DE2342957A1

DE2342957A1 - Verfahren zum diskontinuierlichen herstellen von mehrschicht-formteilen aus thermoplastischem kunststoff

Info

Publication number: DE2342957A1
Application number: DE19732342957
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Eckardt; Werner Fillmann
Original assignee: Schloemann Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1973-08-25
Filing date: 1973-08-25
Publication date: 1975-03-13
Also published as: SE7410701L; FR2241397A1; GB1441347A; CH573301A5; DD114032A5; IT1020072B; JPS5051166A; FR2241397B3

Description

PATENTANWÄLTE F .W . H EM M E R ICH · G E R D M O L L E R · D . G R U SSE 2342957

24.8.1973 ko.th βο 455

SIEMAG Siegener Maschinenbau GmbH, 5912 Hilchenbach-Dahlbruch

Verfahren zum diskontinuierlichen Herstellen von Mehrschicht-Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum diskontinuierlichen Herstellen von Mehrschicht-Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff,bei dem ein ungeschäumter Kunststoff und ein ein Treibmittel enthaltender Kunststoff über eine zentrale. Düse und eine dieselbe umgebende Ringdüse in eine Form eingespritzt werden.

Formteile aus treibmittelhaltigem Kunststoff haben gegenüber Formteilen aus kompaktem Kunststoff den Vorteil, daß sie einerseits wanddickenunabhängig gefertigt werden können und andererseits wesentlich leichter sind, was eine erhebliche Materialersparnis mit sich bringt, ohne daß dadurch die erforderliche Festigkeit der Formteile unterschritten wird. Der Nachteil von aus treibmittelhaltigen Kunststoffen hergestellten Formteilen besteht lediglich darin, daß dieselben eine verhältnismäßig rauhe Oberfläche besitzen. Wenn diese rauhe Oberfläche unerwünscht ist, muß dieselbe durch eine nachträgliche Behandlung der Formteile beseitigt werden. Zur nachträglichen Verbesserung der Oberfläche von aus treibmittelhaltigen Kunststoffen gefertigten Teilen ist eine Vielzahl von Verfahren bekannt, die jedoch alle einen meist· nicht gerechtfertigten Aufwand erfordern.

Aus der DT-AS 1 778 457 ist nun ein Verfahren zum Herstellen von Mehrschicht-Formteilen mit einem geschäumten Kern und

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einer ungeschäumten thermoplastischen Außenhaut bekannt, bei dem in eine Form zuerst ein Pfropfen einer ersten, die Form nicht ausfüllenden Charge aus unschäumbarem thermoplastischem Material und dann vor dem Erstarren des Mittelteiles dieses Pfropfens der ersten Charge eine zweite, ein Treibmittel enthaltende Charge aus thermoplastischem Material in dieses Mittelteil eingespritzt wird, wobei das Material der zweiten Charge das Material der ersten Charge nach allen Seiten in die Form drückt, und diese vollständig ausfüllt. Um nun sicherzustellen, daß die zuerst eingespritzte Charge von der nachfolgenden, das Treibmittel enthaltenden Charge gleichmäßig an die Wandung der Form angepreßt und nicht soweit auseinandergetrieben wird, daß es reißt, muß die Menge des unschäumbaren thermoplastischen Materials um ein vorbestimmtes Maß größer sein als sie eigentlich für die Herstellung einer ungeschäumten thermoplastischen Außenhaut erforderlich ist.

Aus der DT-OS 2 241 oo2 ist ferner ein Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffteilen mit glatter Oberfläche und porigem Kern bekannt, bei dem im Anschluß an das Einspritzen eines Teiles des die glatte Oberfläche bildenden Kunststoffes ein ein Treibmittel enthaltender Kunststoff gleichzeitig mit weiterem, die glatte Oberfläche bildendem Kunststoff eingespritzt wird. Der ein Treibmittel enthaltende Kunststoff strömt dabei über eine zentrale Düse in die Form, während der die glatte Oberfläche bildende Kunststoff über eine die zentrale Düse umgebende Ringdüse in die Form gelangt. Dstaei diesem Verfahren während, der simultanen Einspritzphase der beiden unterschiedlichen Kunststoffe nur noch wenig die ■ glatte Oberfläche bildender Kunststoff an die dem Anguß gegenüberliegende Formwand der Form, an der die sogenannte Sichtseite des fertigen Formteiles gebildet wird, gelangt, muß die zuerst eingespritzte Teilmenge des die glatte Oberfläche bildenden Kunststoffes größer sein als sie normaler-

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weise für die Bildung einer geschlossenen Außenhaut notwendig ist. An der dem Ausguß benachbarten Seite des fertigen Formteiles ist diese Außenhaut unnötig dick.

