Stillstand kommt.

5. Spritzgießverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Formkern ausgeübte Drehmoment gerade unterhalb der Größe der Scherspannung des thermoplastischen Kunststoffes liegt und die Drehkrafteinwirkung nach der Erstarrung des Kunststoffes beendet wird.

6. Spritzgießvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Formen eines drehsymmetrischen Gegenstandes aus thermoplastischem Kunststoff, bestehend aus einer Formzuhaltevorrichtung, einer Einspritzvorrichtung und einer Spritzgießform, die einen während des Spritzgießens relativ zum anderen Teil der Form bewegbaren Formteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkern (18) drehbar ist und von einem Motor (48) mit einstellbarem Drehmoment während des Einspritzvorganges und der Erstarrung des geformten Gegenstandes angetrieben wird und die Einspritzöffnung für den plastifizierten Kunststoff an einem abseits der Drehsymmetrieachse des Formkerns gelegenen Punkt der Form sich befindet.

7. Spritzgießvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Antrieb des Formkerns aus einem einstellbaren hydraulischen Motor mit konstantem Drehmoment besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 372177.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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