DE2343604A1

DE2343604A1 - Verfahren zum spritzgiessen von polymeren

Info

Publication number: DE2343604A1
Application number: DE19732343604
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kostov Georg Dimitrov; Dipl-Ing Sofia Georgieva
Original assignee: TS LAB STEX
Current assignee: TS LAB STEX
Priority date: 1972-09-22
Filing date: 1973-08-29
Publication date: 1974-03-28
Also published as: JPS49101486A; IT994136B; JPS5839658B2; FR2200103A1; NL7311172A; ATA717673A; AT351747B; GB1447683A; CH557229A; BG17372A1; FR2200103B1; BE803808A

Description

Verfahren zum Spritzgießen von Polymeren (Priorität: 22. September 1972, Bulgarien, Nr. 21 447)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von Polymeren zur Herstellung von Bauteilen für Konstruktionen und Maschinen. Diese Bauteile können im Maschinenbau und anderen Industriebereichen Anwendung finden, wo von den Polymer erzeugnis-? sen große Festigkeitswerte und andere äußerst gute mechanischphysikalische Eigenschaften und eine gute Ausführung gefordert und Metalle durch Kunststoffe ersetzt werden.

Es sind herkömmliche Verfahren zum Spritzgießen von thermoplastischem, duroplastischem und elastomerem Material bekannt. Sie bestehen im Schmelzen des Polymers - Homogenisieren, Einspritzen der Polymer-Schmelze in die Spritzform, d. h. in die formbildende Kammer der Spritzform, Härtung des Erzeugnisses und Entfernen aus der Spritzform. Die Verfahren werden mittels Spritzmaschinen durchgeführt, die aus einer in einem Füllzylinder angeordneten und den Spritzguß homogenisierenden, plastifizierenden und einspritzenden Schnecken-

-409813/0827

BAD ORIGINAL

1343604

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 Drucks des Spritzgusses bestehen.

Es ist auch ein Verfahren zum Spritzgießen von Polymer-Erzeugnissen unter Gasdruck bekannt, bei dem die die formbildende Kammer der Spritzform ausfüllende Polymer-Schmelze einem zweistufigen Gasdruck ausgesetzt wird. Die zweite Gasdruckstufe, die erfindungsgemäß höher als die erste ist, wird bis zur endgültigen Härtung des Erzeugnisses aufrechterhalten. Dieses Verfahren wird mittels herkömmlicher Spritzmaschinen durchgeführt, bei denen in der in der Spritzform eine Gaskammer angebracht ist, die mittels Ventilationskanälen mit der formbildenden Kammer und eines Sohrsystems zur Zufuhr und Ableitung des Gasdruckes verbunden ist. Am Standardpult zur automatischen Steuerung der Spritzmaschine ist eine elektro-pneumatische Vorrichtung zum Programmieren und Steuern der beiden Gasdruckstufen vorgesehen.

Die Nachteile der bisher bekannten Verfahren zum Spritzgießen von Polymer-Erzeugnissen sind, daß die hergestellten Erzeugnisse eine verhältnismäßig kleine Festigkeit aufweisen, stark schrumpfen und in ihren geometrischen Abmessungen instabil sind. Somit sind die nach diesen Verfahren hergestellten Polymer-Erzeugnisse für Konstruktionen und Maschinen ungeeignet. Mittels der bekannten Verfahren können keine Erzeugnisse mit genauen geometrischen Abmessungen hergestellt werden. Das Einsaugen in den Wänden des Erzeugnisses ist eine übliche Erscheinung. Außerdem weisen die Erzeugnisse Poren auf, die ebenfalls die mechanisch-physikalischen Eigenschaften und die Ausführung verschlechtern.

4098 1 3/0827

Bei der Anwendung des zweistufigen Gasdrucks werden in der Spritzform Erzeugnisse mit verbesserten Festigkeits-, Dichte-, Schrumpfungs- und Dauerfestigkeits-Daten hergestellt. In den Fällen, in denen dickwandige und komplizierte Erzeugnisse hergestellt werden müssen, ist das Verfahren unwirtschaftlich. In anderen Fällen, in denen von für Konstruktionen bestimmten Erzeugnissen hohe Festigkeiten gefordert werden, vorwiegend in den Zonen und Richtungen, die die maximalen Belastungen tragen müssen, ist dieses Verfahren nicht befriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spritzguß-Verfahren zur Herstellung von für Konstruktionen und Maschinen bestimmten Polymer-Erzeugnissen mit komplizierter Form und besonders großer Festigkeit anzugeben.

