DE19522361B4 - Spritzgießverfahren - Google Patents

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29L2011/0016Lenses

Abstract

Spritzgießverfahren, umfassend die folgenden Schritte:
Einspritzen eines Harzes in einen Formhohlraum einer Spritzgießform in der Weise, daß ein Formhohlrauminnendruck mindestens das 0,65-fache des Massedrucks im Zylinder einer Spritzgießvorrichtung beträgt,
Durchführen eines ersten Druckhaltevorgangs nach dem Einspritzschritt,
Ändern des Massedrucks im Zylinder der Spritzgießvorrichtung, derart, daß der Formhohlrauminnendruck um mindestens das 0,95-fache größer ist als der Formhohlrauminnendruck zu dem Zeitpunkt, zu dem der Formhohlraum mit dem Harz gefüllt worden ist, und
Durchführen eines zweiten Druckhaltevorgangs zum Aufrechterhalten des geänderten Massedrucks im Zylinder der Spritzgießvorrichtung zumindest so lange, bis eine Formhohlraumoberflächentemperatur niedriger wird als ein Glasübergangspunkt bzw. eine Einfriertemperatur des Harzes.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Spritzgießverfahren, vorzugsweise für die Herstellung eines Kunstharzerzeugnisses, etwa von Kunststofflinsen, die eine hohe Form- und Maßgenauigkeit, eine hohe Gleichmäßigkeit hinsichtlich ihrer Qualität oder Güte und keine innere Deformation aufweisen.
  • Bisher wurde als herkömmliche Metallspritzgießform zum Formen eines durchsichtigen Formlings einer vergleichsweise großen Dicke, aber ohne innere Deformation und ohne Schrumpf-Markierung aufgrund des Spritzgießens, u.a. die in der JP 57-095431 A offenbarte Metallspritzgießform eingesetzt. In der Metallspritzgießform werden ein Hochtemperatur- und ein Niedertemperatur-Heizmedium für das Strömen in einen Strömungsdurchgang der Metallform selektiv gewechselt, wobei die Strömungsmenge mittels eines Strömungsmengen-Regelventils so geregelt werden kann, dass die Temperatur der Form in Übereinstimmung mit einem Vorgabeprogramm geändert werden kann.
  • Ferner offenbaren die JP 62-011619 A , JP 03-039224 und JP 03-132323 A Spritzgießverfahren zur Herstellung einer hochpräzisen Kunststofflinse, die keine innere Deformation aufweist und die in der optischen Leistung hervorragend ist.
  • Bei einem solchen Verfahren wird eine Metallspritzgießform auf eine Temperatur über einem Glasübergangspunkt bzw. einer Einfriertemperatur eines Harzes erwärmt; in einen Formhohlraum der erwärmten Metallspritzgießform wird ein geschmolzenes Harz eingefüllt bzw. eingespritzt, worauf ein Haltedruck von 39,23 – 117,68 MPa (400 – 1200 kgf/cm2) für 0,1 – 20 s angelegt, danach der Gießtrichter mechanisch verschlossen und die Form allmählich abgekühlt werden.
  • Bei einem anderen Verfahren werden die den Formhohlraum bildende Fläche einer Metallspritzgießform auf eine Temperatur, bei der ein Harz zu fließen vermag, erwärmt, der Formhohlraum mit der Harzschmelze gefüllt und sodann die Form abgekühlt.
  • Als Herstellungsverfahren für Spritzgießerzeugnisse, deren Festigkeit nicht durch eine Schweißmarkierung herabgesetzt ist, ist darüber hinaus aus der JP 04-025425 ein Verfahren. bekannt, bei dem eine Metalloberflächentemperatur einer Metallspritzgießform an einer Stelle, an der eine Schweißmarkierung entsteht, innerhalb eines Bereichs von einer Wärmedeformationstemperatur bis zu einer Fließ-Endternperatur eingestellt wird, wobei ein nichtkristallisiertes Harz in einen Formhohlraum der Metallspritzgießform eingespritzt wird.
  • Auch bei Verwendung der Metallspritzgießform nach der JP 57-095431 A ergaben sich die folgenden Probleme: Es ist dabei nicht einfach, das Vorgabeprogramm für die Metallformtemperatur, bei der das angestrebte Ziel mit jeder Harzart erreicht werden kann, durch Versuche zu bestimmen. Auch wenn die Metallformtemperatur nach dem gleichen Programm geregelt wird, sich dabei aber die Harzschmelztemperatur oder der Massedruck im Zylinder (Zylinderdruck) in der Spritzgießmaschine ändert, wird dieses Ziel nicht notwendigerweise erreicht, so dass sich Schrumpfmarkierungen, Verzug oder innere Deformation bei einem Spritzling ergeben oder unerwünschte Vorsprünge bzw. Spritzgrate so groß werden, dass ein Spritzerzeugnis oder Spritzling erhalten wird, das bzw. der einer zusätzlichen End-Nachbearbeitung bedarf.
