DE2017506B2 - Verfahren zum herstellen von kunststofformteilen aus giessharzmassen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von lunker- und blasenfreien Kunststofformteilen durch Überführen von reaktionsfähigen, flüssigen Gießharzmassen von unten in eine geschlossene Form und durch Härten unter Druck, und erhöhten Temperaturen in der Form.

Aus der GB-PS 10 27 534 ist bereits ein Spritzgießverfahren zur Herstellung von Kunststofformteilen durch Einspritzen von vernetzbaren Spritzgießmassen bzw. Preßmassen in eine geschlossene Form und durch Vernetzen der eingespritzten Massen bei erhöhten Formtemperaturen bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine form- und vernetzbare Harzmasse, z. B. Kautschukmasse, die eine niedrigere Temperatur als sie Form aufweist, praktisch ohne Wärmeübertragung auf die zuführende Harzmasse — bewirkt durch zusätzliche Kühlvorrichtungen — bis zum Eintritt in die Form und ohne Anwendung von Vakuum durch Einwirken eines Druckes in die Form überführt. Es werden jedoch in aller Regel keine gießfähigen Gießharze unmittelbar in die Form überführt, sondern feste Harzmassen in einer Plastifizier- und Einspritzvorrichtung zu einer plastifizierten, formbaren Masse aufbereitet und unter sehr hohen Einspritzdrücken sowie bei sehr hohen Einspritzgeschwindigkeiten in die Formhohlräume der geschlossenen Spritzgießform eingespritzt, wonach in aller Regel ein Nachdruck, der geringer als der Einspritzdruck ist, auf die in der Form vernetzende Masse einwirkt. Werden flüssige Gießharzmassen, die allgemein bei der Härtung einen beträchtlichen Volumenschrumpf erleiden, diesem Verfahren unterworfen, was bisher nicht bekanntgeworden ist, so werden, wahrscheinlich bedingt durch den dem Spritzdruck gegenüber herabgesetzten Nachdruck, lunker- und blasenhaltige Kunststofformteile erhalten. Auch sind die sehr hohen Spriizdrücke und Einspritzgeschwindigkeiten, wie sie beim abgehandelten Verfahren notwendig sind, nicht bei der Herstellung von Formteilen mit empfindlichen Einlegeteilen mittels flüssiger Gießharze anwendbar.

Aus der Broschüre »ABC der Lack- und Kunstharzisolation für die Elektrotechnik« der Firma Dr. Beck & Co (1964) Seiten 122—123, ist es weiter bekannt, flüssige Gießharze mittels Gasdruck schnell und blasenfrei von unten durch ein Rohr in eine Form zu überführen. Diese Verfahrenstechnik soll den Vorteil bringen, daß — besonders bei engen Formen — Luftnester im Gießling vermieden werden. Sie scheint jedoch nur zum Herstellen einfacher, glatter Formteile geeignet zu sein, dann auf Seite 123 der zitierten Broschüre im Absatz »Gießen im Vakuum« wird aufgeführt, daß zum Gießen ίο von komplizierten, mit Hinterschneidungen versehenen Formteilen der Vakuumguß angewandt wird. Beim beanspruchten Verfahren erfolgt das Füllen der Form mit Gießharzmassen ebenfalls von unten, mittels Gasdruck, aber ohne Anwendung von Vakuum. Jedoch führt die Härtung des Gießharzes in einer so gefüllten Form allein nicht zu lunker- und blasenfreien Formteilen, insbesondere wenn die Form Unterschneidungen aufweist oder kompliziert geformte Einlegeteile in das Harz eingebettet sind. Hier müssen noch die weiteren Maßnahmen des beanspruchten Verfahrens angewendet werden, insbesondere die Härtung unter dem Fülloder einem höheren Druck. Eine solche Verfahrensweise kann der abgehandelten Druckschrift weder entnommen noch aus ihr abgleitet werden.

