DE2232094A1

DE2232094A1 - Spritzgussverfahren fuer thermoplastische kunstharze

Info

Publication number: DE2232094A1
Application number: DE19722232094
Authority: DE
Inventors: Masao Ofusa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-07-02
Filing date: 1972-06-30
Publication date: 1973-01-11
Also published as: AU4411172A; ES404457A1; AU465857B2; FR2144710A1; GB1381639A; IT962357B; FR2144710B1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. W. Scherrmann Dr.-Ing. R. Roger

73 Esslingen (Neckar), Fabrikstraße 9, Postfach 348

28. Juni 1972 Telefon

PA 1 rÜSe Stuttgart (0711)35453?

359619

Telegramme Patentschutz Esslingenneckar

Masao OFUSA, 3519-?· jHaginOjGeinou-Gho, Agei-gun,Mie-ken, Japan Spritzgussverfahren für thermoplastische Kunstharze

Die Erfindung betrifft ein Spritzgussverfahren für thermoplastische Kunstharze, wie es zur Herstellung von Kunstharz-Spritzgussteilen, die im Wesentlichen frei von Oberflachenvertiefungen und Löchern sind, bestimmt ist. Insbesondere kann dieses Verfahren zur Erzeugung von solchen Gegenständen, beispielsweise Stühlen, Verwendung finden, welche eine verwickelte Gestalt, einen komplizierten Aufbau und ungleichmassige Wandstärken aufweisen und deshalb normalerweise durch solche Fehler wie Oberflachenvertiefungen und Löcher beeinträchtigt zu werden pflegen.

Kunstharze neigen nach der Formung allgemein zum Schwinden oder Schrumpfen. So tritt z.B. bei Kunstharzen der Styrolreihe ein Schwund von etwa 0,3 - 0,6 % nach der Formung auf. Dieser Schwund erscheint auf oder in den geformten Gegenständen in Gestalt von Oberflachenvertiefungen und Löchern oder innen liegenden Hohlräumen. Diese Fehler treten gehäuft insbesondere in dickwandigen Teilen von Gegenständen mit verwickeltem Aufbau auf. Bei einstückig geformten Gegenständen verwickelter Gestalt und komplizierten Aufbaus sowie ungleichmässiger Wandstärke, wie etwa Stühlen, läuft das

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geschmolzene Kunstharz schnell durch Formhöhlungen mit kleiner Querschnittsfläche hindurch, sodass es infolge dessen rasch erstarrt, während der Teil des geschmolzenen Kunstharzes, welcher durch Formhöhlungen mit grosser Querschnittsfläche hindurchtritt, lediglich langsam läuft und oft stagniert, wodurch sich eine verzögerte Erstarrung ergibt. Hierdurch werden das Auftreten von Oberflächenvertiefungen und Löchern oder die willkürliche Entstehung von innen liegenden auf das Schwinden zurückzuführender Hohlräume, wie es durch solche unterschiedliche Strö- , .

mungsgeschwindigkeiten geschmolzenen Harzes hervorgerufen wird, wesentlich verstärkt.

Vertiefungen und Löcher, die an der Oberfläche von Spritzlingen erscheinen, beeinträchtigen deren Aussehen und demgemäss den wirtschaftlichen Wert. Ausserdem wird durch das willkürliche Auftreten von Hohlräumen im Inneren solcher Gegenstände deren mechanische Festigkeit herabgesetzt.

Aus den erwähnten Gründen galt es bisher als unmöglich, aus normalen Kunstharzen einstückig Gegenstände komplizierten Aufbaus herzustellen. Die bisher vorgeschlagenen Verfahren zur Verhütung der erwähnten Fehler bestehen entweder im Zusatz eines Schäummittels zu dem verarbeiteten Kunstharz zur nachfolgenden thermischen Gasentwicklung oder in der Vermischung des geschmolzenen Harzes mit einem bereits erzeugten Schäumgas, um damit das Auftreten von Vertiefungen und Löchern, die auf das Schwinden zurückzuführen sind, an der Oberfläche der geformten Artikel zu vermeiden, wozu der von dem Gas ausgeübte hohe Druck verwendet wird.

