DE2335310A1

DE2335310A1 - Verfahren zur herstellung von geschaeumten formkoerpern aus thermoplastischen kunststoffen

Info

Publication number: DE2335310A1
Application number: DE19732335310
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Odagiri; Akio Yasuike
Original assignee: Asahi Dow Ltd; Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 1973-07-11
Filing date: 1973-07-11
Publication date: 1975-02-13
Also published as: DE2335310B2; DE2335310C3

Description

" Verfahren zur Herstellung von geschäumten Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen "

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen mit glatter und glänzender Oberfläche and frei von V/irbelstellen.

Beim herkömmlichen Spritzgußverfahren zur Herstellung von geschäumten B'ormkörpern wird Im Zylinder einer Spritzgußmaschine ein geschmolzenes Kunstharz unter einem solchen Druck gehalten, daß ein Verschäumen unter der Einv/irkung eines Treibmittels verhindert wird. Das geschmolzene Kunstharz kann erst dann geschäumt werden, wenn es aus der Spritzgußmaschine austritt und nicht mehr unter Druck steht. Beim Spritzguß von geschmolzenen, verschäumbaren Kunstharzen in ein,? Metallform unter den vorgenannten Bedingungen werden zwei Verfahren angewendet, nämlich das sogenannte Verfahren mit ungenügender Füllung (short-shot-Verfahren) und das Verfahren mit vollständiger Füllung (full- j

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shot-Verfahren).

Beim Verfahren mit ungenügender Füllung wird ein ungeschäumtes, verschäumbares Kunstharz, das ein geringeres Volumen aufweist als der Hohlraum bzw. die Matrize der Metallform, in die Matrize aingefüllt. Die Matrize wird lediglich durch die Schaumkraft des Kunstharzes gefüllt. Diese Kraft nimmt im Verlauf des Verschäumens und der Ausdehnung des Kunstharzes erheblich ab. Bei Verwendung enger Matrizen kann das v.erschäumbare Kunstharz die Matrize nicht vollständig füllen, so daß die Temperatur erhöht werden muß, um die Viskosität des Kunstharzes möglichst stark zu verringern. Dementsprechend ist dieses Verfahren nicht auf Kunstharze anwendbar, die sich thermisch zersetzen. Zur Herstellung von geschäumten Formkörpern sehr gut sr Qualität aus Kunstharzen oder zur Erzielung eines hohen Verschäumungsverhältnisses eines Kunstharzes muß die Viskosität des Kunstharzes genau geregelt werden, d.h. es muß eine verhältnismäßig niedrige Temperatur angewandt werden, die nahe bein Erweichungspunkt des Kunstharzes liegt. Bei dem vorgenannten Verfahren, bei dem diese Bedingung nicht erfüllt wird, kann das Verschäumungsverhältnis höchstens etwa einen Wert von 1,6 bis 1,8 erreichen, und die erhaltenen geschäumten Formkörper haben unzureichende physikalische Eigenschaften. Bei dem Verfahren, das nur auf der Schäumkraft des Kunstharzes beruht, wird gewöhnlich diese Schäumkraft durch Zusatz einer großen Menge eines starken Treibmittels zum Kunstharz erhöht. Dies zusammen mit der Anwendung von hohen Temperaturen erfordert eine längere Verweilzeit des erhaltenen geschäumten Formkörpers in der Matrize, was sich auf die Produktivität nachtei- ,

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lig auswirkt. Ein größerer Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch die Bildung zahlreicher Wirbelstellen auf der Oberfläche des geschäumten Formkörpers, die von der angewandten hohen
Temperatur, der niedrigen Viskosität und der leichten Verschäumbarkeit des Kunstharzes herrühren. Dies hat eine erhebliche Oualitätsverschlechterung des geschäumten Formkörpers
zur Folge, wenn er z.B. für Möbel verwendet wird.

Zur Überwindung der vorgenannten Nachteile wurde das Verfahren mit vollständiger Füllung entwickelt. Nach diesem Verfahren
wird ein durch Erhitzen weichgemachtes verschäumbares Kunstharz in ausreichender Menge in die Matrize einer Metallform
eingespritzt, so daß sie die Matrize füllt. Anschließend wird der Druck vermindert, damit das Kunstharz schäumen kann. Eine spezielle Methode zur Verminderung des Drucks bei diesem Verfahren ist'in der US-PS 3 058 161 beschrieben. Dieses Verfahren wird so durchgeführt, daß ein durch Erhitzen weichgemachtes verschäumbares Kunstharz in eine Matrize einer Metallform in solcher Menge eingespritzt wird, daß sie die Matrize füllt. Die Matrize ist in der Lage, ihr Innenvolumen zu vergrößern. Sodann wird das Innenvolumen der Matrize vergrößert, und man erhält einen geschäumten Formkörper. Ferner sind in den
US-PS 3 211 605 und 3 384 691 Verfahren beschrieben, bei denen ein durch Erhitzen weichgemachtes verschäumbares Kunstharz
vollständig in die Matrize einer Metallform eingespritzt wird. Sodann wird ein Teil des noch nicht abgekühlten verschäumbaren Kunstharzes im Inneren aus der Matrize entnommen, und man erhält einen geschäumten Formkörper. Nach diesen Verfahren wird das durch Erhitzen weichgemachte Verschäumbar Kunstharz voll- ,