Ferner ist aus der US-PS 33 81 339 eine Vorrichtung bekannt, mit der das Herstellen von Kunststofformteilen nach der folgenden Verfahrensweise (Gießverfahren) vollzogen wird: Mittels Kolbendruck wird die Gießharzmasse durch ein Rohr von unten in eine geschlossene Form überführt. Gleichzeitig wird Vakuum an den obersten Teil der Form angelegt, um eventuelle im Gießharz enthaltende Luftbläschen zu entfernen und um ein schnelles Füllen der Form zu ermöglichen. Nach dem Füllen der Form werden durch Schließen von zwei Ventilen oberhalb und unterhalb der Form das Vakuum bzw. die Zufuhr weiterer Gießharzmasse aus dem Vorratsbehälter unterbrochen. Die Härtung soll dann mit Hilfe oder ohne Anwendung erhöhter Formtemperaturen durchgeführt werden können. Der Vorrichtung gemäß diesem Stand der Technik und dem mit der Vorrichtung durchgeführten Verfahren haften jedoch verschiedene Mangel an. Von Nachteil ist die Förderung der Gießharzmasse aus dem Vorratsgefäß mittels eines Druckkolbens. Der bewegliche, abgedichtete Kolben, der nicht nur sine zusätzliche Antriebsvorrichtung erfordert, verschleißt schnell beim Fördern von mit abrasiven Füllstoffen ζ. Β Quarzmehl versehenen Gießharzen. Ein weiterer Nachteil ist die zum Füllen der Form mit Gießharzmassen notwendige, aufwendige Vakuumanlage. Ferner wird der Wärmeübergang von der heißeren Form auf die kältere zuzuführende härtbare Gießharzmasse nicht unterbunden. Besonders nachteilig ist, daß äußerst leicht lunker- und blasenhaltige Kunststofformteile erhalten werden

können, da zwar das Füllen der Form mit Überdruck erfolgt, nicht jedoch die Aushärtung. Nach dem Füllen der Form unter Überdruck und gegebenenfalls Erhöhung des Überdruckes werden Einlaß- und Auslaßventile der Form geschlossen, so daß der Formhohlraum mit der darin befindlichen Gießharzmasse ein abgeschlossenes System darstellt. Durch den bei der Härtung einsetzenden Schrumpf des Harzes, der zu einer Volumenverminderung des Gießiings führt, enisiehen Hohlräume die nicht vom Gießharz ausgefüllt sind, wodurch in jedem Falle eine Herabsetzung des ursprünglich eingestellten Druckes (Fülldruckes) erfolgt. Wegen der praktisch nicht vorhandenen Kompressibilität des flüssigen Gießharzes (wie von Flüssig-

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keiten allgemein) einerseits und des bis zu mehreren Prozenten betragenden Volumenschrumpfes andererseits, erfolgt die Härtung praktisch unter Ve.ioiun

Ausgehend von einem Vei fahren, wie es cmäß US-PS 33 8 t 339 als nächstliegender Stand der Technik bekannt ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von maßhaltigen, lunker- und blasenfreien Kunststofformteilen, die abrasive Füllstoffe und empfindliche Einlegeteile enthalten können, aus reaktionsfähigen, flüssigen Gießharzmassen bereitzustellen, das insbesondere gegenüber den Gießverfahren in geschlossenen Formen ohne Anwendung von Vakuum und gegenüber den Spritzgießverfahren ohne aufwendige Plastifizier- und Einspritzvorrichtungen auskommt und so die Verwendung einfacherer und verschleißsicherer Vorrichtungen ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird beim eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Gießharzmasse aus Epoxidharzen und Härtern oder aus Gemischen von Di- oder Polyisocyanaten und Verbindungen mit mehr als einer Hydroxylgruppe pro Molekül, wobei die Gießharzmasse eine niedrigere Temperatur als die Form aufweist, praktisch ohne Wärmeübertragung auf die zuzuführende Gießharzmasse in die Form durch Einwirken des Druckes eines Gases unmittelbar auf die Gießharzmasse ohne Anwendung von Vakuum überführt wird und daß der Druck des Gases unmittelbar auf die zuzuführende Gießharzmasse oder ein höherer Druck bis zur Entnahme des Kunststofformteiles aus der Form auf die Gießharzmasse in der Form einwirkt.