  • Das Verfahren gemäß JP 03-039224 A und JP 03-132323 A entspricht ferner praktisch dem Verfahren gemäß JP 57-095431 , bei dem die Metallspritzgießform im Voraus auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das Harz zu fließen vermag. Je nach der Harzschmelztemperatur oder dem Zylinder-Druck in der Spritzgießmaschine können daher bei diesem Verfahren die folgenden Probleme auftreten: Ein Spritzling kann Schrumpfmarkierungen, Verzug oder innere Deformation zeigen, oder die unerwünschten Ansätze bzw. Spritzgrate können so groß werden, daß am Spritzling eine zusätzliche End-Nachbearbeitung nötig wird.
  • Weiterhin wird beim Verfahren nach JP 04-025425 eine Metallspritzgießform verwendet, deren Formhohlraumoberflächentemperatur in einem spezifischen Bereich auf einen Wert erhöht wird, bei welchem ein Harz erweicht. Dabei ergeben sich ähnliche Probleme wie bei dem Verfahren gemäß JP 03-039224 A und JP 03-132323 A .
  • Beim Verfahren nach JP 62-011619 A wird ein Gießtrichter beim Einfüllen von Harzschmelze in den Formhohlraum verschlossen und ein Haltedruck angelegt. Wenn der Haltedruck dabei nicht hoch genug ist, kann eine Schrumpfmarkierung auftreten. Für das Anlegen des hohen Haltedrucks muss die Metallspritzgießform höhere Fertigungspräzision und größere Festigkeit aufweisen, so dass sie große Abmessungen erhält oder teuer wird..
  • Schließlich beschreibt noch die DE 4140392 C2 ein Verfahren zur Regelung eines Spritzgießprozesses, insbesondere für thermoplastische Kunststoffe, bei dem der Form-Innendruck im Spritzgießwerkzeug erfasst wird und eine Umschaltung von einer Einspritzphase in eine Nachdruckphase erfolgt, wobei das steile Ansteigen des Formhohlrauminnendrucks bei vollständiger Füllung erfasst und als Umschaltkriterium herangezogen wird. Der Druckanstieg wird durch taktweise Abtastung des Druckverlaufs und Differenzierung nach der Zeit überwacht und bei Erreichen eines Schwellenwertes erfolgt die Umschaltung auf die Nachdruckphase.
  • Die Erfindung wurde nun mit dem Ziel der Überwindung der geschilderten Probleme bei den herkömmlichen Verfahren entwickelt.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Spritzgießverfahrens, mit dem zuverlässig ein Harzerzeugnis, z.B. ein Bauteil einer optischen Vorrichtung, mit hoher Form- und Maßgenauigkeit, hoher Gleichmäßigkeit seiner inneren Güte und ohne innere Deformation herstellbar ist, auch wenn eine Umstellung zwischen Harzarten vorgenommen wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Maßnahmen gelöst.
  • Da beim erfindungsgemäßen Spritzgießverfahren das Einspritzen des Harzes in den Formhohlraum in der Weise erfolgt, dass das Verhältnis des Formhohlrauminnendrucks einer Metallspritzgießform beim Einspritzen eines Harzes in den Formhohlraum zu einem Massedruck im Zylinder (Zylinderdruck) einer Spritzgießvorrichtung größer ist als 0,65, und danach der erste Druckhaltevorgang durchgeführt wird, können das Entstehen einer Schweißmarkierung verhindert werden und die Gleichmäßigkeit der inneren Güte des Erzeugnisses verbessert sein. Da anschließend der Zylinderdruck so geregelt wird, dass der Innendruck im Formhohlraum um das 0,95-fache oder mehr größer ist als der Druck (Fülldruck), wenn der Formhohlraum mit dem Harz gefüllt worden ist, und das Verhältnis von Formhohlrauminnendruck zu Zylinderdruck größer ist als 0,5, und der zweite Druckhaltevorgang zum Halten des geregelten Zylinderdrucks zumindest so lange durchgeführt wird, bis die Formhohlraumtemperatur niedriger wird als die Einfriertemperatur des Harzes, können die Entstehung einer Schrumpfmarkierung, eines Verzugs oder einer inneren Deformation vermieden und die Form- und Maßgenauigkeit erhöht werden. Als Ergebnis kann ein optisches Bauteil, z.B. eine Kunststofflinse, mit hervorragender optischer Leistung hergestellt werden. Auch bei einer Umstellung von einer Harzart auf eine andere kann ferner ein Spritzgießerzeugnis mit den oben angegebenen vorteilhaften Eigenschaften hergestellt werden.