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ständig in die Matrize eingefüllt, so daß das Einfüllen des Kunstharzes in die Matrize nicht durch die Schäumkraft des Kunstharzes selber sondern durch den Injektionsdruck in der ersten Stufe erreicht wird. Dementsprechend kann das Kunstharz selbst in enge Matrizen mit einem Lumen von etwa 2 mm eingefüllt werden, wie dies beim Spritzguß von nicht verschäumbaren Kunstharzen der Fall ist. Die Zunahme des Verschäumungsverhältnisses eines Kunstharzes hängt von der Art und der Menge des in ihm enthaltenen Treibmittels ab. sie kann im allgemeinen auch durch Erhöhung der Viskosität des Kunstharzes erreicht werden. Nach den vorstehend beschriebenen Verfahren kann das Einfüllen eines Kunstharzes hoher Viskosität in die Matrize durch Erhöhung des Injektionsdruckes erreicht werden, so daß ein Verschäumungsverhältnis von etwa 10 erhalten wird. Innerhalb der kurzen Zeit während des Einspritzens erfolgt praktisch kein Verschäumen, so daß die Oberfläche des eingespritzten Kunstharzes verhältnismäßig, glatt wird und man einen verschäumten Formkörper ausgezeichneter Qualität erhält. Nach Beendigung der Injektion wird das Innenvolumen der Matrize vergrößert oder die Zeit vor der Entnahme des Kunstharzes wird gesteuert, wodurch sich die Stärke der nicht geschäumten Oberfläche beliebig bis auf 0,3 mm steuern läßt, obwohl dieser Wert natürlich von der Art und dem Verschäumungsverhältnis des Kunstharzes abhängt. Ein sogenannter Strukturschaumstoff, der eine nicht geschäumte Oberfläche aufweist, ist von ausgezeichneter mechanischer Festigkeit. Ein solcher Strukturschaumstoff kann nach den vorgenannten Spritzgußverfahren erhalten werden. Ein Nachteil dieser Verfahren ist, daß sich durch die Druckentlastung innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums während der Injektion ,

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unerwünschte Wirbelstellen bilden.

Nacheirem in "Modem Plastics", März 1969» beschriebenen Verfahren, lassen sich stark geschäumte Formkörper mit glatter Oberfläche herstellen, wenn man ein geschmolzenes Kunstharz in eine Matrize einspritzt, die mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt ist, und gleichzeitig dieses unter Druck stehende Gas aus der Matrize ablässt^ um die Matrize mit dem Kunstharz zu füllen. Es verfestigt sich nur das Kunstharz, das· in Berührung mit der Wandung der Matrize steht. Der nicht verfestigte Teil im Inneren des Kunstharzes schäumt und dehnt sich aus, wenn der Innendruck der Spritzgußmaschine vermindert wird. Überschüssiges Kunstharz strömt im Gegenstrom in die Spritzgußmaschine zurück. Dieses Verfahren hat die folgenden Nachteile'. Ein größerer Anteil des Kunstharzes, der einmal geschmolzen wurde, wird in die Spritzgußmaschine zurückgeführt, so daß eine Spritzgußmaschine mit großem Volumen erforderlich ist. Dies hat wirtschaftliche Nachteile, und überdies ist eine höhere Energie erforderlich. Im Hinblick auf das Prinzip des Spritzgusses, daß ein frühzeitiges Verschäumen im Zylinder der Spritzgußmaschine unter allen Umständen vermieden werden soll, liegt es auf der Hand, daß bei diesem Verfahren keine geschäumten Zellen mit guter Qualität erhalten werden.

In der französischen Patentschrift 1 576 083 ist ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Formkörpern beschrieben, bei dem man ein durch Erhitzen weichgemachtes verschäumbares Kunstharz in eine Matrize einer Metallforra injiziert, die mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt ist, den Druck des Gases auf- _j

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hebt, und einen Teil des inneren, nicht abgekühlten Kunstharzes entnimmt. Bei diesem Verfahren ist nicht nur eine Spritzgußmaschine mit großen Abmessungen erforderlich, sondern die Wiedergewinnung des entnommenen Kunstharzes ist umständlich. In einigen Fällen kann das Kunstharz nicht wiedergewonnen bzw. wiederverwendet werden, was wirtschaftlich nachteilig ist.

Bei den vorgenannten Verfahren, bei denen ein Teil des Kunstharzes aus der Form entnommen wird oder im Gegenstrom in den Zylinder der Spritzgußmaschine zurückfließt, ist es schwierig, je nach dem Schäumungszustand des Kunstharzes, das Gewicht des Kunstharzes unmittelbar zu bestimmen, selbst wenn sein Volumen bestimmt ist. Dies hat zur Folge, daß der Formkörper hinsichtlich seiner Abmessung und Qualität starken Schwankungen unterliegt. Diese Erscheinung ist besonders unangenehm, wenn Mehrfachformen verwendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Formkörpern durch Spritzgießen zu schaffen, die glatte und glänzende Oberflächen aufweisen, und das die Nachteile der herkömmlichen Verfahren nicht zeigt.

Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen durch Schmelzen des Kunststoffes, der auf 100 Gewichtsteile 0,5 bis 8, vorzugsweise 0,7 bis 3 Gewichtsteile einer verdampfbaren Verbindung mit einem Siedepunkt von etwa 25 bis 60°C und 0,05 bis 0,5, vorzugsweise 0,1 bis 0,4 Gewichtsteile eines organischen Treibmittels enthält, und Ein- _j

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spritzen des geschmolzenen Kunststoffes in den Hohlraum bzw. die Matrize einer Metallform, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den geschmolzenen Kunststoff in eine Metallform für das Spritzgußverfahren einspritzt, die mit einem Gas unter solchem Druck gefüllt ist, daß der geschmolzene Kunststoff nicht geschäumt werden kann, worauf man den Gasdruck aufhebt und gleichzeitig das Volumen der Metallform vergrößert. Im allgemeinen beträgt der Gasdruck 3 bis 20 kg/cm , vorzugsweise 5 Ms 15 kg/cm².

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert.

Die Figuren 1,3 und 4 zeigen im Querschnitt Beispiele für Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 2 zeigt im Querschnitt einen erfindungsgemäß hergestellten geschäumten Formkörper. Figur 5 zeigt die Frontansicht eines durch Spritzgießen von geschmolzenem Kunstharz in eine unter Druck stehende Matrize erhaltenen Formkörpers ohne Druckentlastung.

In Figur 1 ist ein Zylinder 1, der ein geschmolzenes Kunstharz

in die Spritzgußmaschine einspeist, außen mit einem Heißzylinder 4 und im inneren mit einer Schnecke 3.versehen, welche das Kunstharz unter Druck weiter bewegt. Der Zylinder 1 ist über einen Hahn 5 mit einer Düse 6 verbunden. Das durch die Düse injizierte Kunstharz wird durch einen Angußkanal 8 in den ' Körper einer Metallform/in einen Hohlraum bzw. eine Matrize _L injiziert. Die Matrize 9, die zusammen mit dem Körper der Me- _j

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tallform 7 und einem gleitenden Teil 10 der Metallform die Innenwand bildet, ist durch einen Kanal 11 und ein Ventil 12 an einen Druckbehälter 13, sowie durch ein Auslaßventil 14 an die Atmosphäre verbunden.

Mit dieser Vorrichtung wird ein Treibmittel enthaltendes Kunstharz 2 in den Zylinder 1 eingespeist und in dem Raum zwischen dem Zylinder 1 und dem Hahn 5 angesammelt und von der durch den Heizzylinder 4 sowie der durch die Drehung der Schnecke J5 erzeugten Y/ärme geschmolzen. Danach wird der Hahn 5 geöffnet und gleichzeitig wird die Schnecke gedreht und zusammen mit dem geschmolzenen Kunstharz nach vorwärts bewegt. Hierdurch wird das Kunstharz durch die Düse 6 und durch den Angußkanal 8 in der Metallform 7 in die Matrize 9 injiziert. Zu dem Zeitpunkt, wenn das geschmolzene Kunstharz 2 in die Matrize 9 der Metallform 7 injiziert wird, befindet sich der gleitende Teil der Metallform 10 in der durch die gestrichelte Linie in Figur 1 angegebenen Stellung. Zu dieser gleichen Zeit ist das Ventil 12 geöffnet, so daß der Innenraum der Matrize 9 unter einem solchen Druck steht, daß das verschäumbare Kunstharz nicht geschäumt und expandiert werden kann. Sobald das verschäumbare geschmolzene Kunstharz in die Matrize eingefüllt ist, wird das Ventil 12 geschlossen, das Auslaßventil 14 geöffnet und der Druck in der Matrize 9 entlastet. Der gleitende Teil der Metallform 10 wird in die Stellung bewegt, die durch die ausgezogene

, Linie angegeben ist. Hierdurch wird das Innenvolumen der Matrize 9 vergrößert und dementsprechend wird das Kunstharz in der Matrize 9 verschäumt und zu der gewünschten Form vergrößert.

_LNach dem Abkühlen und Verfestigen des Kunstharzes wird die Me- -i

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tallform 7 geöffnet und der Formkörper entnommen. Danach werden die Metallform 7 und der gleitende Teil 10 der Metallform in die ursprüngliche Stellung zurückbewegt. Das Auslaßventil wird geschlossen, das Ventil 12 wieder geöffnet und der Verfahr enscyclus wiederholt.

Wie vorstehend erwähnt, wird das Kunstharz abgekühlt und verfestigt, während die gesamte Oberfläche des Kunstharzes, die in Berührung mit der Innenwand der Matrize steht, in. unverschäumtem Zustand gehalten wird. Auf diese Weise erhält man einen Formkörper mit glatter Oberfläche. Das Innenvolumen der Matrize wird durch Bewegen des gleitenden Teils 10 der Metallform vergrößert, so daß der entstehende Formkörper ein niedriges spezifisches Gewicht besitzt. Wie aus Figur 2 hervorgeht, hat der verschäumte Formkörper eine glatte Oberfläche, die frei von Wirbelstellen ist, eine ungeschäumte Oberflächenschicht 22 unterhalb der Oberfläche sowie ein poröses Inneres 23.