Diese Aufgabe wird unter Beibehaltung der bisherigen Arbeitsgänge (Schmelzen, Homogenisieren, Plastifizieren, Einspritzen, Härten und Entfernen des Erzeugnisses) bei dem herkömmlichen Verfahren zum Spritzgießen von Polymeren dadurch gelöst, daß die Polymer-Schmelze bei regulierbarem Gasdruck mehrfach eingespritzt wird. Beim ersten Einspritzen wird die formbildende Kammer der Spritzform vollkommen mit Polymer-Schmelze gefüllt. Während des Spritzens ist die Polymer-Schmelze dem in der Spritzform herrschenden Gasdruck ausgesetzt. Danach wird in die vollkommen mit Polymer-Schmelze gefüllte formbildende Kammer der Spritzform zusätzlich noch ein-, zwei- und mehrmals Polymer-Schmelze eingespritzt. Die zusätzlichen Einspritzungen sowie die erste Einspritzung werden während der fortschreitenden Bewegung der Schnecken-Kolben-rVorrichtung der Maschine durchgeführt, wobei der Füllzylinder nicht von der Spritzform abgenommen wird. Zwischen dem Ende jeder Einspritzung und dem Anfang jeder folgenden Einspritzung "wird ein Zeitintervall eingehalten. Die Wirkung des Gasdrucks wird nicht nur während der ersten Einspritzung aufrechterhalten, sondern auch während der zusätzlichen Einspritzungen. Der ganze technologische Prozeß wird automatisch mittels einer hierfür konstruierten und mit herkömmlichen Spritzmaschinen gekuppelten elektro-"

409813/0827

pneumatischen Unisversal-Vorrichtung a (in Fig. 1 und 2 (Blockschema) veranschaulicht) gesteuert, die auf drei Arbeitsgänge "automatische Regelung", "Gasdruck¹¹· -umd "zusätzliches Einspritzten" *■ eingestellt ····— wird.

Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens können die erste und die zusätzlichen Einspritzungen ohne Gasdruck erfolgen. Bei dieser Variante werden die herkömmlichen Spritzmaschinen benutzt, an die die elektro-pneumatische Uhiversal-Vorrich— tung (Fig. 1 und 2) zur automatischen Steuerung des technologischen Prozesses angeschlossen ist, die in diesem Fall auf zwei Arbeitsgänge, nämlich "automatische Regelung" und "zusätzliches Einspritzen" eingestellt wird.

Die Dauer des ZeitIntervalls zwischen den Einspritzungen, die Anzahl der zusätzlichen Einspritzungen, die Größe des Gasdrucks sowie auch die anderen Bestimmungsgrößen des Spritzgußprozesses werden in Abhängigkeit von der Eigenschaft der Polymer-Substanz, von Form und Abmessungen des Erzeugnisses und von den gewünschten mechanisch-physikalischen Eigenschaften und der Ausführungsart des Erzeugnisses bestimmt. Die Größe des Einspritzdrucks hängt von der Kapazität der benutzten Spritzmaschine ab, wobei der Einspritzdruck in allen Fällen größer als der regulierbare Gasdruck in der Spritzform ist, der von O bis 20 MN/rn variiert, wobei er gewöhnlich bis zu 15 M/m² beträgt.

Das Verfahren wird mittels herkömmlicher Spritzmaschinen durchgeführt, die zum Spritzgießen unter zweistufigem Gasdruck in der Spritzform geeigre t sind. In dieser ist bekanntlich eine zusätzliche Gaskammer angebracht, die teilweise und in bestimmten Fällen auch im Ganzen die formbildende Kammer umfaßt. Die beiden Kammern sind mittels Ventilationskanälen miteinander verbunden. Die Gaskammer ist auch mit einem Rohrsystem zur Zufuhr und Ableitung des Gasdrucks versehen. An diese Spritzmaschine wird die elektropneumatische Universal-Vorrichtung (Fig. 1 und 2) zur automatischen Steuerung des technologischen Prozesses gemäß dem Verfahren angeschlossen. 409013/082^

- Sr-

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Erzeugnissen aus Polymer-Materialien mit gleichgerichteter und in zwei Richtungen verlaufender "Bewehrung", und zwar aus demselben Polymer-Material, wie bei glasfaserverstärkten Kunststoffen (Plasten). Diese "Bewehrung" ist das Ergebnis einer gleichgerichteten oder orthogonalen Orientierung des Polymer-Materials und der optimalen Erhöhung der Festigkeit in diesen Zonen und Richtungen der tragenden Erzeugnisse, die konstruktiv zur Aufnahme der maximalen Belastungen (Verstärkungsrippen, Verdichtung und andere) bestimmt sind.