  • Das Einfüllen bzw. Einspritzen des Harzes in den Formhohlraum in der Weise, dass das Verhältnis des Formhohlrauminnendrucks bei mit Harz gefülltem Formhohlraum zum Zylinderdruck für die Gewährleistung eines Harzfülldrucks größer ist als 0,65, kann – nebenbei bemerkt – einfach derart erfolgen, dass die Formhohlraumoberfläche der Metallform mittels einer innerhalb oder außerhalb der Metallform vorgesehenen Wärmequelle auf eine zweckmäßige Temperatur innerhalb eines Bereichs erwärmt wird, der über der Einfriertemperatur des Harzes und unterhalb der Harzschmelzetemperatur im Zylinder der Spritzgießvorrichtung liegt; danach wird das Harz mit einer zweckmäßigen Kolbengeschwindigkeit vom Zylinder zum Formhohlraum überführt. Der erste Druckhaltevorgang kann auch einfach dadurch durchgeführt werden, dass der Kolben praktisch angehalten wird. Ferner kann der zweite Druckhaltevorgang in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass der Kolben entsprechend dem am Öldruckmesser der Hydrauliköl-Druckpumpe zum Beaufschlagen des Zylinder-Kolbens angezeigten Zylinderdruck und dem mittels des als Teil der Formhohlraumoberfläche vorgesehenen Drucksensors gemessenen Innendruck im Formhohlraum allmählich oder fortlaufend verschoben wird, worauf der Kolben angehalten wird, wenn die mittels eines Temperatursensors, der ebenfalls als Teil der Formhohlraumoberfläche vorgesehen ist, gemessene Formhohlraumoberflächentemperatur niedriger wird als die Einfriertemperatur des Harzes.
  • Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer beispielhaften Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Spritzgießverfahrens,
  • 2 Zeitsteuer- oder -folgediagramme für einen Zylinderdruck einer Spritzgießvorrichtung beim Spritz-Gießen, einen Formhohlrauminnendruck einer Metallspritzgießform und eine Formhohlraumoberflächentemperatur und
  • 3 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Spritzgießparameter und einer Spritzerzeugnisqualität.
  • Die in 1 dargestellte Spritzgießvorrichtung weist eine Spritzgieß-Metallform 10 auf, in welcher ein kastenförmiger Formhohlraum durch einen feststehenden Metall-Formteil und einen verschiebbaren Metall-Formteil festgelegt ist. In den verschiebbaren Formteil greifen Positionierstifte 12a am feststehenden Formteil ein. In den Formteilen sind Heizeinrichtungen oder Heizflüssigkeits-Strömungsdurchgänge 14 und 15 als Wärmequelle zum Beheizen der beiden Formteile vorgesehen. Ein Drucksensor 16, z.B. eines Kristalltyps, dient zum Messen einer Harztemperatur im Formhohlraum 13. Ein Temperatursensor 17, z.B. von einem Thermoelementtyp, dient zum Messen einer Temperatur einer angrenzenden Formhohlraumoberfläche oder einer Harzoberflächentemperatur im Formhohlraum 13.
  • Ein Zylinder 20 der Spritzgießvorrichtung weist eine Düse 20a auf, die in einen Einlass eines Trichters 13a eines Harzdurchgangs zum Formhohlraum 13 im festen Formteil eingreift, und ist mit einer Harzzuführöffnung 20b versehen.
  • Ein Kolben 21 weist eine Harzförderschnecke 21a auf. Eine Hydrauliköl-Druckvorrichtung 22 dient zum Vorwärts- oder Rückwärts-Verschieben des Kolbens 21. Für die Anzeige eines Massedrucks im Zylinder (Zylinderdruck) der Spritzgießmaschine ist ein Druckmesser bzw. Manometer 23 vorgesehen. Weiter vorgesehen sind Temperatursensoren 24, 25, 26 und 27, z.B. eines Thermoelementtyps, zum Messen einer Harztemperatur im Inneren der Düse sowie an einer Austrittsseite, einem mittleren Punkt und einer Innenseite des Zylinders 20.