Figur 3 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man geschäumte Spritzguß-Formkörper mit glatter Oberfläche und frei von Wirbelstellen erhalten, die einen verstärkenden Einsatz, z.B. aus Metall,' vollständig eingehüllt enthalten. In Figur 3 ist im Querschnitt eine Form zur Herstellung von Bowling-Kegeln gezeigt. Ein gleitender Teil 10 der Metallform erstreckt sich in die Matrize 9 und ist von der Metallform 7 umgeben. Ein Einsatz bzw. eine Manschette 24 aus Metall ist um den vorderen Teil des gleitenden Teils 10 der Metallform angeordnet. Diese Manschette dient zur Verstärkung _j

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des Kegelhalses. In diesem Zustand wird die Metallform 7 geschlossen. Ein Gas wird in die Matrize 9 eingepreßt und ein durch Erhitzen weichgemachtes, verschäumbares Kunstharz 2 wird durch einen Angußkanal 8 in die Matrize 9 und den Raum der von

der Manschette 24 und dem gleitenden Teil 10 der Metallform gebildet wird, eingespritzt. Danach wird der Gasdruck aufgehoben und nach einer bestimmten Zeit wird der gleitende Teil 10 der Metallform zurückgezogen. Auf diese Weise verbleibt die Manschette 24 in ihrer ursprünglichen Stellung und das Kunstharz, 2, das in die Matrize 9 injiziert wurde, deren Volumen durch das Zurückziehen des gleitenden Teils 10 der Metallform erhöht wurde, wird verschäumt, so daß die Manschette 24 vollständig umhüllt und die Matrize 9 gefüllt wird. Nach dem Abkühlen und Verfestigen des Kunstharzes wird die Metallform 7 geöffnet und der Bowling-Kegel entnommen. Sofern die Wand der Manschette Hohlräume aufweist, dringt das Kunstharz 2 in die Hohlräume ein und stellt damit einen genaueren Sitz der Manschette 24 sicher. Der erhaltene Bowling-Kegel muß nicht nachbearbeitet werden, wie dies bei Kegeln aus Holz der Fall ist und kann sofort mit einem emailleähnlichen Anstrich versehen werden. Bei Verwendung eines ABS-Copolymerisats (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat)^ einem Kunstharz mit sehr hoher Schlagzähigkeit, beträgt die Haltbarkeit der daraus durch Spritzguß hergestellten Bowling-Kegel höchstens etwa 600 Spiele, wenn kein derartiger verstärkender Einsatz verwendet wurde. Die Haltbarkeit der mit einer Metallmanschette verstärkten Bowling-Kegel beträgt 5000 bis 10 000 Spiele.

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Im erfindungsgemäßen Verfahren können alle thermoplastischen Kunstharze verwendet werden, soweit sie sich durch Strangpressen oder Spritzgießen verschäumen lassen. Beispiele für bevorzugte Kunstharze sind Olefin-Polymerisate, wie Polyäthylen und Polypropylen hoher Dichte, mittlerer Dichte oder niedriger Dichte, Styrol-Polymerisate, wie die verschiedenen Polystyrole, kautschukmodifizierte Polystyrole, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisate, Acrylnitril-Styrol-Copolymerisate und Styrol-Methylmethacrylat-Copolymerisate. Ferner können auch-glasfaserverstärkte thermoplastische Kunstharze der vorgenannten Art verwendet werden. .

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert Formkörper, die im Gegensatz zu Formkörpern, die nach dem herkömmlichen Verfahren mit ungenügender Füllung hergestellt wurden, keine Wirbelstellen aufweisen. Bei Verwendung von Stickstoff, Ammoniak oder anderen Gasen, die sich bei der Erweichungstemperatur des Kunstharzes nicht verflüssigen, kann die Bildung solcher Yiirbelstellen im wesentlichen unterdrückt werden, sofern das Gas unter einem Druck gehalten wird, der eine nennenswerte Expansion des Gasvolumens unterdrückt. Es werden jedoch feine geschäumte Zellen auf der Oberfläche eines Formkörpers beobachtet, der bei Verwendung solcher Gase erhalten wird. Obwohl diese Zellen allmählich mit zunehmendem Druck des verwendeten Gases verschwinden, kann man einen üblichen Gaskompressor (weniger als 20 at) nicht verwenden. Auch das Abdichten des unter Druck stehenden Gases bereitet Schwierigkeiten. Ferner gibt es Schwierigkeiten bei der Struktur und der Festigkeit der Metallform. Zur Herstellung von Formkörpern mit praktisch der glei-

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chen Oberfläche wie bei einem ungeschäumten Formkörper werden daher im erfindungsgemäßen Verfahren einer oder mehrere paraffinische, naphthenische oder olefinische Kohlenwasserstoffe, Methanol, Diäthyläther oder Trichlorfluormethan als verdampfbare Verbindung mit einem Siedepunkt von 25 bis 60⁰C bei Atmosphärendruck verwendet, oder es wird ein Gemisch aus 100 Gewichtsteilen einer dieser Verbindungen und höchstens 30 Gewichtsteilen Aceton verwendet. Da Aceton sich in zahlreichen Kunstharzen sehr gut löst, soll es in einer Konzentration von höchstens 30 Prozent verwendet werden.