Die mittels dieser bekannten Verfahren hergestellten Mehrschicht -Formteile weisen also eine vollkommen geschlossene Außenhaut aus ungeschäumtem Kunststoff auf, die sich nicht nur, wie beispielsweise bei Möbel oder Möbelteilen erforderlich, an der Sichtseite sondern auch dort befindet, wo sie überhaupt nicht erforderlich ist und zur Gewichts- und Kostenverringerung eingespart werden könnte.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum diskontinuierlichen Herstellen von Mehrschicht-Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff zu schaffen, bei dem sich der ungeschäumte Kunststoff nur an der Sichtfläche der Formteile befindet, so daß das Gewicht der Formteile verringert und gleichzeitig teures Material eingespart werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren vorgeschlagen, daß der ungeschäumte Kunststoff und der ein Treibmittel enthaltende Kunststoff durch gleichzeitiges öffnen der zentralen Düse und der Ringdüse simultan in die Form eingespritzt werden. Durch dieses gleichzeitige Einspritzen der beiden Kunststoffe gelangt der ungeschäumte Kunststoff in verhältnismäßig dünner Schicht nur auf eine Seite des Forminnenraumes, während der andere Teil des Forminnenraumes durch den ein Treibmittel enthaltender Kunststoff ausgefüllt wird. Dabei wird entweder der ungeschäumte Kunststoff durch die zentrale Düse und der ein Treibmittel enthaltende Kunststoff durch die Ringdüse oder der ungeschäumte Kunststoff durch die Ringdüse und der ein Treibmittel enthaltende Kunststoff durch die zentrale Düse

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in die Form eingespritzt. Der durch die zentrale Düse in die Form eingespritzte, ungeschäumte Kunststoff gelangt dabei stets auf die dem Anguß gegenüberliegende Seite des Formraumes, während der durch die Ringdüse eingespritzte, ungeschäumte Kunststoff sich nur über die dem Anguß zugewandte Fläche des Formraumes verteilt. Die beiden Kunststoffe werden entweder mit gleicher oder ungleicher Geschwindigkeit in die Form eingespritzt, was durch eine entsprechende Beaufschlagung der Kolben der Spritzzylinder erreichbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Dabei zeigt

Figuren 1 bis 4 verschiedene Phasen des Einspritzens von ungeschäumtem Kunststoff durch eine zentrale Düse und von Treibmittel enthaltendem Kunststoff über eine Ringdüse und

Figuren 5 bis 8 verschiedene Phasen während des Einspritzens von ungeschäumtem Kunststoff durch eine Ringdüse und von ein Treibmittel enthaltendem Kunststoff durch eine zentrale Düse.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist ein Spritzkopf/einer Vorrichtung zur diskontinuierlichen Herstellung von Mehrschicht-Formkörpern dargestellt, der von einer nichtgezeichneten Spritzkopfhalterung aufgenommen wird und an den zwei nicht dargestellte, an sich bekannte Spritzzylinder angeschlossen sind. Der Spritzkopf 1 liegt im Bereich eines Angußkanales 2 an einer Form j5 an, die in diesem Ausführungsbeispiel einen einfach gestalteten Hohlraum 4 zur Herstellung eines Mehrschicht-Formteiles besitzt. In dem Spritzkopf 1 ist eine Hülse 5 axial verschiebbar gelagert, die ihrerseits eine Düsennadel 6 axial bewegbar aufnimmt. Sowohl die Hülse 5 als auch die Düsennadel 6 erstrecken sich in diesem Ausführungsbeispiel bis zur Vor-

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derfläche des Spritzkopfes 1 und schließen gemeinsam die Austrittsöffnung des Spritzkopfes 1 an. Der Hülse 5 und der Düsennadel 6 sind getrennte, in der Zeichnung nicht dargestellte Antriebe bekannter Bauart zugeordnet, durch die die Hülse 5 und die Düsennadel 6 aus ihrer Schließstellung und zurück bewegbar sind.

In den Spritzkopf 1 ist ein Kanal 7 eingearbeitet, der einen der nicht gezeigten Spritzzylinder mit einem die Hülse 5 umgebenden Ringraum 8 verbindet. Dabei läßt die Zeichnung erkennen, daß dieser Ringraum 8 durch die Hülse 5 geschlossen ist. Zwischen der Hülse 5 und der Düsennadel 6 ist ebenfalls ein Ringraum 9 gebildet, der über einen Durchlaß Io in der Hülse 5 mit einem weiteren Kanal 11 im Spritzkopf 1 in Verbindung steht, an den der andere Spritzzylinder angeschlossen ist. In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Pign. 1 bis 4 wird über den Kanal 11 dem Ringraum 9 und damit dem Spritzkopf 1 ungeschäumter thermoplastischer Kunststoff zugeführt, während über den Kanal 7 ein ein Treibmittel enthaltender Kunststoff in den Ringraum 8 des Spritzkopfes 1 gelangt.