  • Über die Harzzuführöffnung 20b wird Harzschmelze in den Zylinder 20 eingespeist. Die Harzförderschnecke 21a wird durch eine nicht dargestellte Drehantriebseinrichtung, die über eine verschiebbare Keilfeder mit einem Zahnrad in Eingriff steht, in der durch einen Pfeil angegebenen Richtung in Drehung versetzt. Die Harzförderschnecke 21a fördert dabei die Harzschmelze nach links (vgl. 1), so dass der Kolben 21 die Harzschmelze in den Zylinder 20 einfüllt bzw. "einschießt". Dabei wird der Kolben 21, der zusammen mit der Harzförderschnecke 21a in der Pfeilrichtung in Drehung versetzt ist, durch die Gegenwirkkraft der nach links geförderten Harzschmelze nach rechts verschoben, wobei er eine vor-bestimmte, in der Zeichnung dargestellte Stellung einnimmt. Infolgedessen wird die Harzschmelze bis zur vorbestimmten Position entsprechend einem vorbestimmten Volumen des Zylinders 20 eingefüllt.
  • Vorzugsweise wird eine Zylinderwand des Zylinders 20 mittels einer nicht dargestellten Heizeinrichtung erwärmt, deren erzeugte Wärmemenge nach Maßgabe der Messinformation von den Temperatursensoren 24 bis 27 geregelt werden kann, so dass damit auch die Temperatur der eingefüllten oder "eingeschossenen" Harzschmelze geregelt werden kann. Dabei ist es möglich, über die Harzzuführöffnung 20b ein in festem Zustand vorliegendes Harz zuzuführen und dieses im Zylinder 20 aufzuschmelzen. Die Zuspeisung von aufgeschmolzenem Harz bzw. Harzschmelze wird jedoch bevorzugt, weil dadurch eine Zeitspanne vom Einfüllen des Harzes in den Zylinder 20 bis zum Beginn des Spritzgießens durch Linksverschiebung des Kolbens 21 mittels der Hydrauliköl-Druckvorrichtung 22 verkürzt sein kann.
  • Nach dem Einfüllen der Harzschmelze der vorbestimmten Temperatur in den Zylinder 20 beginnt die Spritzgießvorrichtung den Spritzgießvorgang durch Verschieben des Kolbens 21 nach links mittels der Hydrauliköl-Druckvorrichtung 22. Nachdem der Formhohlraum 13 mit dem eingespritzten Harz gefüllt worden ist, kann dann, wenn ein Verhältnis eines Formhohlrauminnendrucks oder eines Fülldrucks im Formhohlraum 13, durch den Drucksensor 16 gemessen bzw. erfasst, zu einem am Manometer 23 angezeigten Zylinderdruck nicht größer ist als 0,65, eine Schweißlinie bzw. Schweißmarkierung oder ein innerer Verzug auftreten. Außerdem kann es dabei schwierig sein, eine Schrumpfmarke bzw. -markierung an einem Formling zu vermeiden. Infolgedessen ist es nötig, dass das Druckverhältnis nicht kleiner ist als 0,65. Diese Druckverhältnis-Bedingung kann auf die im folgenden beschriebene Weise sichergestellt werden.
  • Wenn nämlich die Temperatur der Metallspritzgießform 10 bei Einleitung des Spritzgießens niedrig ist, kühlt die in die Metallform eingespritzte Harzschmelze schnell ab, so dass sich ihre Viskosität erhöht. Infolgedessen treten in dem in den Formhohlraum 13 eingefüllten Harz eine Schweißmarkierung und ein innerer Verzug auf. Weiterhin wird ein durch den Drucksensor 16 erfasster Harzfülldruck im Formhohlraum 13 niedrig, während andererseits ein am Manometer 23 angezeigter Zylinderdruck hoch wird, wobei als Folge davon das Verhältnis von Harzfülldruck zu Zylinderdruck kleiner wird als 0,65. Wenn die Metallform 10 mittels der integrierten Wärmequellen 14 und 15 im Voraus erwärmt oder beheizt wird, um die durch den Temperatursensor 17 erfasste Formhohlraumoberflächentemperatur über einen Glasübergangspunkt bzw. eine Einfriertemperatur des Harzes zu erhöhen, und sodann das Spritzgießen mittels der beheizten Metallform eingeleitet wird, kühlt die in den Formhohlraum 13 eingefüllte oder eingespritzte Harzschmelze nicht so schnell ab. Infolgedessen treten die oben angegebenen Defekte (Schweißmarkierung und innerer Verzug bzw. innere Deformation) nicht auf, wobei ein Verhältnis des mittels des Drucksensors 16 erfassten Formhohlrauminnendrucks bei Abschluss des Füllvorgangs im Formhohlraum 13 zum Zylinderdruck auf nicht weniger als 0,65 gehalten wird. Wenn das Druckverhältnis höher wird als 0,8, können andererseits unerwünschte Vorsprünge bzw. Grate des eingespritzten Harzes auftreten. Um dies zu verhindern, muss die Metallform 10 mit hoher Genauigkeit gefertigt sein, oder es ist bei der Endbearbeitung des Erzeugnisses ein zusätzlicher Arbeitsgang zum Entfernen des unerwünschten Vorsprungs bzw. Grats nötig. Das Druckverhältnis wird demzufolge vorzugsweise auf nicht mehr als 0,8 eingestellt.