O₁OS

Wenn diese verdampfbaren Verbindungen zusammen mit 0,»05 bis 0,5 Gewichtsprozent eines organischen Treibmittels, wie Azodicarbonamid, verwendet werden, ist nicht nur die Schäumkraft verstärkt, sondern man erhält auch Zellen mit ausgezeichneter Qualität. Bei einer Menge von mehr als 0,5 Prozent des organischen Treibmittels, das ein nicht-kondensierbares Gas entwikkelt, läßt sich die Bildung von Wirbelstellen nur schwierig unterdrücken, während bei Verwendung von weniger als 0,05 Prozent des Treibmittels keine ausreichende Wirkung erhalten wird. Besonders bevorzugte Treibmittel mit sehr guter Wirkung sind Azodicarbonamid, Hydroxybisbenzolsulfonylhydrazid und Azoisobuttersäuredinitril. Diese Treibmittel können entweder allein oder im Gemisch verwendet werden. Sie können mit Metallsalzen vermischt werden, um die Zersetzungstemperatur auf einen bestimmten Wert einzustellen. Da die chemischen Treibmittel auch als Keimbildner wirken, muß die angewandte Erweichungstemperatur des Kunstharzes nicht immer oberhalb der Zer-

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Setzungstemperatur der chemischen Treibmittel liegen. Selbst wenn eine der vorgenannten verdampfbaren Verbindungen oder ein Gemisch dieser Verbindungen mit einem Siedepunkt von 25 bis 60 C als alleiniges Treibmittel verwendet wird, lassen sich Formkörper herstellen, die frei von Wirbelstellen sind. In diesem Fall bilden sich jedoch gröbere Zellen und es können sich auf der Oberfläche der Formkörper Haarrisse ausbilden. Diese Erscheinung, die vermutlich auf restlichen Spannungen auf der Oberfläche des Formkörpers beruht, weil Reste an kondensiertem Treibmittel vorhanden sind, läßt sich wirkungsvoll unterdrücken, wenn die verdampfbare Verbindung zusammen mit dem organischen Treibmittel verwendet wird. Das Treibmittel wird in einer Menge von höchstens etwa 6 bis 8 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile des Kunstharzes und entsprechend dem erforderlichen Verschäumungsverhältnis des erhaltenen Formkörpers verwendet. Dieses Verschäumungsverhältnis beträgt höchstens etwa 10.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Formkörper mit ungeschäumter Oberfläche einer Schichtdicke von mindestens 0,3 mm herstellen. Das verwendete Kunstharz hat eine niedrige Schäumkraft, um die Bildung von Wirbelstellen zu unterdrücken. Die Matrize der Metallform wird zwangsläufig vergrößert. Wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, insbesondere wenn die Schichtdicke des Kunstharzes in der Matrize vor Beginn ihrer Vergrößerung dünner als etwa 15 mm ist, dann schält sich nach beendeter Injektion des Kunstharzes die Kunstharzoberfläche, die in Berührung mit der Matrizenober-

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fläche steht, von dieser Oberfläche ab und bleibt teilweise zurück auf Grund der Vergrößerung und der Bewegung der Matrize. Dies hat zur Folge, daß sich auf der Oberfläche des Formkörpers örtliche Mulden bzw. Einsackstellen ausbilden. Solche Einsackstellen bilden sich besonders dann aus, wenn ein Gas vorher in eine Matrize unter Druck eingefüllt wird, wie im erfindungsgemäßen Verfahren, und wenn die restliche Verschäumungskraft so stark wie möglich verringert wird, um den Presscyclus (Zeit pro Anzahl der Füllungen) zu erhöhen. Die vorgenannten Nachteile können dadurch überwunden werden, daß man den Gasdruck nach beendeter Injektion entlastet und den Druck in der Matrize durch Pumpen auf einen verminderten Druck bringt. Der Druck in der Matrize vor Beginn ihrer Vergrößerung beträgt vorzugsweise weniger als 111 bis 200 Torr.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

100 Gewichtsteile Polystyrol mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von 150 000 werden mit 3 Gewichtsteilen n-Pentan, 1 Gewichtsteil Talcumpulver und 0,1 Gewichtsteil Azodicarbonamid vermischt. Dieses Kunstharzausgangsmaterial wird in eine Spritzgußmaschine der in Figur 1 gezeigten Art mit einem Volumen von etwa 350 g eingespeist. Das Kunstharz 2 wird im Zylinder 1 geschmolzen und durch die Düse 6 und den Angußkanal 8 in die Matrize 9 eingespritzt. Danach wird der gleitende Teil 10 der Metallform bewegt, wodurch das Kunstharz schäumt und expandiert. Der erhaltene Formkörper hat die Form eines Stabs mit den Abmessungen 30 χ 30 χ 200 mm.