Gegenüber dem bekannten Spritzgießverfahren bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, auf die aufwendigen Plastifizier- und Einspritzvorrichtungen verzichten zu können, in denen mechanisch bewegte Teile bei hohen Drücken mit der Spritzharzmasse in Kontakt stehen, um so die Verwendung von einfacheren und verschleißsichereren Vorrichtungen zu ermöglichen, die in kurzen Härte- und Taktzeiten bei schon relativ niedrigen Drücken eine Material sparende Fertigung von Formkörpern, die empfindliche Einlegeteile enthalten können, durch abfallfreies Arbeiten erlauben.

Gegenüber den bekannten Gießharzverfahren ist der technische Fortschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere darin zu sehen, daß ohne Anwendung von Vakuum maßhaltige, lunker- und blasenfreie Kunststofformteile, die sehr empfindliche Einlegeteile enthalten können, schnell, wirtschaftlich und in einer einfachen Vorrichtung bei relativ niedrigen Drücken hergestellt werden können.

Das Verfahren der Erfindung kann so durchgeführt werden, daß die flüssige Gießharzmasse aus dem Vorratsgefäß mittels Gasdruck über eine mit der Form verbundene Rohrleitung durch ein am unteren Ende angepreßtes Mundstück in die Form überführt wird, wobei die Luft durch einen am oberen Ende der Form angebrachten Entlüftungskanal entweichen kann. Nach Entweichen der Luft wird der obere Entlüftungskanal verschlossen, und der Druck der flüssigen Gießharzmasse kann beliebig erhöht werden, so daß der innerhalb der Form auftretende Schrumpf durch Nachfließen der flüssigen Gießharzmasse aus der kälteren Rohrleitung über das angepreßte Mundstück bis zur Verfestigung der Gießharzmasse innerhalb der Form ausgeglichen wird.

Es ist auch möglich, die Form mit Entlüftungskanälen zu versehen, die so dimensioniert sind, daß sie nur ein Entweichen der Luft ermöglichen, nicht dagegen ein Entweichen der Gießharzmasse. Weiterhin ist es möglich, die Trennebenen der Form mit fiiner derartigen Oberflächenrauhigkeit zu versehen, daß aus der geschlossenen Form nur die Luft, nicht dagegen die Gießharzmasse entweichen kann. Bei den beiden zuletzt genannten Ausführungsbeispielen entfällt naturgemäß das Verschließen des oberen Entlüftungskanals, während der übrige Verfahrensablauf nicht verändert wird.

Die Berührungsfläche zwischen dem angepreßten Mundstück und dem Anguß der Form wird zweckmäßigerweise so klein gehalten, daß praktisch kein Wärmeübergang von der heißeren Form auf das kältere Mundstück auftritt. Dadurch wird erreicht, daß lediglich die Gießharzmasse innerhalb der Form härtet, nicht aber innerhalb der Rohrleitung bzw. innerhalb des Mundstückes.

Nach Reduzierung des Druckes der flüssigen Gießharzmasse oder durch Schließen eines in der Leitung zwischen Mundstück und Druckerzeuger angeordneten Ventils kann das Mundstück ohne Verluste an flüssiger Gießharzmasse herabgeführt werden. Die Gebrauchsdauer der flüssigen Gießharzmassj is- infolge der geringeren Temperatur ausreichend hoch, so daß nach dem Entformen die gleiche oder eine andere Form auf die beschriebene Art mit flüssiger Gießharzmasse gefüllt werden kann.

