DE19746827A1

DE19746827A1 - Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffgegenständen

Info

Publication number: DE19746827A1
Application number: DE1997146827
Authority: DE
Inventors: Johann Holzschuh
Original assignee: Battenfeld GmbH
Current assignee: Battenfeld GmbH
Priority date: 1997-10-23
Filing date: 1997-10-23
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2017-10-24
Also published as: DE19746827C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffgegenständen aus thermoplastischem, duroplastischem oder elastomerem Material, das die Schritte aufweist:

- Einspritzen einer zur Bildung des Kunststoffgegenstandes ausreichenden Menge Kunststoffschmelze in die Kavität eines Formwerkzeugs entlang eines Schmelzefließwegs, der sich von einer Kunststoffplastifizier- und -einspritzeinheit durch eine Kunststoffeinspritzdüse bis ins Formwerkzeug erstreckt;
- Eingeben eines Druckfluids, insbesondere eines Druckgases, von einer Wandung der Kavität aus mittels mindestens eines Fluideinspritzelements, so daß sich ein Fluidpolster zwischen Wandung der Kavität und der ins Formwerkzeug eingebrachten Schmelze bildet;
- Erhärtenlassen des so hergestellten Formteils;
- Entlastung der Kavität vom Druck des Druckfluids; und
- Entformen des Formteils.

Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art ist aus der EP 0 400 135 B1 bekannt. Dort wird zunächst eine für die Ausbildung des Formteils ausreichende Menge Kunststoffschmelze in die Kavität eines Spritzgießwerkzeugs eingebracht. Um Einfallstellen auf der Oberfläche des Formteils infolge der Abkühlung des Kunststoffmaterials zu verhindern, wird in dieser Schrift vorgesehen, daß Druckgas als Polster zwischen Kavitätsoberfläche und Kunststoffschmelze eingebracht wird. Es wird dabei sichergestellt, daß dieses Gaspolster gezielt aufgebaut und -nach der Erhärtung der Schmelze - wieder abgebaut werden kann. Das Einspritzen der vorbestimmten Menge an geschmolzenem Kunststoff in die Werkzeugkavität erfolgt dabei in der Weise, daß die vorbestimmte Kunststoffmenge ein kleineres Volumen einnimmt als das Volumen der Werkzeugkavität.

Diese Vorgehensweise ist sicher auch in einer Vielzahl von Fällen sinnfällig und plausibel: Da ja ohnehin abkühlungsbedingte Volumen kontraktionen durch die Aufbringung des Gaspolsters eliminiert werden sollen, reicht es aus, wenn nur eine Teilfüllung der Kavität vorgenommen wird, die so bemessen ist, daß die eingebrachte Kunststoffmasse abzüglich des Volumens des Gaspolsters und abzüglich des Schwindungsvolumens des Kunststoffs dem Kavitätsvolumen entspricht.

Der Vorteil dieser vorgeschlagenen Teilfüllung der Kavität besteht darin, daß ein ökonomischer Umgang mit Kunststoffschmelze gewährleistet ist.

In einigen Fällen kann diese Vorgehensweise jedoch zu Problemen führen: Wird ein Kunststoff verarbeitet, der einer besonders starken Schwindung bei der Abkühlung unterliegt, kann bei Teilfüllung der Kavität der Effekt auftreten, daß der Kunststoff nicht mehr an allen Stellen Kontakt mit der Kavitätsoberfläche hat und das Formteil somit Ausschuß wird. Dies wird insbesondere bei solchen Kunststoffen auftreten, die unter Umständen bis zu 20% und mehr Volumen kontraktion haben.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das es ermöglicht, auch bei stark schrumpfendem Kunststoffmaterial sicherzustellen, daß das gattungsgemäße Gasaußendruckverfahren prozeßsicher durchgeführt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzen von Schmelze derart erfolgt, daß vor der Eingabe von Druckfluid zwischen die Wandung (9) der Kavität (2) und die Schmelze die Werkzeugkavität (2) vollständig mit Schmelze mit einem solchen Schmelzedruck gefüllt wird, daß das Kunststoffmaterial während der ersten Phase der Erstarrung druckvorgespannt bleibt.

Es ist also vorgesehen, daß - im Unterschied zum Stand der Technik - eine vollständige Kavitätsfüllung vor der Ausbildung des Gaspolsters vorgenommen wird, wobei die Schmelze sogar unter erhöhtem Druck gehalten wird.

Gemäß einer ersten Fortbildung ist vorgesehen, daß das Eingeben des Druckfluids erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach Beendigung des Einspritzens von Kunststoffschmelze beginnt.

Alternativ kann vorgesehen sein, daß das Eingeben des Druckfluids erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach Beginn des Schmelzenachdrucks, d. h. nach Umschalten auf Nachdruck, beginnt.

Weiterhin kann das Eingeben des Druckfluids erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach Beendigung des Schmelzenachdrucks beginnen.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß das Eingeben des Druckfluids abhängig vom Hydraulikdruck oder vom Werkzeuginnendruck erfolgt. Das Eingeben des Druckfluids kann ferner abhängig von der Formteiloberflächentemperatur erfolgen. Schließlich kann es abhängig von der Schneckenwegposition erfolgen.

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel darge stellt:

Fig. 1 zeigt schematisch den Schnitt durch eine Spritzgießvor richtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird, in

Fig. 2 ist ein pvT-Diagramm für Polypropylen zu sehen.