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Das Volumenverhältnis des Kunstharzes zur Zeit des Einspritzens zum Kunstharz nach der Vergrößerung der Matrize beträgt 1:3» die Temperatur des Kunstharzes zur Zeit der Injektion 15O⁰C, der Injektionsdruck 600 kg/cm . Als Druckgas wird Stickstoff mit einem Druck von 15 kg/cm verwendet. 10 Sekunden nach der Injektion des Kunstharzes wird der Gasdruck entlastet und gleichzeitig die Matrize vergrößert. Danach wird die Form 2 Minuten und 30 Sekunden abgekühlt und der Formkörper aus der Matrize entnommen. Der Formkörper hat eine glatte Oberfläche, er ist frei von Wirbelstellen und hat eine Hautschicht von etwa 1,5 mm Stärke. Das Verschäumungsverhältnis beträgt etwa 3.

Beispiel2

100 Gewichtsteile Polyäthylen hoher Dichte (Suntec QJ-430) werden mit 0,8 Gewichtsteilen Azodicarbonamid und 1 Gewichtsteil Talcumpulver vermischt. Dieses Kunstharzausgangsmaterial wird in die in Beispiel 1 beschriebene Spritzgußmaschine eingespeist und zu einem Formkörper verarbeitet. Das Verformen wird unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch beträgt das Änderungsverhältnis des Innenvolumens der Matrize 2,0 und die Temperatur des Kunstharzes während der Injektion 170°C. Die für einen Cyclus erforderliche Zeit beträgt 5 Minuten. Man erhält einen geschäumten Formkörper mit glatter Oberfläche, der vollständig frei von Wirbelstellen ist, und eine Hautschicht von etwa 2 mm Stärke besitzt. Das Verschäumungsverhältnis beträgt etwa 2.

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. Beispiel 3

Gemäß Beispiel 1 und unter Verwendung des gleichen Ausgangsmaterials und der gleichen Vorrichtung wird ein Formkörper hergestellt. Als Metallform wird eine Form verwendet, die eine Scheibe mit einem Durchmesser von 2Ö0 mm und einer Stärke von 40 mm liefert. Das Verformen wird unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch beträgt das Veränderungsverhältnis des Innenvolumens der Matrize und die Zeit für einen Cyclus 3 Minuten und 30 Sekunden. Es wird ein geschäumter Formkörper mit glatter Oberfläche und frei von Wirbelstellen erhalten. Die Stärke der Hautschicht beträgt etwa 1,5 mm. Das Verschäumungsverhältnis beträgt etwa 4.

Beispiel 4

100 Gewichtsteile eines kautschukverstärkten Polystyrols (Styron 475) werden mit 20 Gewichtsteilen eines 6 Prozent n-Pentan enthaltenden Polystyrols mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von 150 000, 1 Gewichtsteil Talcumpulver und 0,2 Gewichtsteilen eines Treibmittels vom Azodicarbonamidtyp mit einer Zersetzungstemperatur von etwa 160 C homogen vermischt. Dieses Kunstharz-Ausgangsmaterial wird in der in Figur 4 gezeigten Metallform durch Spritzguß verformt. Das Ventil 12 der Druckleitung 11, die mit der Druckwelle 13 verbunden ist, wird geöffnet. Gas wird in die Matrize 9 bis zu einem Druck von 6 at aufgepreßt. Das Innenvolumen der Matrize beträgt 3,6 Liter. Danach wird das Kunstharzausgangsmaterial bei 180⁰C und einem Druck von 800 kg/cm aus der Spritzgußmaschine mit einer Injektionskapazität von 4,8 Liter in die Matrize 9 eingespritzt. Unmittelbar vor Beendigung der Injektion wird das

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Auslaßventil 14 an der Vakuumleitung 17, die an eine Pumpe 16 angeschlossen ist, geöffnet, und der Druck in der Matrize 9 entlastet. Gleichzeitig mit der Beendigung der Injektion werden das Auslaßventil 14 und das Druckventil 12 geschlossen, während das Reduzierventil 15 geöffnet wird, um den Matrizenspalt B von 5 nun auf 10 mm zu vergrößern und gleichzeitig den Innenraum der Matrize unter vermindertem Druck zu halten. Nach Vergrößerung des Matrizenraums wird das Reduzierventil 15 geschlossen und nach 2minütigem Abkühlen der Form wird- der Formkörper entnommen. Der erhaltene Formkörper hat keine unerwünschten Einbeulungen bzw. Einschnitte, und im Querschnitt zeigen sich gleichmäßige und ausgezeichnet geschäumte Zellen.

Vergleichsbeispiel 1

Beispiel 4 wird wiederholt, jedoch wird die Maßnahme der Druckverminderung nicht durchgeführt. Man erhält den in Figur 5 gezeigten Formkörper, der eine Einbeulung von 25 Φ*» 100 mm im Durchmesser und einer Tiefe bis zu 0,8 mm in der Nähe des Zentrums des Formkörpers 20 sowie den Anpreßkegel 8 aufweist.

