DE2412779A1

DE2412779A1 - Improving flowability of filled plastics before injection moulding - by vibration to generate thixotropic effect from subsidiary fillers

Info

Publication number: DE2412779A1
Application number: DE2412779A
Authority: DE
Inventors: Georg Prof Dr Ing Menges; Klaus Dipl Ing Schramm
Original assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Current assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Priority date: 1974-03-16
Filing date: 1974-03-16
Publication date: 1975-09-25

Abstract

Thixotropic plastics, contg. a high proportion of filler materials, are plasticised before they are injected into a mould, by introducing a charge of the ready-mixed material into a chamber immediately upstream of the injection nozzle and producing an oscillating shearing action in the material, until it is sufficiently flowable to be injected. The method is used for injecting plastics contg. a high proportion of inorganic fillers. e.g. glass fibres, additional fillers such as silicates, carbonates, talc or the like being added to produce the thixotropic effect. The resultant reduction in the viscosity and increase in the flowability of the material is virtually independent of temp., so that the method is especially advantageous for thermosetting plastics, where a high temp. is undesirable before injection.

Description

Verfahren zum Plastifizieren von hochgefüllten thixotropen Kunststoff-Formmassen und Plastifiziereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Plastifizieren von hochgefüllten thixotropen Kunststoff-Formmassen, die plastifiziert mittels eines Förderaggregates durch eine Spritzdüse in ein Formwerkzeug gespritzt werden, und eine Plastifiziereinrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Dabei werden unter hochgefüllten thixotropen Formmassen solche Massen verstanden, bei denen die anorganische Füllstoffphase einen großen Teil des Gesamtvolumens ausmacht, z.B. glasfaserverstärkten UP-Harzmassen, denen zusätzlich als Füllstoff Silikate, Karbonate, Talkum o.a. zugegeben sind.Process for plasticizing highly filled thixotropic plastic molding compounds and plasticizing device for carrying out the method. The invention relates to a process for plasticizing highly filled thixotropic plastic molding compounds, which is plasticized by means of a conveyor unit through a spray nozzle into a molding tool be injected, and a plasticizing device for performing this process. Highly filled thixotropic molding compounds are understood to mean those compounds in which the inorganic filler phase makes up a large part of the total volume, e.g. glass fiber reinforced UP resin masses, which are additionally filled with silicates, Carbonates, talc, etc. are added.

Um Kunststoffe in einen für die Formgebung notwendigen fließfähigen Zustand, den Schmelz zustand, zu überführen, bedürfen sie bisher in der Regel der Erwärmung, d.h. der Zufuhr von Wärme durch Leitung oder Konvektion.To make plastics in a flowable state that is necessary for shaping To transfer the state, the enamel state, they have so far generally required the Warming, i.e. the supply of heat by conduction or convection.

Bei Thermoplasten wird die zugeführte Wärme nach der Formgebung noch vor der Entformung wieder abgeführt, während sie bei reagierenden Formmassen gleichzeitig den Ablauf einer Vernetzungsreaktion bewirkt, die erst im Werkzeughohlraum in größerein Maße auftreten darf. Unter ungünstigen Umständen kann es aber auch schon im Plastifizieraggregat zur Vernetzung kommen.In the case of thermoplastics, the heat supplied is still used after shaping discharged again prior to demolding, while they are at the same time in the case of reactive molding compounds causes a crosslinking reaction to take place, which only increases in size in the mold cavity Dimensions may occur. Under unfavorable circumstances, however, it can also happen in the plasticizing unit come to networking.

