DE2204157B2

DE2204157B2 - Verfahren zum Spritzgießen von Gegenständen aus Schaumstoffmaterial

Info

Publication number: DE2204157B2
Application number: DE2204157A
Authority: DE
Inventors: William Thomas Beverly Kyritsis; Robert Charles Topsfield Simmonds Jun.
Original assignee: USM Corp
Current assignee: USM Corp
Priority date: 1971-01-29
Filing date: 1972-01-28
Publication date: 1981-02-26
Also published as: DK142608B; DE2204157C3; ATA68972A; FI56641C; FI56641B; IL38667A; DE2204157A1; FR2123540A1; BE778748A; NL172131B; IL38667A0; IS2054A7; SE8103741L; CH533001A; CA977114A; FR2123540B1; NL172131C; PL84475B1; CS166042B2; IT947068B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 19 50 406 bekannt. Dieses bekannte Verfahren dient zum Spritzgießen von Gegentänden aus Schaumstoffmaterial t.iit einer glatten, ungeschäumten Außenfläche und einem geschäumten Inneren. Man hält dabei ein fließfähiges, geschmolzenes Gemisch aus einem Spritzgußmaterial und ein Blähmittel bei einer Temperatur unterhalb der Schäumtemperatur, woraufhin die Temperatur unmittelbar vor dem Einspritzen des Gemisches in die Form auf eine Temperatur erhöht wird, die wenigstens gleich der normalen Schäumtemperatur ist. Das Gemisch wird dabei mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um den Formhohlraum während der Induktionsperiode des Blähmittels zu füllen, in einem expandierbaren Formhohlraum mit gekühlten Innenwänden eingeleitet, deren Temperatur unter der Schäumtemperatur des Blähmittels liegt und genügend niedrig ist, um den Teil des Gemisches, der in Kontakt mit dem Formwänden ist. unter die Schäumtemperatur des Schäummittels abzukühlen und so die Entstehung von Schäumgas in diesem Teil des Gemisches zu hemmen. Es wird dann das Volumen des Formhohlraumes vergrößert, was Schäumgas zum Schäumen des Gemisches in dem Teil des Gemisches entstehen läßt, der nicht in Kontakt mit den Formwänden ist Dabei besteht die Gefahr, daß sich der Teil des Gemisches nahe den kalten Formwänden s unter den Erweichungspunkt des Gemisches verfestigt, so daß der Teil des Gemisches, der nicht in Kontakt mit den Formwänden steht, danach aufschäumt und ungleichmäßig expandiert und infolgedessen eine ungleichmäßige Zellstruktur mit unerwünscht hoher Dichte aufweist Wegen der erforderlichen Zeit, um die Form während der Verfestigung der äußeren Schicht in einem Zustand verminderten Volumens zu halten, wird die Zeit, während der sich jeder Gegenstand in der Form befindet, stark verlängert, da die sich verfestigende äußere Schicht nur eine langsame Expansion des Formhohlraumes erlaubt Infolgedessen ergibt sich eine relativ langsame Produktionsgeschwindigkeit Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß nach der Verfestigung der Mischung, die in Kontakt mit den Formwänden steht, vor der Expansion des Formhohlraums eine völlige Füllung des expandierten Hohlraums nicht erreicht werden kann. Hierdurch werden Teile des Forminneren an der Oberfläche des hergestellten Gegenstandes nicht genau wiedergegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und die Einzelheiten der Form beim hergestellten Gegenstand genau zu reproduzieren, wobei ungeschäumte Oberflächen hoher Dichte und ein gleichmäßig geschäumtes Inneres des geformten Gegenstandes erzielt werden sollen. Erfindungsgemäß geschieht dies durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nachstehend anhand der Figur erläutert.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem Plastifikator 2 zum Plastifizieren von Spritzgußmaterial und einem Blähmittel und einer Form 4 zum Formen von Gegenständen aus Schaumstoff. Der Plastifikator 2 weist ein Gehäuse 6 auf, das eine Kammer 8 begrenzt, in der eine Förderschnecke 10 zum Plastifizieren des Spritzgußmaterials angeordnet ist. Der Plastifikator ist mit einem Einlaß 12, an.· dem ein Einfülltrichter 14 befestigt ist, und einem Auslaß 16 versehen, an dem ein Düsenventil 18 angeordnet ist. Das Gehäuse 6 ist mit einer Temperatursteuereinrichtung 20 versehen, die Kanäle 22 in dem Gehäuse δ aufweist, um ein Strömungsmittel zur Steuerung der Temperatur in der Kammer 8 und damit der Temperatur des plastifizierten Materials zuzuführen.