Obwohl diese bekannten/ ein Schäummittel benutzenden Verfahren zur Verhütung von Oberflächenfehlern bei den erzeugten Gegenständen durchaus wirksam sind, werden sie doch deshalb

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nicht als vorteilhaft betrachtet, v/eil Schwierigkeiten insoweit bestehen, dass das Kunstharz wegen des von dem aus dem in dem Kunstharz enthaltenen Schäummittel erzeugten Gas ausgeübten Druckes schnell eingespritzt werden muss. Die notwendige schnelle Einströmung des geschmolzenen Kunstharzes führt aber unvermeidbar zur Aufrauhung der Oberfläche des geformten Gegenstandes, sodass sogenannte Silberstreifen, Fliessmarken oder Oberflächenlöcher erscheinen oder an scharfen Ecken oder gekrümmten Flächen des Gegenstandes wegen der hier konzentriert zur Wirkung kommenden Spannungen Haarriße oder Brüche auftreten. Ausserdem hat die Anwendung eines Sehäummittels auf jeden Fall den Nachteil, dass die mechanische Festigkeit des geformten Gegenstandes herabgesetzt wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Spritzgussverfahren zur Herstellung von Kunstharzgegenständen zu schaffen, welches das Auftreten von Vertiefungen und Löchern an der Oberfläche des geformten Gegenstandes und das willkürliche Entstehen von Hohlräumen im Inneren des Gegenstandes verhütet. Ausserdem soll es die Herstellung von Kunstharzgegenständen grosser mechanischer Festigkeit gestatten und zwar ohne dass die Oberfläche dieser Gegenstände, beispielsweise wegen des Auftretens von Silberstreifen oder Fliessmarken_; rauh würde.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das geschmolzene Kunstharz bei einer Temperatur von 0° - 6o° C im Wesentlichen in Gestalt einer laminaren Strömung mit geregelter Spritzgeschwindigkeit in die Form eingespritzt wird und nach Füllung der Form mit Kunstharz, der im Kernbereich der Form noch im geschmolzenen Zustand gehaltene Teil des Kunstharzes mit zusätzlichem gegenüber vorher erhöhtem Spritzdruck unter zwangsmässiger Erwärmung etwas in der Spritzrichtung verschoben

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wird und dass während der Formung der Temperaturunterschied zwischen den aussenliegenden und den Kernbereichen der verformten Kunstharzmasse so gross wie möglich gehalten wird, wodurch absichtlich die bei der. Verfestigung auftretende Schrumpfung der Kunstharzmasse in Gestalt von sich ausbildenden Hohlräumen im Kernbereich des Spritzlings konzentriert zum Entstehen gebracht wird.

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Das erfindungsgemässe Verfahren ist in der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 Einen erfindungsgemäss hergestellten Stuhl in einer perspektivischen Teildarstellung,

Fig. 2 den Stuhl nach Figur 1 geschnitten längs der Linie xx der Figur 1 unter Veranschaulichung des entsprechenden,gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung hergestellten Stuhlbeinteiles in perspektivischer Darstellung, teilweise aufgeschnitten und

Fig. 3 den Stuhl nach Figur 1 geschnitten längs der Linie.xx der Figur 1 unter Veranschaulichung des gemäss einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellten Stuhlbeins in einer perspektivischen Darstellung, teilweise aufgeschnitten.

Mit dem erfinciungsgemässen Verfahren können spritzgeformte Gegenstände hergestellt werden, die auf ihrer Oberfläche frei von Vertiefungen oder Löchern, sowie rauhen Flächenstellen sind, welche beispielsweise von sogenannten "Silberstreifen" herrühren, in^jäem absichtlich die Ausbildung von Hohlräumen konzentrisch im Kernteil in der geformten Gegenstände hervorgerufen wird, wenn die Gegenstände zu schwinden beginnen.

Der theoretische Mechanismus,durch den Gegenstände mit diesen erwünschten Eigenschaften geformt werden, ist zwar noch nicht völlig aufgeklärt, doch wird davon ausgegangen, dass er auf zwei wesentlichen Faktoren beruht:

a) Geschmolzenes Kunstharz wird mit verhältnismässip; Geringer Geschwindigkeit im Wesentliehen in Gestalt

