DE1932437A1

DE1932437A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Schaumkoerpern in Spritzgiessformen

Info

Publication number: DE1932437A1
Application number: DE19691932437
Authority: DE
Inventors: Peters Dipl-Ing Erhard
Original assignee: Siemag Siegener Maschinenbau GmbH
Current assignee: Siemag Siegener Maschinenbau GmbH
Priority date: 1969-06-26
Filing date: 1969-06-26
Publication date: 1971-01-07
Also published as: FR2047967A1

Description

-El - 24.6.1969/g.rp. 60 106 ·

SIEMAG Siegener Maschinenbau GmbH, 5912 Hilchenbach-Dahlbruch

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Schaumkörpern in Spritzgießformen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Schaumkörpern in Spritzgießformen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Herstellung von Kunststoff-Schaumkörpern hat sich der Zeitpunkt des AufSchäumens bzw. die Wahl der Arbeitsphase, innerhalb deren das Aufschäumen bewirkt wird, als kritisch erwiesen. Ein zu frühes Aufschäumen unterbindet ein exaktes Dosieren der für die Füllung der Form bestimmten Kunststoffmenge, und einer vorzeitigen Entmischung und damit ungenügenden Ausbildung des Schaumes sowie einer"unzureichenden Füllung der Form wird Vorschub geleistet. Wird jedoch der Kunststoff zu spät zum Schäumen angeregt, so besteht die Gefahr, daß er nur ungenügend aufgeschäumt,das beigefügte Treibmittel nur ungenügend nutzt und insbesondere die Form nicht ausreichend füllt.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1 2j5> 578 ist es bekannt, mit Treibmitteln versehene thermoplastische Kunststoffe zum Plastifizieren in einem Spritzzylinder nur auf eine unterhalb der Reaktionstemperatur des Treibmittels liegende Temperatur aufzuwärmen und erst im nachgeordneten TransferzylInder über die Reakijionstemperatur des Treibmittels hinaus weiter zu erhitzen. Das Plastifizieren kann hierbei unter geringem Druck erfolgen, und nur der Transferzylinder ist dem Druck ausgesetzt, den das Treibmittel bei geiner Zersetzung ohne Volumenvergrößerung entwickelt. Zwar läßt sich durch den Druckaufbau ein vorzeitiges Aufschäumen verhindern; in der Praxis hat es sich aber der geringen Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes wegen als schwierig erwiesen, in der im allgemeinen zur Verfügung stehenden Zeit den Inhalt des TransferZylinders um die vorgegebene Temperaturdifferenz zu erhitzen, zumal zur

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Vermeidung lokaler, den Kunststoff schädigender Überhitz- -ungen nur mit geringem Temperaturgefälle gearbeitet werden darf. .. ■ -.--...:■ -v

Im US-Patent 3 268 636 wird die Lehre offenbart, mit Treibmitteln versetzte thermoplastische Kunststoffe in einem-Extruder über die Heaktionstemperatur des Treibmittels hinaus zu erhitzen und den Extruder einen solchen Druck aufbauen zu lassen, daß ein Aufschäumen des sich zersetzenden Treibmittels sicher vermieden wird. Es hat sich gezeigt, daß es hierbei eines erhebliehen Aufwandes bedarf, um eine frühzeitige Entmischung von Gas und Kunststoff zu unterbinden und insbesondere das Entweichen von bei der Reaktion des Treibmittels entstandenem Gas durch den Extruder auszuschalten. Im allgemeinen ist es erforderlich, die Temperatur entlang des Vorschubweges des Kunststoffes im Extruder nur verhältnismäßig langsam zu steigern, so daß zunächst noch unterhalb der.Reaktionstemperatur des Treibmittels eine Plastifizierung des Kunststoffes innerhalb einer so langen Zone' erfolgt, daß sie Gasdurchbrüche sicher aufzuhalten vermag. Derart aufgebaute Extruder werden nicht nur durch ihre große Länge und den damit verbundenen Erstellungs- und Raumaufwand verteuertj mit der Schneckenlänge steigt auch die für den Antrieb zu installierende Leistung, und durch die Aufteilung der Schnecke in unterschiedlichen Bedingungen unterliegende Heizzonen wird die Bedienung erschwert und die Möglichkeit, durch Fehlbedienung Ausschuß zu erzeugen, erhöht.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Schaumkörpern sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, nach der ■ einerseits kritische Einstellungen des Temperaturgefälles ent-' lang der Extruderachse entfallen, ohne daß die Gefahr von Gasausbrüchen besteht, während andererseits die Probleme der späteren Wärmezuführung zur Überschreitung der Reaktionstemperatur des Treibmittels mit geringem Aufwand sicher arbeitend gelöst werden sollen. '

Gemäß der Erfindung wird dies erreicht, indem unterhalb der

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I —sir.