Beispiel5

100 Gewichtsteile eines glasfaserverstärkten Acrylnitril-Styrol-Copolymerisats (Tyril GF) werden homogen mit 0,5 Gewichtsteilen eines Treibmittels vom Azodicarbonamid/mit einer Zersetzungstemperatur von etwa 16O°C vermischt. Dieses Kunstharzausgangsmaterial wird in die in Beispiel 1 beschriebene Vorrichtung eingespeist und zu einem Formkörper verarbeitet. Das Verformen wird unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt, jedoch beträgt das Veränderungsverhält-

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nis des· Innenvolumens der Matrize 1,5, die Temperatur des Kunstharzes zur Zeit der Injektion 190 C und der Injektionsdruck 800 kg/cm . Als Druckgas wird Stickstoff von 6 at verwendet. Der erhaltene Formkörper hat eine glänzende Oberfläche, die frei von Wirbelstellen und Unebenheiten ist, wie sie für geschäumte Formkörper aus glasfaserverstärkten Kunststoffen typisch sind. Der Querschnitt des erhaltenen Formkörpers zeigt gleichmäßige und ausgezeichnet geschäumte Zellen.

Beispiel 6

Ein Kunstharzgemisch aus 30 Gewichtsteilen eines Polystyrols (Styron 683), 50 Gewichtsteilen eines kautschukverstärkten Polystyrols (Styron 492) und 20 Gewichtsteilen eines 6 Prozent n-Pentan enthaltenden Polystyrols mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von 150 000 wird mit 1,0 Gewichtsteilen Talcumpulver und 0,4 Gewichtsteilen eines Treibmittels vom Azodicarbonamidtyp mit einer Zersetzungstemperatur von 16O°C homogen vermischt. Dieses Kunstharzausgangsmaterial wird in der in Figur 4 gezeigten Spritzgußform verformt. Das Ventil 12 der Druckleitung 11 wird geöffnet, und Gas wird bis zu einem Druck von 8 at in die Matrize eingeleitet. Danach wird das Kunstharzausgangsmaterial bei 180°C und einem Druck von 800 kg/cm

gemäß Beispiel 5 '

aus der Spritzgußmaschine/in die Matrize injiziert. Unmittelbar vor Beendigung der Injektion wird das Auslaßventil 14 geöffnet. Gleichzeitig mit der Beendigung der Injektion werden das Auslaßventil 14 und das Druckventil 12 geschlossen und das Druckreduzierventil 15 wird geöffnet, um innerhalb eines Zeitraumes von 6 Sekunden 5 Sekunden nach Beendigung der

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Injektion den Matrizenspalt B von 5 mm auf 10 mm zu vergrößern und gleichzeitig den Innenraum der Matrize unter vermindertem Druck zu halten. Nach Vergrößerung der Matrize wird das Reduzierventil 15 geschlossen und nach 2minütigem Abkühlen wird der Formkörper aus der Form entnommen. Der erhaltene verschäumte Formkörper hat ein Verschäumungsverhältnis von 1,8. Die Oberfläche des Formkörpers ist vollständig frei von Wirbelstellen und unerwünschten Einbeulungen, und sein Querschnitt zeigt eine Hautschicht mit einer Stärke von 1,0 mm und feingeschäumte Zellen mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,2 mm.

Vergleichsbeispiel 2

Ein Kunstharzgemisch aus 30 Gewichtsteilen eines Polystyrols (Styron 683),50 Gewichtsteilen eines kautschukverstärkten Polystyrols (Styron 492) und 20 Gewichtsteilen eines 6 Prozent n-Pentan enthaltenden Polystyrols mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von 150 000 wird mit 1.Gewichtsteil Talcurapulver homogen vermischt. Danach wird das Kunstharzausgangsmaterial gemäß Beispiel 6 durch Spritzguß verarbeitet. Man erhält einen Formkörper, der auf seiner Oberfläche zwar keine Wirbelstellen, jedoch unerwünschte Einbeulungen aufweist. Der Querschnitt des Formkörpers zeigt eine äußere Hautschicht von 1,8 mm Stärke

und grob geschäumte Zellen mit einem Durchmesser von 0,4 bis 2,0 mm. Die Hautschicht des Formkörpers wies Haarrisse auf.

Vergleichsbeispiel-3

Ein Kunstharzgemisch aus 30 Gewichtsteilen eines Polystyrols (Styron 683), 50 Gewichtsteilen eines kautschukverstärkten Ρσ-lystyrols (Styron 492) und 20 Gewichtsteilen eines 6 Prozent

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n-Pentan enthaltenden Polystyrols mit einem Durchschnittsmolekulargewicht von 150 000 wird mit 1,0 Gewichtsteilen Talcumpulver und 1,0 Gewichtsteilen eines Treibmittels vom Azodicarbonamidtyp homogen vermischt. Danach wird dieses Kunstharzausgangsmaterial gemäß Beispiel 1 durch Spritzguß verformt. Man erhält einen Formkörper mit zahlreichen Wirbelstellen auf seiner Oberfläche.