Das Verfahren besitzt auch den Vorteil, daß es die Herstellung von Polymer-Erzeugnissen mit komplizierter Form und mit wesentlich größerer Festigkeit und anderen mechanisch-physikalischen und Ausführungsdaten sowie mit stabilen und präzisen geometrischen Abmessungen ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der nachstehend angeführten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Niederdruck-Polyäthylen mit großer Dichte (BULEU A 60X) wird mittels einer Spritzmaschine "Monomat 80" gegossen.

In der Spritzform 4 (Fig. 1) ist eine Gaskammer 6 vorgesehen, die m.'ttels Ventilationskanälen 7 mit der formbildenden Kammer 5 sowie mit dem Rohrsystem zur Zufuhr und Ableitung des Gasdrucks verbunden ist. Das Polymer wird durch Schmelzen, Homogenisieren, Plastifizieren und Einspritzen in die Spritzform spritzgegossen. Das Einspritzen erfolgt bei einem Spritzdruck von 99,0 M/m . Die die formbildende Kammer 5 der Spritzform 4 ausfüllende eingespritzte Polymer-Schmelze wird einem Gasdruck von 5,0 MlT./m ausgesetzt. Während dieses Arbeitsganges ist das Steuerventil 2 (Fig. 1 und 2) stets geschlossen (das Ventil dient zum Steuern und Regulieren des Gasdrucks, wenn dieser während des Spritzgießens verändert wird). Mit Hilfe des Programmierteils der aus Umschaltern 11 bis 15 bestehenden elektro-pneumatischen Üniversal-Vorrichtung wird die Vorrichtung auf Arbeitsgänge "automatische Regelung", "Gasdruck" und "zusätzliches Einspritzen" eingestellt. Bei diesen Arbeitsgängen wird der Block 21

409813/0027

- it -

zur manuellen Steuerung abgeschaltet und der Block 17 zur Zufuhr des Gasdrucks, der Block 18 zur Ableitung des Gasdrucks und der Block 16 zum zusätzlichen Einspritzen angeschlossen, wobei das Ventil 2 vom pneumatischen Teil der Vorrichtung 19 auf ständig geschlossen programmiert wird. Vom Preßgas-Behälter R wird das komprimierte Gas der Spritzform (Pig. 1) zugeführt, wobei das Steuerventil 1 geöffnet und das Steuerventil 5 geschlossen ist. Das Gas füllt die Gaskammer 6 und wird mittels der Ventilationskanäle 7 der formbildenden Kammer 5 zugeführt. Mit Hilfe des Blocks 16 zum zusätzlichen Einspritzen (Fig. 2) nach dein Einspritzen der die formbildende Kammer 5 vollkommen ausfüllenden ersten Portion Polymer-Schmelze wird zusätzlich eine neue Portion Polymer-Schmelze eingespritzt. Zwischen beiden Einspritzungen wird ein Zeitintervall eingehalten. Die zusätzliche Einspritzung sowie auch die erste Einspritzung erfolgen während der fortschreitenden Bewegung der Schnecken-Kolben-Vorrichtung 10, wobei der Füllzylinder 9 nicht von der Spritzform abgenommen wird. Das Erzeugnis wird nach der zweiten Einspritzung von dem auf dasselbe wirkenden Gasdruck entlastet. Dies wird durch Schließen des Steuerventils 3 mit Hilfe des Blocks 20 und des Blocks 18 der Vorrichtung erreicht. Der nächste Arbeitsgang ist das Entfernen des erhärteten Erzeugnisses aus der Spritzform. Alle Arbeitsgänge der elektro-pneumatischen Vorrichtung werden mittels eines Lichtbildschirms 22 der Vorrichtung (Fig. 2) kontrolliert. Die Analyse-Daten aus der Prüfung der erhaltenen Muster sind in Tabelle 1 im Vergleich zu nach den anderen Verfahren zum Spritzgießen hergestellten Mustern angegeben.