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einer laminaren Strömung in eine Form injiziert, deren Innenwandung sanft abgerundete Kanten aufweist, wodurch die beim Spritzgiessen bei bekannten Formen oft beobachtete Wirbelbildung weitgehend ausgeschaltet wird;

b) die Form wird auf einer verhältnismässig niederen Temperatur gehalten; sowie die Form mit geschmolzenem Kunstharz gefüllt ist, wird der im Kernbereich der Formhöhlung liegende Teil des Kunstharzes durch Einwirkung eines zusätzlichen höheren Injektionsdruckes als er eingangs zur Anwendung kam, während einer geeigneten Zeitspanne in der Injektionsrichtung verschoben, wodurch der Kernbereich so lange in einem geschmolzenem Zustand gehalten wird, dass die aussen liegenden Bereiche und der Kernbereich der verformten Masse d.h.des Spritzlings bei der endgültigen Formgebung auf so unterschiedlichen Temperaturen wie möglich gehalten werden, auch wenn die aussen liegenden Teile des geschmolzenen Kunstharzes zur Erstarrung rasch abgekühlt werden sollten.

Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren wird die Form auf einer Temperatur von 0 - CO⁰C oder vorzugsweise 35°C min. gehalten. Der Grund liegt darin, dass wenn die Form auf einer niedrigeren Temperatur als 0⁰C gehalten wird, die unerwünschte Möglichkeit der Vereisung besteht, während bei einer auf einer höheren Temperatur als 6o°C gehaltenen Form die Gefahr auftritt, dass das eingespritzte geschmolzene Kunstharz in der Form in geschmolzenem Zustand verbleibt und dazu neigt, weiter zu fliessen anstatt fest an der Innenwandung der Formhöhlung anzuliegen. Ausserdem ist es vorteilhaft, wenn die Kanten der Innenwandung sanft gerundet sin;, d.h. beispielsweise eine elliptische Querschnittsgestalt bilden. Der Grund hierfür liegt darin, dass zum Beispiel eine Form mit einer rechteckigen Querschnlttsgesta.lt möglicherweise

t mm

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zur Wirbelbildung in den winkeligen Ecken Anlass gibt, was di$ übermässige Entstehung von Luftblasen zur Folge hat, wodurch Vertiefungen und Löcher an der Oberfläche des geformten Gegenstandes oder willkürlich verteilte Hohlräume im Inneren des Gegenstandes auftreten. Die Form kann natürlich in jenen Teilen, in denen eine Wirbelbildung nicht zu erwarten ist, leicht winkelig ausgebildet sein.

Das Spritzen oder Injizieren sollte mit einer solchen Geschwindigkeit vorgenommen werden, dass die Wirbelbildung in dem eingespritzten geschmolzenen Kunstharz zumindest im Wesentlichen vermieden wird. Dies bedeutet, dass das Kunstharz verhältnismässig langsam eingespritzt werden soll. Eine zu langsame Injektion ist aber deshalb unerwünscht, weil sie zum Auftreten von treppenförmig abgesetzten Teilen oder von Schweisslinien auf der Oberfläche des Spritzlings, d.h. des geformten Gegenstandes Anlass gibt. Der richtige Bereich der Injektionsgeschvjindigkelt wird entsprechend der Gestalt der jeweils verwendeten Form, der Art des zum Spritzen benutzten Kunstharzes und schliesslich der Verformungsbedingungen experimentell bestimmt. Entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren wird nach der Füllung der Form mit geschmolzenem Kunstharz der Teil des Kunstharzes, welcher in dem Kernbereich der Form sich befindet, mit einem zusätzlichen höheren Injektionsdruck als er ursprünglich eingesetzt war, geringfügig in der Injektionsrichtung verschoben. Die Grosse dieses höheren Injektionsdruckes unterliegt keiner speziellen Beschränkung: sie kann experimentell bestimmt werden.Es ist jedoch zu bemerken, dass dieser zusätzliche höhere Injektionsdruck so lange zur Einwirkung gebracht werden muss, dass die zwangsweise Erwärmung des Kernteiles des eingespritzten geschmolzenen Kunstharzes erzielt wird, was bedeutet, dass er beträchtlich länger aufrechtzuerhalten ist als dies bei dem üblichen Spritzgiessen der Fall ist.