Das Gehäuse 6 ist an dem einen Ende an einen Zylinder 24 angeschlossen, in dem ein Kolben 26 angeordnet ist, der mit der Förderschnecke 10 verbunden ist. Wenn die Rückseite 28 des Kolbens 26 mit Druck beaufschlagt wird, wird die Förderschnecke 10 axial in die Kammer 8 in Richtung auf den Auslaß 16 bewegt, wodurch das Material in der Kammer 8 aus dem Auslaß in die Form 4 gedrückt wird.

Die Förderschnecke 10 ist mit einer Verlängerung 30 versehen, die an eine Energiequelle, zum Beispiel einen Elektromotor 31, angeschlossen ist, um die Förderschnecke 10 in der Kammer 8 zu drehen. Durch die Drehung der Förderschnecke 10 in der Kammer 8 wird das Spritzgußmaterial und das Blähmittel, die durch den Einfülltrichter 14 in die Kammer 8 eingebracht wurden, intensiv gemischt und plastifiziert. Wenn das Material plastifiziert Lt, wird es vorwärts bzw. in der Zeichnung nach links zu dem Auslaß 16 gedrückt. Wenn das

Düsenventil 18 geschlossen wird, sammelt sich das plastifizierte Material in dem Bereich 32 vor der Förderschnecke 10 an und drückt die Förderschnecke 10 nach hinten, wobei sich der Kolben 26 in dem Zylinder 24 nach hinten bewegt

Die Form 4 weist ein erstes Formteil 50, das an einer ortsfesten Platte 52 befestigt ist, und ein zweites Formteil 54 auf, das von einer beweglichen Platte 56 getragen wird. Eine Plattenverschiebeeinrichtung, zum Beispiel ein Zylinder 58, ist vorgesehen, un: die bewegliche Platte und damit das zweite Formteil 54 relativ zu dem ersten Formteil 50 zu verschieben. Eines der Formteile 50, 54 ist mit einem Angußkanal 60 versehen, der einen Formhohlraum 62, der von dem ersten und zweiten Formteil gebildet wird, und das Düsenventil 18 verbindet. Die Form ist mit Temperatursteuerkanälen 64 versehen, um ein Strömungsmittel zur Temperatursteuerung zuzufühi cn.

Durch die Drehung der Förderschnecke 10 wird das Spritzgußmaterial und das Blähmittel intensiv plastifiziert, in fließfähige Form gebracht und nach vorne zu dem Auslaß 16 geschoben. Das Düsenventil 18 ist geschlossen, so daß sich das geschmolzene Material in dem Bereich 32 der Förderschnecke 10 ansammelt

Der Druck der Förderschnecke wird so gewählt, daß der Druck auf das Material in der Kammer 8 den Druck übersteigt, bei dem das Material schäumen kann. Damit verhindert der Gegendruck an der Förderseil necke 10 ein Aufschäumen in der Kammer 8 während des Plastifizierungsvorgangs.

Die Temperatursteuereinrichtung 10, die dem Pfctifikator zugeordnet ist hält die Temperatur des Materials in der Kammer 8 unter der Temperatur, bei der das Blähmittel aktiviert wird. Das Material in der Kammer 8 wird daher bei Temperaturen und Drücken plastifiziert, die zu niedrig bzw. zu hoch sind, um ein Schäumen des Materials während des Plastifiziervorganges zuzulassen.

Das Düsenventil 18 wird durch eine automatische Einrichtung (nicht gezeigt) geöffnet und das Material vor der Förderschnecke wird durch eine Verschiebung der Förderschnecke durch das Düsenventil 18 und den Angußkanal 16 in den Formhohlraum 62 gedrückt.

