DE2235994A1

DE2235994A1 - Verfahren und vorrichtung zum spritzgiessen von polymeren

Info

Publication number: DE2235994A1
Application number: DE19722235994
Authority: DE
Inventors: Georgi Dimitrov Dipl In Kostov; Sofia Georgieva Dipl Tscholeva
Original assignee: TS LAB STEX
Current assignee: TS LAB STEX
Priority date: 1971-10-23
Filing date: 1972-07-21
Publication date: 1973-05-03
Also published as: IT965932B; GB1372959A; FR2156558B1; BE786969A; ATA893972A; NL7214227A; JPS4851057A; FR2156558A1; AT338504B

Description

PATENTANWÄLTE DR. O. DlTTMANN K. L. SCHIFF DR. A. ν. FÜNER DIPL. ING. P. StRBHL

β MÖNCHEN BO MARIAHILFPLATZ 2*8

DA-864-9

Beschreibung

zu der

Patentanmeldung der

ZENTRALNA LABORATORIA ⁴¹S T E X" Sofia 56» Bulgarien

betreffend

VEREAHREN UND VORRICHTUNG ZUM SPRITZGIESSEN VON

POIiIiMEREN .

(Priorität: 23. Oktober Wl, Bulgarien, Nr. 18 849)

Bie Erfindung betrifft ei» Verfahren und eine Vorrich tung zujf Spritzgießen von Polymeren zur Herstellung von für. Konetruiftione» und Mechanismen b^stinmten Erzeugnissen. Diese Erzeugnisse? können im KascMi|enbau und anderen IndustrieberoichQji Anwendung findetti wo äußerst gute raechanisch-physi _;kalisöh€| und Ausführungs-Daten verlangt wenden, .

Verfahren zum Spritzgießen von Polymeren und Elastomeren Bekannt» Sie bestehen im Schmelzen des Ausgangs« gemisöhi|3 - Homogenisieren, Plastifizieren, Einspritzen der

ORIGINAL INSPECTED

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Polymerschmelze in die formbildende Kammer der Spritzform, Härtung des Erzeugnisses und Entfernen aus der Spritzform. Die Verfahren werden mittels einer Spritzmaschine durchgeführt, die aus einer den Spritzguß plastifizierenden und unter Druck setzenden Schnecken-Kolben-Vorrichtung, einer Spritzform, in der das Erzeugnis formiert wird und aus Systemen und Geräten zur regulierten Erhitzung, Kühlung und Einstellung der Geschwindigkeit und des Druckes des Spritzgusses besteht.

Es ist auch ein Verfahren zum Spritzgießen von Polymer-Erzeugnissen aus Schaumstoff-Materialien bekannt, bei dem die erhaltenen Erzeugnisse einen Schaumstoffkern und feste, nicht schaumstoffartige Überzüge aus demselben Polymer aufweisen. Zur Bildung eines nicht schaumstoffartigen Überzugs des Erzeugnisses wird die mit Polymer-Schmelze gefüllte formbildende Kammer abgekühlt (wobei die Polymer-Schmelze mit Schaumbildner vermischt ist), wobei die die Wände der Spritzform berührende Schicht erhärtet· Während der Härtung der Außenschicht wird die Polymer-Schmelze für eine kurze Zeit mittels Gas komprimiert. Dieser Prozeß verhinder die Schaumbildung und ermöglicht die Bildung eines nicht Schaumstoffartigen festen Überzugs. Auch bei diesem Verfahren werden herkömmliche Spritzmaschinen benutzt. Diese enthalten zusätzlich zur Spritzform einen Füllzylinder mit einem Kolben, Kanäle zur Verbindung des Anschnittsystems mit dem Zylinder, ein zur formbildenden Kammer und zum Anschnittsystem gehörendes Kühlsystem und einen Erhitzer für die die formbildende Kammer mit dem mit einem Kolben versehenen Zylinder verbindenden Kanäle. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung ermöglichen die Herstellung von Erzeugnissen in der Wirtschaft, die z.B. Holzerzeugnisse ersetzen.