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In Pig. 1 ist ein Teil eines aus Kunstharz bestehenden Stuhles 1. dargestellt, der mittels des erfindungsgemässen Spritzgussverfahrens hergestellt wurde. Die Fig. 2 und zeigen teilweise im Ausschnitt Beinteile 2 des Stuhles der Figur 1. Wie aus Fig. 2 zu ersehen, ist im Kernteil der verformten Masse 2 eine enge Höhlung 3 ausgebildet. In Fig. 3 sind zahlreiche Löcher 4 in dem Kernteil des Spritzlinges entsprechend Fig. 2 konzentriert. Diese Hohlräume, d.h. die längliche Höhlung 3 nach Fig. 2 und die Löcher 4 nach Fig. 3 sind die Folge des Schwindens des geschmolzenen Kunstharzes, nachdem dieses in der erfindungsgemässen Weise spritzgussverformt worden war. Das Auftreten entweder der Höhlung nach Fig. 2 oder der Löcher nach Fig. 3 wird durch die etwas unterschiedlichen Verformungsbedingungen beeinflusst.

Im Gegensatz zu bekannten Verfahren, welche ein Schäummittel verwenden, wird das erfindungsgemässe Spritzgussverfahren mit einer Schneckenspritzgussmaschine durchgeführt, welche die vollständige Durchmischung des in einem beheizten Zylinder geschmolzenen Kunstharzes gestattet. Einer der Vorteile der Erfindung liegt deshalb darin, dass' durch den Rückdruck der Schnecke die in dem geschmolzenen Kunstharz enthaltenen Gase entfernt werden, die sonst zur Ausbildung von Löchern und Silberstreifen auf der Oberfläche des Spritzlings führen wurden.

Erfindungsgemäss hergestellte Gegenstände weisen Hohlräume auf, die absichtlich im Kernteil zur Entstehung gebracht wurden, wie dies in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist; sie verfügen deshalb über eine grössere mechanische Festigkeit, bezogen auf das gleiche Volumen, wie nach bekannten Verfahren hergestellte Gegenstände. Da die erfindungsgemäss erzeugten Gegenstände wie bereits erwähnt, hauptsächlich im Kernbereich konzentrierte Hohlräume aufweisen, sind sie

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wie leicht einzusehen, von einer wesentlich grösseren mechanischen Festigkeit, als in bekannter Weise erzeugte Gegenstände, bei denen kleine Löcher über den ganzen Körper verteilt vorhanden sind oder willkürliche Hohlräume nicht nur in dem Kernbereich, sondern auch an von diesem entfernten Stellen auftreten.

Zur Durchführung des erfindungsgemässen Spritzgussverfahrens kann eine mit einer Schnecke arbeitende Maschine verwendet werden. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, dass eine solche Machine die gleichmässige Vermischung des in einem beheizten Zylinder geschmolzenen Kunstharzes gestattet. Es 1st jedoch zu bemerken, dass für das erfindungsgemässe Verfahren auch eine Kolben - Spritzgussmaschine Verwendung finden kann. Das erfindungsgemässe Verfahren ist zur Herstellung von Gegenständen nicht nur komplizierten, sondern auch einfachen Aufbaus geeignet, wobei die letztgenannten Gegenstände, nebenbei bemerkt,unter im Wesentlichen befriedigenden Bedingungen auch mittels bekannter Verfahren erzeugt werden können. In diesem Falle erscheint es deswegen unnötig das erfindungsgemässe Verfahren absichtlich zu benutzen.

Zur Verwendung bei dem neuen Verfahren geeignete Kunstharze sind Thermoplaste,beispielsweise Polyolifine, Styro!harze, ABS-Harze, Polyvinylßh!.oride,Polyacrylate, Harze der Fluoridreihe, Polyamide und Polyester.

Zum Verständnis' des erfindungsgemässen Verfahrens sollen die nachfolgenden Ausführungsbeispiele,beitragen:

Ausführungsbeispiel 1

Es wurden 2,2 kg Polypropylen unter den folgenden Bedingungen verarbeitet:

Erwärmungstemperatur 200 ⁰C
SchneckenrUekdruck 170 kg/cm
Schneckendrehzahl 65 Umdrehungen pro 130 see.

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Formschliessdruck 800 kg/cm^

zusätzlicher hoher Spritzdruck βθθ kg/cm (Einwirkung 4θ sec.)

Haltespritzdruck 6θΟ kg/cm Einspritzgeschwindigkeit 80 see.

Druckhaltezeit 90 sec.