Infolge der Härtung der Gießharzmasse innerhalb der Form bei hohem Druck werden Kunststofformteile erhalten, die frei von Lunkern, Einfallstellen oder inneren Hohlräumen sind.

Die Erzeugung des Druckes innerhalb der Gießharzmasse kann mittels eines indifferenten Gases, wie z. B. Luft oder Stickstoff erfolgen. Eine einfache Art der Ausführung besteht z. B. darin, daß die reaktionsfähige Gießharzmasse sich innerhalb eines Druckkessels befindet, der mit einem Preßluftanschluß versehen ist. Durch ein in die Gießharzmasse geführtes Tauchrohr wird infolge des Gasdruckes innerhalb des Druckkessels die Gießharzmasse zur Form gefördert und später auf Druck gehalten bzw. der Druck während der Härtung weiter gesteigert.

Als Gießharzmassen können zur Durchführung des Verfahrens alle bekannten Gießharzmassen verwendet werden. Als Beispiele seien die folgenden angeführt: Mischungen aus Epoxidharzen mit Epoxidharz-Härtern und gegebenenfalls Beschleunigern. Als Epoxidharze sind hier solche Verbindungen zu verstehen, die eine zur Härtung ausreichende Anzahl von Epoxidgruppen pro Molekül, d. h. mehr als eine, enthalten. Als Härter sind hier solche Verbindungen zu verstehen, die sich auch bei anderen Verarbeitungstechniken als Stoffe zum Härten der Epoxidharze bewährt haben, wie z. B. Anhydride mehrbasischer Carbonsäuren, aliphatische oder aromatische Amine, Bortrifluoridaddukte und sonstige. Als Beschleuniger sind solche Verbindungen zu verstehen, die die Härtungsreaktion zwischen Epoxidharz und Härter beschleunigen, z. B. tertiäre Amine, phenolische Körperu, ä.

Als Gießharzmassen sind ebenfalls geeignet: Mischungen von Di- oder Polyisocyanaten mit Verbindungen, die pro Molekül mehr als eine OH-Gruppe aufweisen. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei den Isocyanatgruppen enthaltenen Gießharzmassen besonders vorteilhaft, weil die Druckanwendung während der Härtung die Neigung der Isocyanate zur Bläschen- oder Schaumbildung unterdrückt bzw. wesentlich verringert.

Es ist auch möglich, den Gießharzmassen Füllstoffe, wie anorganische oder organische pulverförmige Materialien, Verstärkerstoffe, -vie kurze Glasfasern oder Asbestschnitzel, Weichmacher, Farbstoffe, Pigmente und sonstige Zuschlagstoffe, zuzumischen, um die Eigenschaften der herzustellenden KunststoTormteile zu beeinflussen.

Der i;äch diesem Verfahren erforderliche Druck zur Härtung der flüssigen, reaktionsfähigen Gießharzmassen richtet sich nach der Fließfähigkeit der Gießharzmasse, dem Formvolumen und dem Härtungsschrumpf der Gießharzmasse. Im allgemeinen beträgt der Druck zwischen 2 und 100 bar Überdruck.

Beispiel 1

Eine durch Rühren im Vakuum entgaste Mischung aus; 100 Gew.-Teilen Hexahydrophthalsäurediglycidylester, 90 Gew.-Teilen Hexahydrophthalsäureanhydrid, 2 Gew.-Teilen Benzyldimethylamin und 300 Gew.-Teilen Quarzmehl, die eine Temperatur von 40°C aufweist und bei dieser Temperatur eine Viskosität von etwa 3000 cP und eine Gebrauchsdauer von etwa 8 Stunden hat, wird aus einem Druckkessel heraus über eine Schlauchleitung mit Ventil und ein aus Polytetrafluorät· hylen gefertigtes Mundstück in die untere 5 mm starke Öffnung einer Aluminiumform eines 10 kV-Stützisolators mit Hilfe von Preßluft mit einem Druck von 5 bar gedrückt. Das Mundstück wird bei diesem Vorgang gegen die Form gepreßt, so daß die Gießharzmasse nicht ins Freie treten kann. Die Form hat eine Temperatur von 155°C und am oberen Ende einen Entlüftungskanal von 1,5 mm Durchmesser, der durch einen mit einem Gewicht von 1 kp belasteten Stahlkegel derart verschlossen ist, daß die Luft durch den Ringspalt entweichen kann, nicht dagegen die Gießharzmasse.