Nachteile der bisher bekannten Verfahren zum Spritz-. gießen von Erzeugnissen sind, daß die hergestellten Erzeugnisse (Details) eine verhältnismäßig kleine Festigkeit und Dichte, aufweisen, stark schrumpfen und in ihren geometri-

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sehen Abmessungen instabil sind. Somit sind die nach diesem Verfahren hergestellten Polyr.er-Erzeugnisse für Konstruktionen und Mechanismen ungeeignet. Mittels der bekannten Verfahren und Vorrichtungen können keine Erzeugnisse (Details) mit präzisen geometrischen Ausmaßen erhalten werden· Das Einsaugen -in den Wänden des Erzeugnisses ist eine übliche Erscheinung. Außerdem weisen die Erzeugnisse (Details) auch Poren auf, die ebenso die mechanisch-physikalischen und Ausführungs-Daten vermindern. ·

Nach dem Verfahren zur Herstellung vom Schaumstoff-Erzeugnissen mit festem Überzug werden Erzeugnisse mit.genauen geometrischen Ausmaßen erhalten, doch für Konstruktionen und Mechanismen sind diese Erzeugnisse (Details) nicht geeignet, und zwar wegen ihrer geringen Festigkeit und großen Verformung.. Außerdem können nach diesem Verfahren keine dünnwandigen Erzeugnisse hergestellt werden.

Nachteil der Vorrichtung zur Herstellung von Schaumstoff-Erzeugnissen mit festem Überzug ist die durch die vielen zusätzlichen Kanäle, Zylinder und Kolben und die dazugehörende Kühl-, bzw. Heizapparatur bedingte komplizierte Konstruktion derselben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,, ein Verfahren zur Herstellung von dünnwandigen und dickwandigen Polymer-Erzeugnissen (Einzelteilen) anzugeben, die wesentlich verbesserte mechanisch-physikalische und Ausführungs-Analysedaten auf v/eisen, porenlos sind und genaue geometrische Abmessungen aufweisen, wobei das Verfahren auf dem Spritzgießen von thermoplastischen, thermöreaktiven und elastomeren Materialien basiert. Weiter soll eine eine einfache und leicht ausführbare Konstruktion aufweisende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden,- bei der normale Einrichtungen zum Spritzgießen von Polymeren benutzt werden.

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Diese Aufgabe wird unter Beibehaltung der bisherigen Arbeitsgänge beim iipritzgießen von Polymeren - Schmelzen, Homogenisieren, Plastizieren, Einspritzen, Härten und Entfernung des Er.zeugnisses-erfindungsgemäß dadurch gelost, daß der Polymer-Schmelzfluß unter Gasdruck komprimiert wird. Der Gasdruck boi der zweiten Stufe ist höher als der bei der ersten Stufe und kann den Gasdruck der ersten Stufe um ein Mehrfaches übersteigen. Natürlich bleibt der Gasdruck immer kleiner als der Schnecken-Kolben-Druck. Der erhöht© Gasdruck v/ird bis zum entgültigen Härten des Erzeugnisses in der Form ständig aufrechterhalten. Das Verhältnis zwischen den Gasdruckstufen kann geregelt worden. Die Gußgeschwindigkeit ist vom dynamischen Druck funktionell abhängig, der von der Schnecken-Kolben-Einrichtung der Maschine während des Gußprozesses und des zweiten Gasdruckes ausgeübt wird. Diese wird in Abhängigkeit von dem zu bearbeitenden Material gewählt. Die größeren Werte des Schnecken-Kolben-Druckes sind zu bevorzugen. Die Höhe dieser Drücke hängt von dem Ausmaß des Erzeugnisses ab. Bei der ersten Kompressionsstufe kann der Gasdruck Werte von

c 2 2
20-1Cr bis 100-10 N/m annehmen und in Abhängigkeit von der Art des Polymermaterials und der Größe des Erzeugnisses, in manchen Fällen auch höhere. Bei der zweiten Stufe variiert der Gasdruck von 70-10^y bis 200-10^ N/m und kann auch höher sein, wobei er natürlich immer niedriger als der dynamische Schnecken-Kolben-Druck bleibt. Die Differenz zwischen den Schnecken-Kolben-Druck und dem zweiten Gasdruck kann vorher bestimmt und optimiert werden.

Die Temperaturen variieren in Abhängigkeit von der Art des zu bearbeitenden Materials₀ Es können sowohl Plastomere - thermoplastische und thermoreaktive - als auch Elastomere benutzt werden. Der Gasdruck wird mittels inerter Gase,ζ. B. Stickstoff, oder aktiver Gase,z.B. Luft, hergestellt. Aktive Gase werden dann benutzt, wenn sich dies auf die mechanisch-physikalischen Anwendungs- bzw.

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Ausführungs~Ana.lysedaten des fertigen Erzeugnisses günstig auswirkt.

Die in einer bestimmten Härtungsstufe dickwandiger Erzeugnisse auftretende Volumenschwindung wird-durch eine automatisch erfolgende zusätzliche Formspeisung mit Polymer-Schmelze kompensiert.