Die Schneckenplastifizierung hat sich in vielen Fällen allgemein bewährt und durchgesetzt; sie weist jedoch insbesondere bei der Verarbeitung hochgefüllter und mit Verstärkungsfasern versehener Formmassen - speziell teigiger und langfaserhaltiger Formmassen - Nachteile auf. Der von der Formmasse in einer Schneckenplastifizieranlage zurückzulegende Weg ist nämlich verhältnismäßig lang. Die sich daraus ergebenden Verweilzeiten werden nur bedingt von allen Formmassen ertragen. Vor allem bei reagierenden Formmassen müssen erhebliche Vorkehrungen wie Schneckeninnentemperierung usw. getroffen werden, damit bei den auftretenden Verweilzeiten wegen örtlicher Uberhitzung keine Reaktionen einsetzen. Oft läßt sich aber auch ein mechanischer Abbau von langfaserigen Verstärkungszusätzen während der Plastifizierung der Formmasse in Schneckenaggregaten nicht vermeiden.The screw plasticization has generally proven itself in many cases and enforced; However, it shows particularly when processing highly filled and molding compounds with reinforcing fibers - especially doughier and longer fiber-containing Molding compounds - disadvantages. That of the molding compound in a screw plasticizing plant The distance to be covered is relatively long. The resulting Residence times are only tolerated by all molding compounds to a limited extent. Especially with responsive ones Molding compounds must take considerable precautions such as internal screw temperature control, etc. so that there are no dwell times due to local overheating Use reactions. Often, however, a mechanical one can also be used Dismantling of long-fiber reinforcement additives during the plasticization of the molding compound not to be avoided in screw units.

Von der Förderung her sind für schlecht fließende bzw. rieselnde hochgefüllte, evtl. teigige Formmassen Kolbenmaschinen besser geeignet als Schneckenmaschinen. Ihr Nachteil liegt aber in der ungleichmäßigen Temperaturverteilung in der Schmelze; ein temperaturinhomogenes Plastifikat ist nämlich nicht zu vermeiden, weil die Wärme größtenteils über Leitung zugeführt wird.In terms of funding, poorly flowing or trickling, highly filled, possibly doughy molding compounds piston machines are more suitable than screw machines. Their disadvantage, however, is the uneven temperature distribution in the melt; a temperature inhomogeneous plasticate cannot be avoided because the heat is mostly supplied by line.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Plastifizieren von hochgefüllten thixotropen Kunststoff-Forinmassen zu schaffen, das die Nachteile der bisher bekannten Verfahren vermeidet und das Plastifizieren in einfacher und sicherer Weise ermöglicht.The invention is therefore based on the object of providing a method for To create plasticizing of highly filled thixotropic plastic molding compounds, which avoids the disadvantages of the previously known processes and plasticizing made possible in a simple and secure manner.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß Füllstoffe, z.B. Silikate (Kaolin), Karbonate (Kreide), Talkum o.a. in Kunststoffschmelzen oder in teigigen Kunststoff-Formmassen oft als Thixotropiermittel wirken, d.h. eine reversible Verdickung der Formmassen bewirken, daß aber bei zeitlich anhaltender Scherbeanspruchung dieser Formmassen trotz gleichbleibender Temperatur eine Viskositätserniedrigung auftritt.To solve this problem, the invention is based on the knowledge that fillers, e.g. silicates (kaolin), carbonates (chalk), talc, etc. in plastic melts or often act as a thixotropic agent in doughy plastic molding compounds, i.e. a cause reversible thickening of the molding compositions, but with a longer duration Shear stress on these molding compounds results in a decrease in viscosity despite the temperature remaining the same occurs.

Demzufolge besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß eine mindestens für eine Formwerkzeug-Füllung ausreichende Formmassen-Menge mittels des Förderorgans in eine der Spritzdüse unmittelbar vorgeschaltete Plastifiziereinrichtung gefördert und dort dann durch oszillierende Scherung beansprucht wird, und zwar solange, bis die Formmasse eine zum Herstellen von Formteilen ausreichende Fließfähigkeit erreicht hat.Accordingly, the solution according to the invention is that at least one Sufficient amount of molding compound for filling the mold by means of the conveying element conveyed into a plasticizing device immediately upstream of the spray nozzle and there is then stressed by oscillating shear, until the molding compound achieves sufficient flowability for the production of molded parts Has.