■ Beispiel 2 ■

Niederdruck-Polyäthylen mit großer Dichte (BULEN A 60 X) wird erfindungsgemäß mittels der Spritzmaschine "Monomat 80" spritzgegossen. Das Polymer wird durch Schmelzen, Homogenisieren, Plastifizieren, Einspritzen in die Spritzform spritzgegossen. Das Einspritzen erfolgt bei einem Spritzdruck von 95,0 MN/m . Die elektro-

409813/0827

pneumatische Universalvorrichtung^ird auf die Arbeitsgänge "automatische Regelung" {"Automat") und "zusätzliches Einspritzen" eingestellt, wobei mit Hilfe der Umschalter 12, 13, 14 und 15 vom Programmierabschnitt der Vorrichtung die Blöcke 16 und 20 und die Blöcke 17, 18, 19 und 21 ausgeschaltet werden.(Pig. 2). In die vollkommen mit Polymer-Schmelze ausgefüllte formbildende Kammer 5 der Spritzform 4 wird nach dem ersten Einspritzen mit Hilfe des Blocks 16 und des Blocks 20 zusätzlich eine neue Portion Po^mer-Schmelze eingespritzt. Das zusätzliche Einspritzen sowie das erste Einspritzen werden während der fortschreitenden Bewegung der Schnekken-Kolben-Vorrichtung durchgeführt, wobei der Püllzylinder 9 von der Spritzform 4 nicht abgenommen wird (Pig. 1). Der nächste Arbeitsgang ist die Entfernung des erhärteten Erzeugnisses aus der Spritzform. Die Analyse-Daten der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Probe-Muster sind in Tabelle 1 im Vergleich zu den nach anderen Verfahren zum Spritzgießen hergestellten Probe-Mustern angegeben.

Tabelle 1

Material: Polyäthylen mit großer Dichte

Spritzverfahren herkömmlich mit zweistu- gem. der gem. der

figem Gasdruck Erfindung Erfindung .- Beisp. 2 Beisp.

⁶⁵>³⁸

409813/0827

- ir·-

Beispiel 3

Polypropylen O¹DAPLEIi") wird erf indungsgemäß _ spritjsgagQ.sr.,, ■*...

sen, wobei die in Beispiel 1 angeführten Arbeitsgänge eingehalten werden. Der Spritzdruck beträgt 107 MN/m , der Gasdruck in der Spritzform 6,0 MN/m . Die Analyse-Daten der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Probe-Muster sind in Tabelle 2 im Vergleich zu den nach den anderen Verfahren zum Spritzgießen hergestellten Probe-Mustern veranschaulicht.

Beispiel 4

Polypropylen ("DAPLEN") wird erfindungsgemäß spritzgegossen, wobei die in Beispiel 2 angegebenen Arbeitsgänge eingehalten werden. Der Spritzdruck beträgt 1 000,0 MN/m . Die Analyse-Daten der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Probe-Muster sind in Tabelle 2 im Vergleich zu den nach den anderen Verfahren zum Spritzgießen hergestellten Probe-Mustern veranschaulicht.

Tabelle 2

Material: Polypropylen "DAPLEN¹¹

Spritzverfahren herkömmlich mit zweistufigem Gasdruck

gemäß der gemäß der Erfindung Erfindung Beisp. 4 Beisp. 3

Zugfestigkeit
GTp - MN/m

30,90

47,71

51,696

53,86

409813/Q827

Patentansprüche BAD ORIGINAL

Claims

PAIENIAISPRÜCHE DA-9643

.J Verfahren zum Spritzgießen von Polymeren durch Schmelzen, Homogenisieren, Plastifizieren, Einspritzen und Härten, dadurch gekennzeichnet , daß in die vollkommen mit Polymer-Schmelze ausgefüllte formbildende Kammer der Spritzform zusätzlich Polymer-Schmelze eingespritzt wird, wobei der Gasdruck in der Spritzform D "bis 20 Μϊ/m² beträgt.
2. "Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennz eichene t , daß ein Mal zusätzlich eingespritzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mehrmals zusätzlich eingespritzt wird.

409813/0827