3 Minuten nach Beginn des Einspritzens wird das Ventil vor dem Mundstück geschlossen und das Mundstück durch Absenken von der Form entfernt. Nach Auseinanderfahren der Formhälften erhält man einen lunker- und blasenfreien Isolator, der auch an der Oberfläche keine Einfallstellen aufweist.

Die Gießharzmasse innerhalb des Mundstückes, des

Schlauches und des Druckgefäßes ist flüssig geblieben und kann direkt im Anschluß an das Entformen oder später zum Füllen der gleichen oder einer anderen Form verwendet werden.

Beispiel 2

Eine Mischung aus 100 Gew.-Teilen eines Isocyanatprepolymers, hergestellt aus Hexamethylendiisocyanat-1,6- und Cyclohexandiol-1,2 im Molverhältnis 2 : 1 mit einem Isocyanatgehalt von 18,2% und 20 Gew.-Teilen Trimethylolpropan wird bei 30⁰C mit Hilfe einer Zahnradpumpe aus einem Polyäthylengefäß über ein Stahlrohr, an dessen Ende ein Mundstück aus Polytetrafluorethylen angebracht ist, in eine Stahlform eines Brillengestelles eingebracht. Die Temperatur der Stahlform beträgt 110⁰C, und das Mundstück wird bis zur Verfestigung der Gießharzmasse gegen die geschlossene Form gepreßt. Zur Entlüftung der Form dient ein Entlüftungskanal von 0,050 mm Durchmesser mit lose eingeführten Nadelspitze. Nachdem die Luft entwichen und die Form mit der flüssigen GießharzmaE-se gefüllt ist, baut die Zahnradpumpe über die Rohrleitung und das angepreßte Mundstück einen Druck von etwa 50 bar auf. Nach 4 Minuten wird die Zahnradpumpe stillgesetzt, die Rohrleitung mit dem Mundstück von der Form entfernt und die Form in ihre Hälften getrennt. Man erhält ein blasen- und lunkerfreies Brillengestell, das farblos ist, keine Einfallstellen auf der Oberfläche aufweist und sich von den Brillengestellen auf der Basis von Celluloid oder Celluloseacetat dadurch unterscheidet, daß es keinen Weichmacher enthält und nicht versprödet.

Die Gießharzmasse innerhalb des Polyäthylengefäßes, der Zahnradpumpe und des Mundstückes ist länger als 4 Stunden flüssig und verarbeitungsfähig.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen von lunker- und blasenfreien Kunststofformteilen durch Überführen von reaktionsfähigen, flüssigen Gießharzmassen von unten in eine geschlossene Form und durch Härten unter Druck und erhöhten Temperaturen in der Form, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießharzmasse aus Epoxidharzen und Härtern oder aus Gemischen von Di- oder Polyisocyanaten und Verbindungen mit mehr als einer Hydroxylgruppe pro Molekül, wobei die Gießharzmasse eine niedrigere Temperatur als die Form aufweist, praktisch ohne Wärmeübertragung auf die zuzuführende Gießharzmasse in die Form durch Einwirken des Druckes eines Gases unmittelbar auf die Gießharzmasse ohne Anwendung von Vakuum überführt wird, und daß der Druck des Gases unmittelbar auf die zuzuführende Gießharzmasse oder ein höherer Druck bis zur Entnahme des Kunststofformteils aus der Form auf die Gießharzmasse in der Form einwirkt.