Nach der endgültigen Härtung wird das Erzeugnis von dem auf ihn wirkenden Gasdruck entlastet, worauf sich in der Form wieder Luftdruck einstellt. V/eiter ist der technologische Zyklus derselbe v/ie bei dem bekannten Verfahren zum Spritzgießen von Polymeren.

Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von Erzeugnissen mit einem Gewicht von einigen Gramm bis 20 kg und' mehr in Abhängigkeit von der benutzten. Spritzmaschine. Das Verfahren wird mittels normaler Spritzmaschinen durchgeführt. Gewöhnlich sind "die in der Praxis benutzten Spritzformen zum Aufbringen eines Gasdrucks auf die Polymer-Schmelze ungeeignet. Deshalb kann das Verfahren nur mittels einer speziellen Vorrichtung auf der Basis einer besonderen Spritzform durchgeführt werden;

Ein Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt«. Es zeigen;

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Spritzgießen von thermoplastischen und thermoaktiven Piastomeren; und Fig. 2 dieselbe Vorrichtung zur Anwendung bei Polymeren.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein Füllzylinder bezeichnet, mit 2 eine Schnecke, mit 3 eine Koibenvorrichtung und mit 4- eine Spritzform. ■ -

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Spritz-.

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form ist außer der formbildenden Kammer 7 eine zv/eite Kammer, als Gaskammer bezeichnet, vorgesehen, die teilv/eise und in bestimmten Fällen auch im Ganzen die formbildende Kammer umfaßt;. Die beiden Kammern sind mittels Ventilationskanälen 9 miteinander verbunden. Die Anzahl der Vontilationskanäle ist nicht begrenzt und hängt von der ι .rö'ße des Erzeugnisses ab. Die Gaskammer ist mit einer eine hermetische Abdichtung dor Form sichernden Dichtung 10 versehen.Die Gaskammer ist mittels einer Röhre mit einem Preßgas-Behälter JR verbunden. An der Röhre ist ein regelbares Ventil 5 angebracht, das automatisch zu steuern ist, was unter bestimmten Bedingungen eine Handsteuerung nicht ausschließt. Durch eine andere röhre ist die Gaskammer mit der Atmosphäre verbunden. Mittels eines an dieser Röhre angebrachten regelbaren Ventils 6 wird die Gaskammer abgeschlossen, oder vom Gasdruck entlastet.Die Ausführungen für das regelbare Ventil 5 gelten auch für das regelbare Ventil 6.

Das Pult für automatische und Programmsteuerung der Vorrichtung wird mit den entsprechenden Pulten für automatische Steuerung der benutzen Spritzmaschinen gekoppelt.

Die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens sind u.a., daß die nach diesem Verfahren hergestellten Erzeugnisse ausgesprochen gute Pestigkeits-jFormänderungsfähigkeits-, Dichte-, Schrumpfungs-, und Dauerf estigkeits-Analysedaten aufweisen, die bei für Konstruktionen und Mechanismen bestimmten Erzeugnissen von besonderer Wichtigkeit sind.Nach diesem Verfahren können sowohl dünnwandige als auch dickwandige Erzeugnissemit großen Ausmaßen hergestellt werden, die porenlos sind. Dieses Verfahren erlaubt die Formung von Erzeugnissen mit genauen geometrischen Abmessungen. Außerdem ist die Zeitdauer des technologischen Zyklus nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu der herkömmlicher Verfahren nicht größer, sondern bleibt unverändert.

Ein Vorteil der zur Durchführung des Verfahrens dienenden Vorrichtung bor. tont in der einfachen Konstruktion· Es genügt eine zusätzliche Gaskammer mit Off-

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nungen zur Zufuhr und Abfuhr des Gasdruckes. Bei dieser Vorrichtung entfällt die Notwendigkeit eines zusätzlichen Füllcylinders und Kolbens und der Erhitzungs- und Kühlapparatur, die für die Vorrichtung, zur Herstellung von Schaumstoff -Erzeugnissen mit festem Überzug charakteristisch sind.

Das Verfahren und die Vorrichtung werden anhand folgender Beispiele ohne Einschränkung näher erläutert. Beispiel 1»

Polyäthylen ("Ropothen", Hochdruck, kleine Dichte) wird durch Schmelzen, Homogenisieren, Plastifizieren, Einspritzen in die Spritzform, Härten und Entfernen aus der Spritzform spritzgegossen. Es wird eine Spritzmaschine vom Typ "Monomat-80" (BRD) benutzt. Der Spritzform ist eine mittels acht Ventilationskanälen mit der formbildendon Kammer verbundene Gaskammer sowie ein Rohrsystem zur Zufuhr und Ableitung des Gasdruckes hinzugefügt. Die Polymer-Schmelze wird mit Hilfe kondensierten Stickstoffes einer zweistufigen Kompression ausgesetzt.