Der Auslaß 16 des Plastifikators weist einen Kanal auf, dessen Länge und Duichmesser derart sind, daß die Strömung durch Reibung begrenzt wird, wodurch das von der Förderschnecke hindurchgedrückte Material erwärmt wird. Die durch den Auslaßkanal bewirkte Erwärmung des Materials reicht aus, um die Temperatur des Materials so weit zu erhöhen, daß das Blähmittel die Blähtemperatur erreicht. Nach Durchgang des Materials durch den Auslaßkanal hat es somit eine zum Schäumen ausreichend hohe Temperatur erreicht. Das Material wird jedoch in den Formhohlraum während einer Zeitperiode gedrückt, die kleiner ist als die Zeit, die zum Schäumen erforderlich ist. Diese Zeit hängt von der induktionsperiode des Blähmittels ab. Die Induktionsperiode ist die Zeitperiode zwischen dem Erreichen der Blähtemperatur und der Entwicklung von Blähgas durch das Blähmittel. Die Induktionsperiode des Blähmittels wird daher ausgenutzt um die Form mit dem ungeblähten Material zu füllen. Bei Berührung der kalten Wände des Formhohlraumes wird der Teil des Gemisches nahe den Formwänden auf eine Temperatur unter der Blähtemperatur des Blähmittels abgekühlt, die jedoch vorzugsweise nicht unter dem Erweichungspunkt des Harzes liegt. Das Blähmittel nahe den kalten Formwänden wird somit vor dem Ende der Induktionsperiode deaktiviert, während das Gemisch in einem fließfähigen Zustand bleibt

Am Ende der Induktionsperiode des Blähmittels beginnt der Teil des Gemisches, der die kalten Wände der Form nicht berührt, zu schäumen und zu expandieren; zugleich findet eine Expansion des Vciumens des Formhohlraumes statt Infolge der Tatsache, daß im wesentlichen das gesamte Gemisch nach der Deaktivierung des Blähmittels nahe den Formwänden und bis zur Expansion des inneren Teils

ίο fließfähig bleibt werden die Einzelheiten der Innenwände der Form sehr genau in dem fertiggestellten Gegenstand wiedergegeben.

Wenn der Formhohlraum gefüllt ist und die Förderschnecke 50 ihre vordere Stellung erreicht hat schließt das Düsenventil und dichtet den Formhohlraum ab.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ist die in der Form erforderliche Zeit zur Erzeugung eines Gegenstandes bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wesentlich verkL;zt da der Spritzvorgang und die teilweise Deaktivierung des Blähmittels während der Induktionsptriode des Blähmittels durchgeführt werden, wodurch die Zeit die dazu benötigt wird, um das Material in der Form im nichtexpandierten Zustand zur Bildung einer festen Oberflächenschicht des eingespritzten Gemisches zu halten, beseitigt wird. Da jedoch das Aufschäumen des Teils des Gemisches, das aktiviertes Blähmittel enthält, ohne Verzögerung für die Verfestigung und während das gesamte Gemisch noch im frei fließfähigen Zustand ist, stattfindet wird eine völlige Füllung des expandierten Formhohlraums und ein gleichmäßiges Schaumgefüge in dem gesamten Inneren des so hergestellten Gegenstandes erreicht

Beispiel

Bei dem im folgenden erläuterten Beispiel wurde das zu schäumende und spritzzugießende Material in einer umgebauten 200 t-Lombard-Versuchsmaschine mit einer Kapazität von etwa 680 g, einem Rohrdurchmesser von etwa 63 mm und einem Längen-Durchmesserverhältnis von 24:1 erweicht und plastifiziert. Die Temperatur des Rohres betrug am hinteren Ende etwa 212°C, nahe dem hinteren Ende etwa 217°C, in der Mitte etwa 223°C und nahe der Einspritzdüse etwa 231 "C. Die Spritzgußmaschine wurde mit 50 Umdrehungen der Förderschnecke pro Minute und einem Gegendruck an der Förderschnecke von 10,5 kg/cm² betrieben.
Das bei diesem Beispiel geschäumte und spritzgegossene Material war ein üblicherweise erhältliches schlagfestes Polystyrol (ein Kautschuk-modifiziertes Polystyrol). Das Blähmittel war Azodicarbonamid. Die Induktionsperiode hängt von der Temperatur und dem Material, mit dem das Blähmittel verwendet wird, ab.

Beim vorliegenden Beispiel betrug die Induktionsperiode etwa 8 bis 10 Sekunden. Dies wird durch Blähen einer ein unpigmentiertes Kunststoffmaterial enthaltenden Zusammensetzung bestimmt. Wenn das Blähmaterial eine gelbe Oberfläche hat, ist dies ein Beweis dafür, daß das Blähmittel unter seine Aktivierungstemperatur abgekühlt wurde, bevor es zum Blähen kam. Die Zersetzungstemperatur des Blähmittels wurde vom Hersteller mit etwa 200⁰C angegeben.