  • Nach dem Einfüllen der Harzschmelze in den Formhohlraum 13 wird während einer kurzen Zeitspanne ein erster Druckhaltevorgang durchgeführt, in welchem der Zylinderdruck zum Zeitpunkt des Abschlusses des Einfüllvorgangs auf gleicher Höhe gehalten wird. Dadurch können die oben genannten Defekte am Spritzling vermieden werden. Wird der erste Druckhaltevorgang nicht durchgeführt, so kann leicht die Schrumpfmarkierung entstehen. Als Folge einer Gegenmaßnahme zur Vermeidung der Schrumpfmarkierung kann der unerwünschte Vorsprung bzw. Grat noch größer werden. Als Gegenmaßnahme zur Vermeidung des unerwünschten Vorsprungs bzw. Grats muss die Metallform mit höherer Genauigkeit gefertigt sein und eine größere Festigkeit aufweisen, was zu einer beträchtlichen Kostenerhöhung für die Metallform führt.
  • Nach dem ersten Druckhaltevorgang wird der Zylinderdruck erhöht, so dass der durch den Drucksensor 16 erfasste Formhohlrauminnendruck um das 0,95-fache oder mehr höher ist als der Formhohlrauminnendruck zum Zeitpunkt des Abschlusses des Formhohlraum-Füllvorgangs, wobei das Verhältnis des Formhohlrauminnendrucks zum Zylinderdruck auf nicht weniger als 0,5 eingestellt ist oder wird. Der zweite Druckhaltevorgang zum Aufrechterhalten des Zylinderdrucks auf gleicher Größe wird zumindest so lange durchgeführt, bis die durch den Temperatursensor 17 erfasste Formhohlraumoberflächentemperatur unterhalb der Einfriertemperatur des Harzes liegt. Mit diesem Verfahren kann ein kastenförmiges Erzeugnis ohne Schrumpfmarkierung und ohne Verzug erhalten werden. Wenn andererseits der mittels des Drucksensors 16 erfasste Formhohlrauminnendruck bei Erhöhung des Zylinderdrucks auf einen Druck beim zweiten Druckhaltevorgang kleiner ist als ein Wert, der um das 0,95-fache größer ist als der Formhohlrauminnendruck zum Zeitpunkt des Abschlusses des Füllvorgangs am Formhohlraum 13, oder wenn das Verhältnis des mittels des Drucksensors 16 erfassten Formhohlrauminnendrucks zum Zylinderdruck kleiner ist als 0,5, können die obigen Defekte leicht auftreten. Wenn weiterhin der zweite Druckhaltevorgang abgeschlossen ist oder wird, bevor die Formhohlraumoberflächentemperatur unter die Einfriertemperatur absinkt, können ähnliche Probleme auftreten.
  • Wenn der mittels des Drucksensors 16 erfasste Formhohlrauminnendruck bei Erhöhung des Zylinderdrucks auf den Druckwert des zweiten Druckhaltevorgangs größer ist als ein Druck, der um das 1,2-fache größer ist als der Formhohlrauminnendruck zum Zeitpunkt des Abschlusses des Füllvorgangs am Formhohlraum 13, oder wenn das Verhältnis des mittels des Drucksensors 16 erfassten Formhohlrauminnendrucks zum Zylinderdruck größer ist als 0,6, kann der unerwünschte Vorsprung bzw. Grat noch größer werden, so dass für die Endbearbeitung des Erzeugnisses ein zusätzlicher Arbeitsgang nötig ist. Infolgedessen wird bevorzugt der mittels des Drucksensors 16 erfasste Formhohlrauminnendruck im Laufe des zweiten Druckhaltevorgangs unter einem Wert gehalten, der um das 1,2-fache größer ist als der Formhohlrauminnendruck zum Zeitpunkt des Formhohlraum-Füllvorgangs; weiterhin wird vorzugsweise das Verhältnis des mittels des Drucksensors 16 erfassten Formhohlrauminnendrucks zum Zylinderdruck unter 0,6 gehalten.