Vom Preßgas-Behälter R wird das komprimierte Gas der Spritzform 4 zugeführt, wobei das steuerbare Ventil 5 teilweise geöffnet und das steuerbare Ventil 6 geschlossen ist. Das unter-4-0* 1Cr N/m Druck stehende Gas füllt die Gaskammer 8 aus und wird mittels der Ventilationskanäle 9 der formbildenden Kammer 7 zugeführt.-Die zweite Gasdruck-Stufe von 80'1Cr N/m wird durch zusätzliches (oder völliges)' Öffnen des steuerbaren Ventils 5 realisiert. Die Höhe des dynamischen Schnecken-Kolben-Drucks während des Einspritzens ist

κ ρ
114-5-ICr N/m . Der Schnecken-Kolben-Druck und die Gasdrücke werden bei Beginn des Prozesses bestimmt» Der zweite Gasdruck wird bis zum endgültigen Härten d.es Erzeugnisses konstant gehalten.

Nach dem endgültigen Härten des Erzeugnisses wird das steuerbare Ventil 5 geschlossen und das steuerbare Ventil 6 geöffnet, womit das Erzeugnis von dem auf ihn wirken-

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Gasdruck befreit wird. Die in Tabelle 1 angeführten · Analysedaten des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgten Spritzgusses sind im Vergleich zu denselben Analysedaten des nach den bekannten Verfahren durchgeführten Spritzgusses angegeben:

Tabelle 1
Polyäthylen: "Ropothen", Hochdruck, kleine Dichte

Spritzgießen Spritzgießen

nach den bekannten nach dem erfindungsgemäßen

Verfahren Verfahren

Zugfestigkeit Zugfestigkeit Erhöhung der

N/m²) 6p(x10⁵ N/m²) Zugfestigkeit

258,08 456,39 76,84$

Beispiel 2.

Polyformaldehyd ("Bolrin") wird mittels einer zweistufigen Kompression spritzgegossen. Es wird wie im Beispiel 1 vorgegangen. Die Druckwerte sind wie folgt: Schnecken-Kolben-

G
2

Druck 1145ΊΟ^ N/m , erste Gasdruck-Stufe 20-10^ N/m² und zwei^ ²

te Gasdruckstufe 57-1O^ N/m

Die in Tabelle 2 angeführten und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Muster-Analysedaten sind im Vergleich zu den nach den herkömmlichen Verfahren hergestellten Muster-Analysedaten angegeben.

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_ g Tabelle	■2	Spritzgießen nach 'dem erfindungsgemäßen Verfahren	Erhöhung der Zugfestigkeit
Material: Polyformaldehyd		Zugfestigkeit Sp(χ 10⁵ N/m²)
Spritzgießen nach den bekannten Verfahren		744.17
Zugfestigkeit. tfp(xio5 N/m²)
621.97

Patentansprüche

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Claims

"■' Will

DA-8649 Patentansprüche

ί1. Verfahren zum Spritzgießen von Polymeren zur Her-Stellung von Erzeugnissen für Konstruktionen und Mechanismen mittels Schmelzen, Homogenisieren, Plastifizieren, Einspritzen und nachfolgender Härtung unter Druck, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymer-Schmelze unter Gasdruck zweistufig komprimiert wird, wobei der Gasdruck bei der zweiten Stufe höher ist, und die Härtung unter ununterbrochener Einwirkung eines höheren Gasdruckes erfolgt und gegebenenfalls die Form mit zusätzlicher Polymer-Schmelze gespeist wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck mittels inerter Gase erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck mittels aktiver Gase hergestellt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Spritzform, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Spritzform eine mit der formbildenden Kammer (7) mittels Ventilationskanälen (90 verbundene und mit einem Rohrsystem zur Zufuhr und Ableitung des Gasdruckes versehene Gas-

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kammer (8) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ζ eichnet, daß die Gaskammermit einem Preßgas-Behälter (R) mittels einer mit einem steuerbaren Ventil (5) versehenen Röhre verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch M- oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskammer mit der Atmosphäre mittels einer mit einem steuerbaren Ventil (6) versehenen Röhre verbunden ist.
7« Vorrichtung nach einem der Ansprüche Λ bis 6,

dadurch g e k e η η ζ *e i c h η e t, daß die Gaskammer mit einer Dichtung (10) versehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7j

dadurch gekennzeichnet, daß die formbildende Kammer wenigstens teilweise und gegebenenfalls ganz von der Gaskammer umfaßt ist.

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