Rei&tionstemperatur des verwendeten Treibmittels plastifizierter Kunststoff dem Transferzylinder über einen Verbindungskanal zugeführt wird, der beim Passieren dem Kunststoff eine die Überschreitung der Reaktionstemperatür des Treibmittels sichernde Wärmezufuhr erteilt. Zweckmäßig wird die zuzuführende Wärme durch äußere Beheizung des VerbindungskanäLes bewirkt.

Zur Durchführung des Verfahrens hat es sich bewährt, den für die Überführung plastifizierter Thermoplaste von der Plastifizierungsvorriehtung in den Transferzylinder zwischen diesen vorgesehen Verbindungskanal mit einem die Temperatur durchströmender Thermoplaste über die Re a ktionstemperatur beigefügter Treibmittel erhöhenden Heizkörper auszustatten.

Zweckmäßig ist der Verbindungskanal mit einer äußeren und/ oder innen angeordneten elektrischen Widerstandsheizung ausgestattet. Mit Vorteil hält der Verbindungskanal eine mehrfach gewundene Gestalt und/oder ist mit einer Mehrzahl von Einschnürungen versehen, die sowohl die Oberfläche der wärmeübertragenden Grenzschicht vergrößern als auch- durch Wirbelbildung für eine weitgehende Homogenität des durchströmenden Kunststoffes Sorge tragen. Eine besonders intensive und gleichmäßige Beheizung bei einfachen Herstellungsmöglichkeiten läßt sich erreichen, indem der Verbindungskanal mit einer beheizten, eine Mehrzahl enger Bohrungen aufweisenden Düse ausgestattet ist. Als vorteilhaft wurde erkannt, die Düse auf dem beheizten Düsensitz großflächig aufliegen zu lassen.

Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit diese darstellenden Zeichnungen zu entnehmen.

Es zeigen hierbei:

Fig. 1 eine Spritzgußmaschine zur Verarbeitung aufschäumender

Kunststoffe mit gestrecktem, beheiztem Verbindungskanal, Fig. 2 eine variierte Ausführung des Verbindungskanales mit durch einen zusätzlich beheizten Innenkörper aufgeteiltem

Strömungspfad,
Fign. 5 und 4 andere AusfUhrungsformen von Verbindungskanalen

mit vergrößerter Kontaktfläche des Strömungspfades, Fig. 5 im Längsschnitt einen Abschnitt eines Verbindungskanales

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mit eingesetzer Düse und . ■

Pig. 6 die Aufsicht auf die Düse der Fig. 5.

In Pig. 1 ist ein Schneckenaggregat 1 dargestellt, dessen durch Heizmanschetten 2 aufHeizbarer Schneckenzylinder 3 mit einem Aufgabetrichter 4 zur Aufnahme von mit Treibmitteln versetzten thermoplastischen Kunststoffen ausgestattet ist. Mittels des Antriebsmotores 5 kann die Sehnecke β im Schneckenzylinde"r 3 gedreht werden, so daß in den Aufgabetrichter eingegebene Kunststoffe in Richtung der Schnackenachse vorgeschoben und infolge der Temperatur des Schneckenzylinders J5 aufgeschmolzen und plastifiziert werden. Der plastifizierte Kunststoff tritt in den Verbindungskanal 7 ein, der seinerseits durch eine Heizmanschette 8 derart stark beheizt wird, daß passierender plastifizierter Kunststoff über die Reaktions- ■ temperatur des beigefügten Treibmittels hinaus erwärmt wird. Durch das Rückschlagventil 9 tritt der erhitzte, plastifiziote Kunststoff in den Transferzylinder 10 ein, der durch eine Heizmanschette 11 auf konstanterTemperatur gehalten und durch einen äußeren Isoliermantel gegen WärmeVerluste zusätzlich geschützt wird. Der Kolben 12 des Transferzylinders 10 ist durch einen hydraulischen Antriebszylinder 15 betätigbar. Die Stirnseite des Transferzylinders 10 weist einen Austrittskanal l4 auf, der durch einen Verschluß 15 mittels der hydraulischen Stellvorrichtung 16 steuerbar ist. In der in Fig. 1 dargestellten Lage des Verschlusses 15 ist der Austrittskanal verschlossen, und mittels eines Kanales 17 ist die Verbindung zwischen der Spritzdüse 18 und der Zuleitung zu einem nicht dargestellten Preßluftaggregat hergestellt, dessen Preßluftstrom zum Reinigen der öffnung der Spritzdüse l8 dient. Zum Füllen der Form wird die Spitze der Spritzdüse 18 in die als Ausnehmung ausgebildete Werkzeugdüse 19 der Form 20 angepreßt.