Bei der Herstellung eines Mehrschicht-Formteiles wird bei geschlossener Hülse 5 und geschlossener Schließnadel 6 gemäß Fig. 1 in dem mit dem Kanal 11 verbundenen Spritzzylinder ein ungeschäumter, die glatte Oberfläche bildender Kunststoff und in dem mit dem Kanal 7 verbundenen Spritzzylinder ein ein Treibmittel enthaltender Kunststoff dosiert. Sobald die beiden nicht gezeigten Spritzzylinder in an sich bekannter Weise "gespannt" sind, werden die beiden Antriebe von Hülse 5 und Schließnadel 6 derart · beaufschlagt, daß die Hülse 5 und die Schließnadel 6 einerseits die Ausspritζöffnung des Spritzzylinders 1 und andererseits die Düsennadel 6 die Auslaßöffnung in der Hülse freigeben. Damit kann ein thermoplastischer Kunststoffstrang über den Angußkanal 2 in den Hohlraum 4 der Form 5 einströmen,

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der aus einer Seele aus ungeschäumtem Kunststoff und einem Mantel aus einem ein Treibmittel enthaltendem Kunststoff besteht. Die Strömungsgeschwindigkeiten dieser beiden Kunststoffe können entweder gleich oder unterschiedlich sein, was durch eine entsprechende Beaufschlagung der Kolben in den Spritzzy-lindern steuerbar ist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ausströmgeschwindigkeit des ungeschäumten Kunststoffes geringfügig größer gewählt als die Strömungsgeschwindigkeit des ein Treibmittel enthaltenden Kunststoffes, Beim Eintreffen des ungeschäumten Kunststoffes in den Hohlraum 4 bildet sich derselbe zunächst kappenartig aus (Fig. 2) und trifft dann auf die dem Angußkanal 2 gegenüberliegende Fläche des Hohlraumes 4, wo eine dünne Schicht aus ungeschäumtem Kunststoff entsteht. Sobald sich eine ausreichende Menge von nicht schäumbarem Kunststoff und von ein Treibmittel enthaltendem Kunststoff in dem Hohlraum 4 befindet, werden durch entsprechende Beaufschlagung der Antriebe die Hülse 5 und die Düsennadel 6 wieder in ihre Schließstellung gemäß Pig. 1 bewegt. Dem ein Treibmittel enthaltenden Kunststoff wirkt in dem Hohlraum 4 nur der Druck der entweichenden Luft entgegen, so daß das in dem Kunststoff fein verteilte Treibmittel expandieren kann, was eine scheinbare Volumenvergrößerung der plastizierten Kunststoffmasse und damit eine Füllung des Hohlraumes 4 zur Folge hat (Fig. 4). Das in dem Hohlraum 4 gemäß Fig. 4 gebildete Formteil weist nun an der dem Angußkanal 2 gegenüberliegenden Fläche des Hohlraumes 4 eine verhältnismäßig dünne, jedoch geschlossene Schicht 12 aus ungeschäumtem Kunststoff auf, die sich in Abhängigkeit von der zugeführten Menge und der Einströmgeschwindigkeit bis auf die Seitenflächen des Formteiles erstreckt. Der übrige Teil des Hohlraumes 4 ist mit geschäumtem Kunststoff 135 ausgefüllt. Nach Ablauf der Reaktions- und Kühlzeit wird das fertige Formteil in

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an sich bekannter Weise durch öffnen der Form 3 entfernt und der oben beschriebene Vorgang wiederholt sich.