  • 2 ist eine graphische Darstellung für den Fall des Spritzgießens mit Polystyrol, dessen Glasübergangspunkt bzw. Einfriertemperatur 103°C beträgt. Im Druckdiagramm repräsentieren ein in ausgezogener Linie angegebener Zylinderdruck und ein in strichpunktierter Linie dargestellter Formhohlrauminnendruck ein Beispiel gemäß der Erfindung, in welchem die Metallform 10 im Voraus auf 170°C erwärmt wurde. Andererseits repräsentiert ein in doppelt strichpunktierter Linie dargestellter Formhohlrauminnendruck ein Vergleichsbeispiel, bei dem die Metallform 10 im Voraus auf 40°C erwärmt wurde. Für das Vergleichsbeispiel ist dabei kein Zylinderdruck angegeben, weil sich dieser ähnlich dem Änderungsmuster des durch die ausgezogene Linie angegebenen Zylinderdrucks bis (zum Zeitpunkt) t2 ändert, zu dem der erste Druckhaltevorgang beendet ist. Im Temperaturdiagramm repräsentiert die in ausgezogener Linie angegebene Formhohlraumoberflächentemperatur das erfindungsgemäße Beispiel, während die in doppelt strichpunktierter Linie angegebene Formhohlraumoberflächentemperatur für das Vergleichsbeispiel steht.
  • Aus 2 geht folgendes hervor: Wenn das aufgeschmolzene Polystyrol einer Temperatur von 210°C aus dem Zylinder in die Metallform eingespritzt wird, deren Temperatur mit 40°C unter der Einfriertemperatur von 103°C von Polystyrol liegt, ist das Verhältnis des Einfülldrucks des Harzes nach Abschluss des Einfüll- oder Einspritzvorgangs zum Zylinderdruck niedriger als 0,44 und damit wesentlich niedriger als 0,65. Auch wenn dabei nach Abschluss des Einfüllvorgangs 10s lang ein Druckhaltevorgang durchgeführt wird, in welchem der Zylinderdruck aufrechterhalten wird, kann während dieses kurzen Druckhaltevorgangs kein Formhohlrauminnendruck zur Beseitigung oder Vermeidung einer Schrumpfmarkierung erhalten werden. Außerdem erhöht sich nach erfolgtem Einfüllvorgang die Formhohlraumoberflächentemperatur auf die Temperatur der Harzschmelze, um danach auch im Druckhaltevorgang schnell abzufallen. Infolgedessen entstehen an den Formlingen eine Schrumpfmarkierung und ein Verzug als äußere oder externe Defekte bezüglich der Außenform sowie eine Schweißmarkierung und ein innerer oder interner Verzug als innere Defekte.
  • Wenn dagegen die Metallform im Voraus auf eine Temperatur von 170°, die ausreichend über der Einfriertemperatur von 103°C von Polystyrol liegt, erwärmt und das aufgeschmolzene Polystyrol einer Temperatur von 210°C aus dem Zylinder in die erwärmte oder beheizte Metallform eingespritzt wird, ist das Verhältnis des Harz-Fülldrucks nach Abschluss des Füllvorgangs zum Zylinderdruck mit über 0,74 höher als das Verhältnis von 0,65. Infolgedessen entsteht keine Schweißmarkierung. Wenn ferner ein 10s langer erster Druckhaltevorgang zum Aufrechterhalten des Zylinderdrucks ab dem Abschluss des Füllvorgangs durchgeführt wird, kann der Formhohlrauminnendruck zum Zeitpunkt des Abschlusses des Füllvorgangs erhalten bleiben bzw. aufrechterhalten werden, so dass sich die Formraumoberflächentemperatur, die nach erfolgtem Füllvorgang auf die Temperatur der Harzschmelze angestiegen ist, kaum verringert. Infolgedessen kann die Entstehung der Schrumpfmarkierung vermieden werden. Ferner wird der zweite Druckhaltevorgang in der Weise durchgeführt, dass der Formhohlrauminnendruck um das 0,95-fache oder mehr, um die Schrumpfmarkierung sicher zu vermeiden, größer bzw. vorzugsweise um das 1,2-fache kleiner eingestellt wird, um den unerwünschten Vorsprung bzw. Grat zu vermeiden, und zwar bezogen auf den Druck bei Abschluss des Füllvorgangs. Während des zweiten Druckhaltevorgangs ist der Formhohlrauminnendruck um das 0,5-fache größer als der Zylinderdruck, und der erhöhte Zylinderdruck wird aufrechterhalten, bis die Formhohlraumoberflächentemperatur unter 103°C entsprechend der Einfriertemperatur von Polystyrol abfällt. Infolgedessen wird der unerwünschte Vorsprung bzw. Grat sehr klein, so dass kein zusätzlicher Endbearbeitungsgang nötig ist und ein Erzeugnis erhalten werden kann, das frei ist von den inneren Defekten der Schweißmarkierung und der inneren Deformation sowie den Formdefekten der Schrumpfmarkierung und des Verzugs.