Im allgemeinen wird der Schneckenzylinder 3 so beheizt, daß seine Temperatur vom Aufgabetrichter 4 zum freien Ende hin ansteigt. Die aufgegebenen Thermoplaste werden von der Schnecke 6 mitgenommen und erwärmt, plastifiziert, durchmischt

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und homogenisiert. Die Einstellung der Beaufschlagung der Heizmanschette 2 ist so gewählt* daß. _;am Ausgange des Schneckenzylinders 3 zwar eine vollkommene Plastifizierung der aufgegebenen Thermoplaste erzielt ist, die Reaktions- ' temperatur der beigegebenen Treibmittel aber noch nicht erreicht ist. Bei Treibmitteln mit stark streuender Reaktionstemperatur wird die Ausgangstemperatur so eingestellt, daß auch Teilreaktionen sicher vermieden werden* Beim Passieren des Heizkanales 7 erfolgt eine weitere Aufheizung der Thermoplaste. Es ist zwar grundsätzlich bekannt, sämtliche-Kunststoffe führende Teile von Spritzgußmaschinen beheizbar auszubilden, um beim Anfahren der kalten. Maschine zurückgebliebene, erstarrte Kunststoffreste aufzuschmelzen und eine günstige Ausgangstemperatur herzustellen. Während des Betriebes dienen derartige Heizwicklungen im wesentlichen dem Aufrechterhalten der vorgegebenen Temperatur, d.h. dem Decken der sonst auftretenden Wärmeverluste. Besondere Maßnahmen zur weiteren Durchmischung des Kunststoffes sowie zur Aufrechterhaltung der Homogenität des den Schneckenzylinder verlassenden Kunststoffes sind hierbei nicht zu treffen. Gemäß der Erfindung jedoch erfolgt durch die Heizmanschette 8 eine wesentlich stärkere Aufheizung des Verbindungskanales J: Die ihm mit e"iner unterhalb der Reaktionstemperatur des.Treibmittels zugeführten Thermoplaste werden weiter relativ stark aufgeheizt und verlassen ihn mit der für das Spritzen optimalen Temperatur, die sicher oberhalb der Reaktionstemperatur des verwendeten Treibmittels liegt. Die Temperatur der Wandung und damit das beim Aufheizen wirksame Temper a tür ge fälle sind so niedrig gehalten·, daß eine Schädigung der Thermoplaste sowie diesen beigefügter Farbpigmente sicher vermieden ist, auch wenn der Fluß des Thermoplastes nicht nur kurzzeitig unterbrochen werden sollte.

Die über die Zersetzungstemperatur des Treibmittels erhitzten Thermoplaste passieren das Rückschlagventil 9 und treten in den Eransferzylinder 10 ein.' Infolge des Staudruckes der Schnecke 6 und eines Gegendruckes im hydraulischen Zylinder 1J5, bspw. durch eine dDrosselstrecke in den Zuleitungen bewirkt, wird