Die Form war plattenartig mit einem Abstand der Oberflächen von etwa 3 mm beim Einbringen des Materials in die Form. Außerdem war für eine gesteuerte Expansion bis zu einer Enddicke von etwa 8 mm Vorsehune cetroffen. Die FormtemDeratur vor

dem Einspritzen des Kunststoffmaterials betrug etwa 23⁰C. Nachdem das Material auf die angegebenen Temperaturen gebracht wurde, wurde die Maschine betätigt, um einen Spritzgußhub mit einer Einspritzzeit von etwa einer Sekunde durchzuführen. Das eingespritzte Material wurde von einer Anfangstemperaiur von etwa 23O⁰C beim Durchgang durch den verengten Kanal zu der Form auf eine Temperatur von etwa 256° C gebracht. Der Abstand der Form wurde während der Einspritzung bis zu etwa 8,5 ms vor der Beendigung des Einspritzhubs auf etwa 3 mm gehalten. Der Druck in der Form während der Einspritzung betrug etwa 105 kg/ cm². Danach konnte sich die Form bis zu ihrem Endabstand von etwa 8 mm in etwa 0,2 s expandieren. Dabei ist zu beachten, daß die Form von einem Kolben öder einer anderen mechanischen Einrichtung in ihre expandierte Stellung gebracht wird und nicht durch die Kraft des Blähmittels in dem Kunststoff. Der Druck in der Form am Ende der Expansion betrug etwa 7 kg/cm² und unmittelbar vor der Expansion etwa 105 kg/cm².

Die Temperatur der geformten Kunststoffoberfläche bei der Beendigung der Expansion betrug wenigstens etwa 180⁰C. Diese Temperatur wurde etwa 1,5 s nach der Beendigung der Expansion gemessen. Bei einem weiteren Arbeitsgang unter den gleichen Bedingungen wurde eine maximale Temperatur von etwa 190⁰C 1,9 s nach der Beendigung der Expansion festgestellt. Diese Temperaturen wurden mittels eines Infrarotspektrometers direkt nach öffnen der Form gemessen. Temperaturen ¹Or; etwa 130"C führten bei dem gleichen Material ebenfalls zu guten Ergebnissen. Die Dichte der spriizgegossenen Platte betrug etwa 0,5 g/cem.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Spritzgießen von Gegenständen aus Schaumstoffmaterial mit einer glatten, ungesehäumten Außenschicht und einem geschäumten Inneren, wobei man ein fließfähiges geschmolzenes Gemisch aus einem Spritzgußmaterial und einem Blähmittel bei einer Temperatur unterhalb der Schäumtemperatur hält, die Temperatur unmittelbar vor dem Einspritzen des Gemisches in die Form auf eine Temperatur erhöht, die wenigstens gleich der normalen Schäumtemperatur ist, das Gemisch mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um den Formhohlraum während der Induktionsperiode des Blähmittels zu füllen, in einen expandierbaren Formhohlraum mit gekühlten Innenwänden einleitet, deren Temperatur unter der Schäumtemperatur des Blähmittels und genügend niedrig ist, um den Teil des Gemisches, der in Kontakt mit den Formwänden ist, unter die Schäumtemperatur des Schäummittels abzukühlen und so die Entstehung von Schäumgas in diesem Teil des Gemisches zu hemmen, das Volumen des Formhohlraums vergrößert und Schäumgas zum Schäumen des Gemisches in dem Teil des Gemisches entstehen läßt, der nicht in Kontakt mit den Formwänden ist, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der Innenwände nur so weit absenkt, daß der im Kontakt mit den Wänden stehende Teil des Gemisches nicht unter die Erweichungstemperatur des Spritzgußmaterials abgekühlt wird und nicht vor der Volumenvergrößerung des Formhohlraums erstarrt, und daß die Volumenvergrößerung des Formhohlraums zu einem Zeitpunkt beginnt, indem im wesentlichen das ganze Gemisch noch in einem fließfähigen Zustand vorliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumenvergrößerung des Formhohlraums ungefähr am Ends der Induktionsperiode des Blähmittels durchgeführt wird.