  • 3 veranschaulicht das Ergebnis eines Spritztests, in welchem mittels der Spritzgießvorrichtung gemäß 1 ein Kasten aus Polystyrol einer Einfriertemperatur von 103°C hergestellt wurde. Der Kasten besitzt eine Länge von 40 mm, eine Breite von 100 mm und eine Höhe von 30 mm; die Bodenplatte und die Seitenwände des Kastens besitzen jeweils eine Dicke von 3 mm. Beim Spritzgießen betrug die Temperatur der Harz-Schmelze im Zylinder 210°C; unabhängig vom Fülldruck im Formhohlraum wurde der Zylinderdruck während des ersten Druckhalte-Vorgangs nach Abschluss des Formhohlraum-Füllvorgangs auf 29,42 MPa (300 kgf/cm2) gehalten, während der Zylinderdruck 10s lang aufrechterhalten wurde. In dem nach dem ersten Druckhaltevorgang durchgeführten zweiten Druckhaltevorgang wurden der Zylinder-Druck auf 39,23 MPa (400 kgf/cm2) eingestellt und der Zylinderdruck 20s lang auf rechterhalten.
  • In 3 stehen die Quadrate für eine Änderung in der Verzugsgröße an der Quer-Seitenwand des Kastens, der unter Testbedingungen hergestellt wurde, bei denen die Metallform-Vorwärmtemperatur unter den angegebenen Spritzgießbedingungen geändert wurde. Die Kreise stehen für die Änderung der Verzugsgröße für den Fall, dass der Zylinderdruck im zweiten Druckhaltevorgang beim angegebenen Spritzgießen auf 58,84 MPa (600 kgf/cm2) geändert wurde. Weiterhin stehen die Markierungen "x" für die Änderung der Verzugsgröße in dem Fall, in welchem die Druck-Haltezeit beim zweiten Druckhaltevorgang auf 40s geändert wurde.
  • Das Testergebnis gemäß 3 lässt sich wie folgt zusammenfassen: Wenn die Temperatur der vorgewärmten Metallform unter 103°C, entsprechend der Einfriertemperatur von Polystyrol, liegt, tritt der Verzug immer noch auf ähnliche Weise auf, auch wenn der Zylinderdruck im zweiten Druckhaltevorgang auf das 1,5-fache erhöht oder die Haltezeit im zweiten Druckhaltevorgang um das 2,0-fache länger gehalten wird. Das Auftreten des Verzugs ist daher schwierig zu vermeiden. Wenn die Temperatur der vorgewärmten Metallform höher ist als 103°C, verringert sich die maximale Verzugsgröße in einer Einwärtsrichtung an der Quer-Seitenwand auf weniger als 100μm, sofern der Druck von 39,23 MPa (400 kgf/cm2) im zweiten Druckhaltevorgang (nach dem ersten Druckhaltevorgang) 20s lang angelegt wird. Wenn ferner der Zylinderdruck im zweiten Druckhaltevorgang auf das 1,5-fache höher erhöht oder die Haltezeit im zweiten Druckhaltevorgang um das 2,0-fache länger eingestellt wird, kann die Verzugsgröße im Vergleich zum Zustand vor der Änderung des Zylinderdrucks im zweiten Druckhaltevorgang merklich verringert werden. Mit anderen Worten: da die Verzugsgröße und die Verzugsrichtung mit der Änderung des Zustands oder der Bedingung des zweiten Druckhaltevorgangs reguliert werden können, wird die Temperatur der vorgewärmten Metallform vorzugsweise auf eine Größe über der Einfriertemperatur des jeweils verwendeten Harzes (103°C beim genannten Polystyrol) eingestellt.