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vom Schneckenausgang an über den Verbindungskanal und inner-,,,, halb des Transferzylinders 10 ein Druck bewirkt, der das Aufschäumen der Thermoplaste sicher unterbindet. Erst beim Eintritt' in die Form 20 erfolgt eine.Druckentlastung, so daß das Aufschäumen im wesentlichen allein in der Form auftritt und beim Dosieren innerhalb des Transferzylinders keine Schwierigkeiten auftreten. Durch die Erhitzung über die Reakfeions temperatur in einem dem Schneckenzylinder 3 nachgeordneten Bereich wird sicher vermieden, daß bereits reagiertes Treib-.mittel enthaltende Thermoplaste in Bereiche geringeren Druckes gelangen, in denen sie aufzuschäumen und Gas entgegen der Transportrichtung der zu plastifizierenden Thermoplaste abzugeben vermögen. Im vorliegenden Falle wird eine solche ungewollte teilweise Entgasung, die beim Spritzen zu mangelhafter Füllung der Form und damit fehlerhafter Ausbildung der Formlänge führen kann, ohne Anwendung übermäßig dimensionierter Schneckenzylinder, Schnecken und Schneckenantriebe sicher dadurch vermieden, daß die Erhitzung über die Rekationstemperatur in einem dem Schneckenzylinder nachgeordneten Bereich des von den Thermoplasten durchflossenen Systemes bewirkt wird.

Bei der Ausbildung des Verbindungskanales 7 ist besonderer Wert darauf zu legen, daß die ihn durchströmenden Thermoplaste vollständig und gleichmäßig erwärmt und lokale Überhitzungen sicher vermieden werden. Der Verbindungskanal 7 muß daher im allgemeinen mit einer größeren Grenzfläche zwischen Thermoplasten und Wandung ausgestattet sein, als dies üblicherweise der Fall ist. Unregelmäßigkeiten in der Wandung können sichfem/jfehlen um während des Durchströmens der Thermoplaste eine weitere Durchmischung zur Sicherung der Homogenität zu erreichen. Die vergrößerte Grenzfläche kann durch gegenüber bekannten Ausführungen vergrößerte Länge des Verbindungskanales erreicht werden*· an Bflulänge wird hierbei gespart, wenn der Verbindungskanal mit auch die Durchmischung begünstigenden Umlenkbereichen ausgestattet ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist ein Verbindungskanal

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schematisch dargestellt, der nicht nur von außen mittels der Heizmanschette 22 aufgeheizt wird: Der Strömungspfad 2j5 der Thermoplaste ist durch einen Innenkörper 24 rohrförmig ausgebildet; der Innenkörper ist durch eine Heizpatrone

25 zusätzlich aufgeheizt, so daß der Strömungspfad entlang einer inneren sowie einer äußeren Grenzfläche eine Wärmezufuhr erhält.

Im Ausführungsbeispiel der Pig. 3 ist ein Verbindungskanal

26 gezeigt, bei dem die Grenzfläche zwischen der Wandung des Verbindungskanales und dem umschlossenen Strömungspfad der Thermoplaste durch lokale Erweiterungen vergrößert ist. Gleichzeitig werden hierdurch entlang des Strömungspfades Änderungen der-Strömungsgeschwindigkeit erzielt, die zu einer weiteren Durchmischung und Homogenisierung passierender Thermoplaste beitragen.

In Figl 4 ist ein weiter variierter Verbindungskanal 28 schematisch dargestellt, dessen Strömungspfad mäanderförmig verläuft und dadurch neben einer Vergrößerung der die zugeführte Wärme übermittelnden Grenzfläche auch eine Vielzahl von Umlenkbereichen aufweist. Zweckmäßig wird ein solcher Verbindungskanal mit einem Strömungspfad ausgestattet, dessen Querschnitt nicht rund, sondern verhältnismäßig flach ist. Auch hierdurch wird eine Vergrößerung der Grenzfläche erreicht, und der Verbindungskanal kann ggf. in Form zweier miteinander verbundener HalbsGhalen erstellt werden, so daß sich eine billigere Herstellung ergibt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verbindungskanales ist dem Teil-Längsschnitt in Fig. 5 zu entnehmen, und die in diesen eingesetzte Düse ist in der Aufsicht in Fig. 6 dargestellt. Dieser Verbindungskanal J50 der Fig. "5 wird von außen durch eine Heizmanschette beheizt. Die Rohrwandung weist ■eine konische Paßfläche J>1 auf, in die eine Düse_o32 so eingepreßt ist, daß sich eine großflächige, Wärmestauungen vermeidende Berührung zwischen Mantel des Verbindungskanales j50 und Düse 32 ergeben. Die Düse ist von einer Vielzahl enger Bohrungen durchzogen, so daß der Strömungspfad in eine ent-