In Fig. 1 ist - schematisch dargestellt - eine Spritzgießvorrichtung zu sehen. Das Spritzgießwerkzeug 1 weist eine Kavität 2 auf, die die Geometrie des zu fertigenden Formteils 6 definiert. Die Kavität 2 wird mit Schmelze versorgt, die in einer Kunststoffplastifizier- und -einspritz einheit (bestehend aus Schnecke 5 und Schneckenzylinder 4) hergestellt wird; die Schmelze wird über eine Kunststoffeinspritzdüse 3 ins Werkzeug 1 injiziert.

Zur Bildung eines Gaspolsters 8 ist in die Wandung 9 der Kavität 2 ein Fluideinspritzelement 7 integriert. Nach dem Einspritzen der Schmelze wird über das Fluideinspritzelement 7 Stickstoffgas injiziert, so daß sich das Fluidpolster 8 wie dargestellt ausbildet.

Das Gaspolster 8 bewirkt, daß abkühlungsbedingte Konstraktionen des Kunststoffmaterials ausgeglichen werden: Das Kunststoffmaterial wird an die dem Gaspolster 8 gegenüberliegende Kavitätstwand angepreßt, so daß dort keine Einfallstellen entstehen können.

Erfindungsgemäß wird vor der Ausbildung des Gaspolsters 8 zunächst die Kavität 2 vollständig mit Schmelze gefüllt. Dabei wird mit einem solchen Schmelzedruck gearbeitet, daß das noch flüssige Kunststoffmaterial während der ersten Phase der Erstarrung druckvorgespannt bleibt. Abkühlungsbedingte Volumenkontraktionen können somit alleine durch die Druckvorspannung ausgeglichen werden, ohne daß es zunächst der Wirkung des Fluidpolsters 8 bedarf; dieses ist erst später erforderlich, um Einfallstellen an der Formteiloberfläche zu verhindern.

Über die Größenordnung der abkühlungsbedingten Volumenschwindung gibt Fig. 2 Auskunft. Dort ist das pvT-Diagramm für den Kunststoff Polypropylen zu sehen.

Das Diagramm zeigt für die Isobare p = 0 N/mm² bei einer Temperatur von 500 K (ca. 227°C) ein spezifisches Volumen von ca. 1,35 cm³/g. Bei einer Temperatur von 300 K (ca. 27°C) liegt ein spezifisches Volumen von ca. 1,1 cm³/g vor. D. h. die Volumenkontraktion beträgt in diesem Beispiel ca. 18,5%.

Bezugszeichenliste

1

Formwerkzeug

2

Kavität des Formwerkzeugs

3

Kunststoffeinspritzdüse

4

Schneckenzylinder

5

Schnecke

4

,

5

Kunststoffplastifizier- und -einspritzeinheit

6

Formteil

7

Fluideinspritzelement

8

Fluidpolster

9

Wandung der Kavität

2

Claims

1. Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffgegenständen aus thermoplastischem, duroplastischem oder elastomerem Material, das die Schritte aufweist:

a) Einspritzen einer zur Bildung des Kunststoffgegenstandes ausreichenden Menge Kunststoffschmelze in die Kavität (2) eines Formwerkzeugs (1) entlang eines Schmelzefließwegs, der sich von einer Kunststoffplastifizier- und -einspritzeinheit (4, 5) durch eine Kunststoffeinspritzdüse (3) bis ins Formwerkzeug (1) erstreckt;
b) Eingeben eines Druckfluids, insbesondere eines Druckgases, von einer Wandung (9) der Kavität (2) aus mittels mindestens eines Fluideinspritzelements (7), so daß sich ein Fluidpolster (8) zwischen Wandung (9) der Kavität (2) und der ins Formwerkzeug eingebrachten Schmelze bildet;
c) Erhärten lassen des so hergestellten Formteils (6);
d) Entlastung der Kavität (2) vom Druck des Druckfluids; und
e) Entformen des Formteils (6);

dadurch gekennzeichnet,
daß das Einspritzen von Schmelze gemäß Schritt a) derart erfolgt, daß vor der Eingabe von Druckfluid zwischen die Wandung (9) der Kavität (2) und die Schmelze gemäß Schritt b) die Werkzeugkavität (2) vollständig mit Schmelze mit einem solchen Schmelzedruck gefüllt wird, daß das Kunststoffmaterial während der ersten Phase der Erstarrung druckvorgespannt bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingeben des Druckfluids gemäß Schritt b) von Anspruch 1 erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach Beendigung des Einspritzens von Kunststoffschmelze gemäß Schritt a) von Anspruch 1 beginnt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingeben des Druckfluids gemäß Schritt b) von Anspruch 1 erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach Beginn des Schmelzenachdrucks, d. h. nach Umschalten auf Nachdruck, beginnt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingeben des Druckfluids gemäß Schritt b) von Anspruch 1 erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach Beendigung des Schmelze nachdrucks beginnt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingeben des Druckfluids gemäß Schritt b) von Anspruch 1 abhängig vom Hydraulikdruck oder vom Werkzeuginnendruck erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingeben des Druckfluids gemäß Schritt b) von Anspruch 1 abhängig von der Formteiloberflächentemperatur erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingeben des Druckfluids gemäß Schritt b) von Anspruch 1 abhängig von der Schneckenwegposition erfolgt.