Der Zusammenhang zwischen der Formtemperatur und dem Aussehen der erzielten Spritzlinge ist in der Tabelle 1

dargelegt:

Tabelle 1

Formtem-	Oberflächen	Silber	Schweiss-	Fliess	Haar-Riß
³?^ro-6r	vertiefung	streifen	linie	marken	bildung ■;
0	keine	keine	gering	gering	keine
5	Il	11	keine	keine	It
10	It	tt	It	It	tt
20	Il	ti	It	η	tt
30	Il	Il	Il	tt	tt
40	Il	Il	Il	ti	It
50	Il	Il	It	ti	tt
60	Il	It	Il	tt	tt
70	gering	Il	bemerkbar	gering	H
8o	gering	gering	bemerkbar	gering	It

Ausführungsbeispiel 2

Es wurde Polystyrol unter den in der Tabelle 2 angegebenen Bedingungen verarbeitet.

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Tabelle 2

Verformungs- bedingungen	Probe A	Probe B	Probe C
Ein Schuss Menge (kg)	2.0	1.8	2.0
Erwärmungstemperatur des Harzes (°c)	i8o	210	i8o
Formtemperatur (⁰C)	10	40	10
Sehneckenrüekdruck (kg/cm²)	200	200	200
Pormschliessdruck (kg/cm²)	800	800	800
Zusätzlicher hoher Sp ri t zdruck (kg/cm )	1100	800	900
Haltespritzdruck _o (kg/cnf)	500	500	500
. Haltezeit für den hohen Spritzdruck (see.)	80	50	30
Einwirkungszeit des hohen Spritzdruckes (see	.) 90	90	90
■ !Schneckensprit zge- schwindigkeit (see.) Querschnittsgestalt der Form	recht eckig	£5 Elliptisch oder kreuz förmig, mit sanft abge rundeten inneren Wand- kanten und VorSprüngeη	65 Probe wie Probe B

- li -

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Im Folgenden soll nun der Zusammenhang zwischen der Grosse und der Ausbildung des Schwindens der Spritzlinge von der Spritzgeschwindigkeit wie auch von der Querschnittsgestalt der verwendeten Form beschrieben werden: Die Probe A in Tabelle 2 zeigte eine willkürliche Ausbildung von Hohlräumen auf der Oberfläche, wie auch im Inneren: ausserdem wies sie Oberflächenvertiefungen von 2 - 3 mm Tiefe auf, obwohl sie unter der Anwendung eines zusätzlichen Spritzdruckes von einem grösseren Wert und während einer längeren Zeitspanne als bei den Proben B und C gespritzt worden war. Im Gegensatz hierzu wiesen die Proben B und C keinerlei Vertiefungen und Löcher auf der Oberfläche auf, noch zeigten sie Hohlräume ausser in dem Kernteil. Die Probe B verfügte über eine einzige schmale längliche Höhlung, wie sie in Fig. 2 veranschaulicht ist, während die Probe C zahlreiche Löcher aufwies, die in dem Kern entsprechend Fig. 3 konzentriert vorhanden waren. Weder die Probe B noch die Probe C zeigten irgendwelche Silberstreifen oder Fliessmarken.

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Claims

Patentansprüche

jflT) Spritzgussverfahren für thermoplastische Kunstharze, dadurch gekennzeichnet, dass das geschmolzene Kunstharz bei einer Temperatur von 0° - 6o° C im Wesentlichen in Gestalt einer laminaren Strömung mit geregelter Spritzgeschwindigkeit in die Form eingespritzt wird und nach Füllung der Form mit Kunstharz, der im Kernbereich der Form noch in geschmolzenem Zustand gehaltene Teil des Kunstharzes mit zusätzlichem, gegenüber vorher erhöhtem Spritzdruck unter zwangsweiser Erwärmung etwas in der Spritzrichtung verschoben wird und dass während der Formung der Temperaturunterschied zwischen den aussenliegenden und den Kernbereichen der verformten Kunstharzmasse so gross wie möglich gehalten wird, wodurch absichtlich die bei der Verfestigung auftretende Schrumpfung der Kunstharzmasse in Gestalt von sich ausbildenden Hohlräumen im Kernbereich des Spritzlings konzentriert zum Entstehen gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,.dadurch gekennzeichnet, dass eine Form verwendet wird, deren innen liegende Kanten alle abgerundet sind.
J5. Verfahren.nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form auf einer Temperatur zwischen 0° und 55° C gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunstharz in einem beheizten Zylinder unter der Einwirkung des Rückdruckes einer Schnecke geschmolzen und durchgemischt wird und hierbei in dem geschmolzenen Kunstharz enthaltene Gase ausgetrieben werden, worauf das geschmolzene Kunstharz

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bei einer Temperatur zwischen 0° und 6o° C in die Form eingespritzt wird.

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