Die in der Fig. 5 gezeigte Anordnung besitzt den gleichen Aufbau wie die Vorrichtung gemäß Fig. 1, so daß für die Erläuterung der Arbeitsweise derselben die gleichen Bezugszahlen verwendet werden. Der Unterschied besteht lediglich darin, daß über den Kanal 7 dem Ringraum 8 ein nicht schäumender Kunststoff und über den Kanal 11 und den Durchlaß Io dem Ringraum 9 ein ein Treibmittel enthaltender Kunststoff zugeführt wird. Auch hier werden bei geschlossener Hülse 5 und geschlossener Schließnadel 6 in den nicht gezeigten Spritzzylindern die entsprechenden Kunststoffmengen dosiert. Sobald diese Spritzzylinder in an sich bekannter Weise "gespannt" sind, werden über die nicht dargestellten Antriebe die Hülse 5 und die Schließnadel 6 derart beaufschlagt, daß einerseits die Ausströmöffnung des Spritzkopfes 1 und andererseits die Ausströmöffnung in der Hülse 5 freigegeben wird. Damit kann ein thermoplastischer Kunststoffstrang über den Angußkanal 2 in den Hohlraum 4 der Form J einfSströmen, der eine Seele aus einem ein Treibmittel enthaltenden Kunststoff und einen Mantel aus kompaktem Kunststoff besitzt. Die Strömungsgeschwindigkeiten dieser beiden Kunststoffstränge können entweder gleich oder unterschiedlich sein, was durch eine entsprechende Beaufschlagung der Kolben in den Spritzzylinder steuerbar ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Einströmgeschwindigkeit des nicht schäumbaren Kunst stoffes geringfügig größer gewählt als die Geschwindigkeit des ein Treibmittel enthaltenden Kunststoffes.

Das in dem Kunststoff enthaltene Treibmittel beginnt in dem Hohlraum 4 zu expandieren, so daß der nicht schäumende Kunststoff an der dem Angußkanal 2 benachbarten Wand "des Hohlraumes 4 zum Anliegen kommt und dort eine dünne Schicht

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bildet. Wenn sich eine ausreichende Menge von ungeschäumtem Kunststoff und von ein Treibmittel enthaltendem Kunststoff in dem Hohlraum 4 befindet, werden durch entsprechende Beaufschlagung der Antriebe die Hülse 5 und die Düsennadel 6 wieder in ihre Schließstellung gemäß Pig. bewegt. Durch die weitere Expansion des Treibmittels wird der Hohlraum 4 ausgefüllt. Das fertige Formteil besitzt nun an der dem Angußkanal 2 benachbarten Wandfläche des Hohlraumes 4 eine Schicht aus ungeschäumtem Kunststoff, die sich noch über die Seitenflächen des Formteiles erstreckt. Der übrige Teil des Hohlraumes 4 ist mit geschäumtem Kunststoff ausgefüllt. Im Bereich des Angußkanales 2 befindet sich jedoch auch noch geschäumter Kunststoff. Dies hat nach Entfernen des Angusses zur Folge, daß sich in der ungeschäumten Kunststoffschicht eine sichtbare kreisförmige Fläche mit Schaumstruktur befindet.

Für den Fall, daß auch an der Abtrennstelle des Angusses eine Oberfläche aus ungeschäumtem Kunststoff vorhanden sein soll, bleibt die Hülse 5 während der Schließbewegung der Düsennadel 6 in ihrer Offenstellung, so daß kurz vor Beendigung des Spritzvorganges noch eine geringe Menge nichtschaumenden Kunststoffes über die von der Hülse 5 freigegebene Ringdüse in den Angußkanal 2 strömen kann. Durch diesen nichtschäumenden Kunststoff wird der im Angußkanal 2 verbliebene, ein Treibmittel enthaltende Kunststoff in den Hohlraum 4 der Form 3 gedrückt, so daß jetzt im Angußkanal 2 nur noch ungeschäumter Kunststoff vorhanden ist (Fig. 5). Das zuletzt beschriebene Verfahren wird dann angewendet, wenn die dem Anguß zugewandte Seite des Formteiles als sogenannte "Sichtseite" verwendet wird.

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Claims

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24.8.1975 ^k0*^{th 6o}

SIEMAG Siegener Maschinenbau GmbH, 5912 Hilchenbach-Dahlbruch

Pat entansprüche

Verfahren zum diskontinuierlichen Herstellen von Mehrschicht-Formteilen aus thermoplastischem Kunststoff, bei dem ein ungeschäumter Kunststoff und ein ein Treibmittel enthaltender Kunststoff über eine zentrale Düse und eine dieselbe umgebende Ringdüse in eine Form eingespritzt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß der ungeschäumte Kunststoff und der ein Treibmittel enthaltende Kunststoff durch gleichzeitiges Öffnen der zentralen Düse (6) und der Ringdüse (5) simultan in die Form (3) eingespritzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der ungeschäumte Kunststoff durch die zentrale Düse (6) und der ein Treibmittel enthaltende Kunststoff durch die Ringdüse (5) in die Form (5) eingespritzt werden.

^. Verfahren nach Anspruch I₉

dadurch gekennzeichnet, daß der ungeschäumte Kunststoff durch die Ringdüse (5) und der ein Treibmittel enthaltende Kunststoff durch die zentrale Düse (6) in die Form (3) eingespritzt werden.

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4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kunststoffe mit gleicher Geschwindigkeit in die Porm(^) eingespritzt werden.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kunststoffe mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in die Form (^) eingespritzt werden.

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