  • Wenn die Temperatur der vorgewärmten Metallform innerhalb eines Bereichs von 103 bis 210°C eingestellt wird, erreicht der mittels des Drucksensors 16 zum Zeitpunkt des Formhohlraum-Füllvorgangs erfasste Formhohlrauminnendruck 29,42 MPa (300 kgf/cm2), so dass sein Druckverhältnis größer ist als 0,65 und innerhalb eines bevorzugten Bereichs von unter 0,8 liegt; als Ergebnis tritt weder eine Schweißmarkierung noch eine Schrumpfung auf. Wenn zudem die Temperatur der vorgewärmten Metallform über die Temperatur der Harzschmelze im Zylinder erhöht ist oder wird, wird deshalb, weil der Erwärmungs- oder Abkühlvorgang eine vergleichsweise längere Zeitspanne benötigt, nicht nur eine große Energiemenge vergeudet, vielmehr treten auch große unerwünschte Vorsprünge bzw. Grate auf, und die Metallform verzieht sich derart, dass eine Schrumpfmarkierung leicht auftreten kann. Demzufolge wird die genannte Temperatur vorzugsweise in einem Bereich von 103 bis 210°C gehalten. Wenn dabei der zweite Haltedruck von 39,23 MPa (400 kgf/cm2) nach dem ersten Haltedruck von 29,42 MPa (300 kgf/cm2) plötzlich oder schlagartig angelegt wird, steigt der durch den Drucksensor 16 erfasste Formhohlrauminnendruck über das 1,2-fache eines Drucks zu dem Zeitpunkt, zu dem der Füllvorgang abgeschlossen worden ist. Infolgedessen können große unerwünschte Vorsprünge bzw. Grate entstehen. Um dies zu vermeiden, ist es vorteilhaft, eine Drucksenkzeit zum Senken des Haltedrucks zwischen dem ersten und dem zweiten Druckhaltevorgang, wie im Beispiel von 2 gezeigt, vorzusehen oder den Druck im zweiten Druckhaltevorgang zu senken.
  • Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das Beispiel von Polystyrol beschränkt, sondern auf ein beliebiges, an sich bekanntes Harz, das für das Spritzgießen benutzbar ist, anwendbar.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet in überraschender Weise, dass hervorragende Harzerzeugnisse, wie optische Bauteile, mit hoher Maßgenauigkeit oder -haltigkeit, sehr gleichmäßiger innerer Qualität und ohne innere Deformation stabil bzw. zuverlässig unter Verwendung des für Spritz-Gießzwecke geeigneten Harzes hergestellt werden können.

Claims (5)

  1. Spritzgießverfahren, umfassend die folgenden Schritte: Einspritzen eines Harzes in einen Formhohlraum einer Spritzgießform in der Weise, daß ein Formhohlrauminnendruck mindestens das 0,65-fache des Massedrucks im Zylinder einer Spritzgießvorrichtung beträgt, Durchführen eines ersten Druckhaltevorgangs nach dem Einspritzschritt, Ändern des Massedrucks im Zylinder der Spritzgießvorrichtung, derart, daß der Formhohlrauminnendruck um mindestens das 0,95-fache größer ist als der Formhohlrauminnendruck zu dem Zeitpunkt, zu dem der Formhohlraum mit dem Harz gefüllt worden ist, und Durchführen eines zweiten Druckhaltevorgangs zum Aufrechterhalten des geänderten Massedrucks im Zylinder der Spritzgießvorrichtung zumindest so lange, bis eine Formhohlraumoberflächentemperatur niedriger wird als ein Glasübergangspunkt bzw. eine Einfriertemperatur des Harzes.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des ersten Druckhaltevorgangs der Formhohlrauminnendruck nicht mehr als das 0,8-fache des Massedrucks im Zylinder der Spritzgießvorrichtung beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des zweiten Druckhaltevorgangs der Formhohlrauminnendruck mindestens das 0,5-fache des Massedrucks im Zylinder der Spritzgießvorrichtung beträgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des zweiten Druckhaltevorgangs der Formhohlrauminnendruck nicht mehr als das 1,2-fache des Formhohlrauminnendrucks zu dem Zeitpunkt, zu dem der Formraum mit dem Harz gefüllt worden ist, beträgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Formhohlraumoberflächentemperatur der Form vor dem Einspritzschritt auf eine Temperatur in einem Bereich über der Einfriertemperatur des Harzes und unterhalb einer Schmelzetemperatur des Harzes im Zylinder erhöht wird.
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