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sprechende Mehrzahl einzelner Wege aufgeteilt ist. Hierdurch ergibt sich nicht nur eine Vergrößerung der Grenzfläche und damit ein geringerer Übergangswiderstand für die zuzuführende Wärme/ am- Ein- und insbesondere am Ausgange der Bohrungen 33 ergeben sich die Homogenität der Thermoplaste sichernde Verwirbelungen. Für dieses Ausführungsbeispiel läßt sich als besonderer Vorteil geltend machen, daß sich eine einfache Herstellung sowie ggf. Wartung und Reparaturmöglichkeit bietet. Bie Wärmezufuhr laßt sich durch die Gestaltung sowie ggf. die Anzahl der Düsen beeinflussen, so daß die Möglichkeit besteht, sich unterschiedlichen Materialflüssen und/oder Materialien nicht nur durch Regelung der Beheizung anzupassen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel betragen Düsenlänge und Düsendurchmesser etwa je ^O wm> während als Durchmesser der Bohrungen drei mm gewählt wurden.

Durch die Erfindung gelingt es, die vorgegebenen Formen 20 voll auszuschäumen, ohne daß die technologischen Mängel der bekannten Verfahren in Kauf genommen werden. Insbesondere lassen sich durch Zerlegung in einzelne Arbeitsphasen jeweils diesen optimal angepaßte Temperaturen vorgeben, so daß die Einstellung der Maschine vereinfacht und die volle Ausnutzung des beigefügten Treibmittels und in Verbindung hiermit sowohl eine einwandfreie Formfüllung als auch eine optimale Schaumstruktur, gesichert sind.

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Claims

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SIEMAG Siegener Maschinenbau GmbH, 5912 Hilehenbach-Dahlbruch

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Schaumkörpern in Spritzgießformen, bei dem mit Treibmitteln versetzte Thermoplaste unterhalb der Reaktionstemperatur des verwendeten Treibmittels plastifiziert und im wesentlichen kontinuierlich einem Transferzylinder zugeführt werden, aus dem sie nach einer über die Reaktionstemperatur führenden Temperaturerhöhung in die Form gespritzt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß die die Temperaturerhöhung bewirkende Wärmezufuhr im die Überführung zwischen der Plastifizierungsvorrichtung und dem Transferyzlinder bewirkenden Verbindungskanal erfolgt.

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•2. Verfahren nach Anspruch I₃

da.durch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr durch Wärmeübertragung von der Außenseite des Verbindungskanales her erfolgt.

3. Einrichtung zur Durchführung der Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2 mit einer Plastifizierungsvorrichtung und einem dieser nachgeordneten, die Spritzdüse speisenden Transferzylinder,

dadurch gekennzeichnet, daß der für die Überführung plastifizierter Thermoplaste von der Plastifizierungsvorrichtung (Schneckenzylinder 3* Schnecke 6) in den Transferzylinder.(1O) zwischen diesen vorgesehene Verbindungskanal (7, 21,'26, 28, 30) mit einem die Temperatur passierender Thermoplaste erhöhenden Heizkörper (Heizmanschetten 8, 22, Heizpatrone 25) ausgestattet ist."

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (7, 21) mit einer äußeren und/oder inneren elektrischen Widerstandsheizung (Heizmanschetten 8, 22, Heizpatrone 25) ausgestattet ist.'

5. Einrichtung nach Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (26) einen mit einer Mehrzahl von Einschnürungen versehen Strömungspfad (27) aufweist.

6. Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 5* dadur.ch gekennzeichnet, daß der Strömungspfad (29) des Verbindungskanales (28) eine Mehrzahl von Umlerikbereichen aufweist.

7. Einrichtung nach Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (30) mit einer beheizten, eine Mehrzahl enger Bohrungen (53) aufweisen Düse (32) ausgestattet ist.

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8. Einrichtung nach Anspruch J, dadurch g. ekennzeich.net, daß die Düse (j52) auf dem beheizten Düsensitz (konische Paßfläche ^l)"großflächig aufliegt. '

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