Beispiel 7

Ein Kunstharzgemisch aus 30 Gewichtsteilen eines Polystyrols (Styron 683), 50 Gewichtsteilen eines kautschukverstärkten Polystyrols (Styron 492) und 20 Gewichtsteilen eines 6 Prozent n-Pentan enthaltenden Polystyrols mit einem Durchschnittsraolekulargewicht von 150 000 wird mit 1,0 Gewichtsteilen Talcumpulver und 0,4 Gewichtsteilen eines Treibmittels vom Hydroxybisbenzolsulfonylhydrazidtyp mit einer Zersetzungstemperatur von 150 bis 16O⁰C homogen vermischt. Dieses Kunstharzausgangsmaterial wird gemäß Beispiel 6 durch Spritzguß \rerformt. Der erhaltene Formkörper ist ein Schaumstoff mit einem Verschäumungsverhältnis von 1,8. Die Oberfläche des Formkörpers ist frei von Wirbelstellen und unerwünschten Einbeulungen. Im Querschnitt, zeigt der Formkörper eine äußere Hautschicht mit einer Stärke von 1,0 mm und feingeschäumte Zellen mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,2 mm.

Beispiel 8

Ein Kunstharzgemisch aus 80 Gewichtsteilen eines Styrol-Acrylnitril-Butadien-Copolymerisats (Stylac Nr. 101) und 20 Gewichtsteilen eines 5 Prozent n-Pentan enthaltenden Styrol-

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Acrylnitril-Copolymerisats (Tyril 780) wird mit 1,0 Gewichtsteilen Talcumpulver und 0,3.Gewichtsteilen eines Treibmittels vom Azodicarbonamidtyp mit einer Zersetzungstemperatur von 160⁰C homogen vermischt. Dieses Kunstharzausgangsmaterial wird gemäß Beispiel 6 durch Spritzguß verformt. Die Spritzgußtemperatur beträgt 200°C, der Spritzgußdruck 800 kg/cm . Der Matrizenspalt B wird von 7 mm auf 14 mm vergrößert. Der erhaltene geschäumte Formkörper hat ein Verschäumungsverhältnis von 1,8. Die Oberfläche des Formkörpers ist glatt und vollständig frei von Wirbelstellen. Der Querschnitt zeigt eine äußere Hautschicht von 1,2 mm Stärke und feingeschäumte Zellen mit einem Durchmesser von 0,05 "bis 0,3 mm.

Beispiel 9

Ein Kunstharzgemisch aus 90 Gewichtsteilen eines Styrol-Acrylnitril-Copolymerisats (Tyril 780) und 10 Gewichtsteilen eines 20 Prozent.Freon R-11 enthaltenden Styrol-Acrylnitril-Copolymerisats (Tyril 780) wird mit 1,0 Gewichtsteilen Talcumpulver und 0,3 Gewichtsteilen eines Treibmittels vom Azodicarbonamidtyp mit einer Zersetzungstemperatur von 16O°C homogen vermischt. Dieses Kunstharzausgangsmaterial wird gemäß Beispiel 6 durch Spritzguß verformt. Die Spritzgußtemperatur beträgt 200°C, der Druck 800 kg/cm . Der Matrizenspalt B wird von 7 mm auf 14 mm vergrößert. Der erhaltene geschäumte Formkörper hat ein Verschäumungsverhältnis von 1,8. Die Oberfläche des Formkörpers ist glänzend und glatt und vollständig frei von Wirbelstellen. Der Querschnitt zeigt eine äußere Hautschicht

von 1,2 mm Stärke und feingeschäumte Zellen mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,3 mm.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung von geschäumten Formkörpern aus thermoplastischen Kunststoffen durch Schmelzen des Kunststoffes, der auf 100 Gewichtsteile 0,5 bis 8 Gewichtsteile einer verdampfbaren Verbindung mit einem Siedepunkt von etwa 25 bis 6O⁰C und 0,05 bis 0,5 Gewichtsteile eines organischen Treibmittels enthält, und Einspritzen des geschmolzenen Kunststoffes in den Hohlraum bzw. die Matrize einer Metallform, dadurch gekennzeichnet, daß man den geschmolzenen Kunststoff in' eine Metallform für das Spritzgußverfahren einspritzt, die mit einem Gas unter einem solchen Druck gefüllt ist, daß der geschmolzene Kunststoff nicht geschäumt werden kann, worauf man den Gasdruck aufhebt und gleichzeitig das Volumen der Metallform vergrößert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

ρ man den Gasdruck auf einen Wert von 3 bis 20 kg/cm einstellt.

3. Verfahren-nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gasdruck soweit aufhebt, daß der Hohlraum der Metallform unter vermindertem Druck steht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Metallform mit vergrößerbarem Hohlraum verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum der Metallform in seinem Inneren einen gleitenden, nach vorwärts und rückwärts beweglichen Einsatz aufweist.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Metallform verwendet, die eine Manschette um den vorderen Teil des gleitenden Einsatzes trägt, die von dem geschäumten Kunststoff-Formkörper umhüllt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

man als verdampfbare Verbindung mindestens einen paraffinischen, naplithenischen oder olefinischen Kohlenwasserstoff, Methanol, Diäthyläther oder Trichlorfluormethan oder ein Gemisch aus 100 Gewichtsteilen der verdampfbaren Verbindung und höchstens 30 Gewichtsteilen Aceton und als Treibmittel Azodicarbonamid, Hydroxybisfcei^olsulfonylhydrazid oder Azoisobuttersäuredinitril oder ein Gemisch aus diesen Verbindungen verwendet.

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