Es wird also eine Plastifizierung der Formmassen durch gleichmäßige und reproduzierbare Verminderung der Viskosität erreicht und zwar in der Art, daß das durch den Füllstoffanteil erhöhte Viskositätsniveau durch eine bis zum Einspritzzeitpunkt oder u.U.So there is a plasticization of the molding compounds by uniform and reproducible reduction in viscosity achieved in such a way that the viscosity level increased due to the filler content by one up to the point of injection or possibly

während des Einspritzens andauernde oszillierende Scherbeanspruchung deutlich gesenkt wird. Dieser als Thixotropie bezeichnete Effekt selbst ist temperaturunabhängig, obwohl gleichzeitig damit eine eine Temperaturerhöhung der Formmasse aufgrund der eingebrachten Reibungswärme (# = 7 g 2) verbunden ist.Continuous oscillating shear stress during injection is reduced significantly. This effect, known as thixotropy, is independent of temperature, although at the same time a an increase in temperature of the molding compound due to the frictional heat introduced (# = 7 g 2).

Wie durchgeführte Untersuchungen gezeigt haben (vgl. Fig. 1), besteht die Möglichkeit, bei thixotropen Formmassen durch gezielte Scherbeanspruchung eine Viskositätserniedrigung durch Umstrukturierung der Füllstoffteilchen und damit durch Verschiebung des Aggregationsgleichgewichtes zu etwa 30 % niedrigeren Werten der Schubspannung zu erreichen.As carried out investigations have shown (see FIG. 1), there is the possibility of using thixotropic molding compounds through targeted shear stress Viscosity reduction through restructuring of the filler particles and thus through Shift of the aggregation equilibrium to about 30% lower values of the To achieve shear stress.

Bei Ausnutzung des Thixotropieeffektes kann eine niedrigere Plastifiziertemperatur zugelassen werden. Bei Reaktionsformmassen bedeutet das eine größere Sicherheit gegen Aushärtung schon in der Plastifiziereinrichtung, bei Plastomeren bedeutet das eine Verringerung der Kühlzeit und damit der Zykluszeit, weil dabei einegeringere Wärmemenge abgeführt werden muß.If the thixotropy effect is used, a lower plasticizing temperature can be used be allowed. In the case of reaction molding compounds, this means greater safety means against hardening already in the plasticizing device, in the case of plastomers this is a reduction in the cooling time and thus the cycle time, because it is less Amount of heat must be dissipated.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein der Spritzdüse unmittelbar vorgeschaltetes, schwingend angetriebenes Bauteil vorgesehen, durch das oszillierende Bewegungen in die in einem Raum vor der Spritzdüse befindliche Formmasse eing#eleitet wird.One of the spray nozzles is used to carry out the method according to the invention directly upstream, oscillating driven component provided by the oscillating movements in the one located in a space in front of the spray nozzle Molding compound is introduced.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Abhängigkeit der Schubspannung der Formmasse von der Scherzeit ts, mit und ohne Vibration, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Plastifiziereinrichtung mit dem zugehörigen Förderaggregat, z.T. im Längsschnitt, Fig. 3 eine Plastifiziereinrichtung ähnlich der Fig. 2, aber mit einer anderen Einrichtung zur Erzeugung der Schwingbewegungen, Fig. 4 eine Plastifiziereinrichtung ähnlich Fig. 3, aber mit einem anderen Förderaggregat, Fig. 5 -einen Querschnitt gemäß A./. B in Fig. 2.Further details and advantages of the invention are based on the Embodiments explained in more detail. They show: FIG. 1 the dependence of the shear stress of the molding compound from the shear time ts, with and without vibration, FIG. 2 shows an inventive Plasticizing device with the associated conveyor unit, partly in longitudinal section, 3 shows a plasticizing device similar to FIG. 2, but with a different device for generating the oscillating movements, Fig. 4 a plasticizing device similar Fig. 3, but with a different delivery unit, Fig. 5 - a cross section according to A. /. B in Fig. 2.

Das Förderaggregat besteht zur Fertigung von Formteilen entweder (Fig. 2,3) bei teigigem, wirrfaserigem Ausgangszustand der Formmassen (z.B. BMC oder DMC) aus einem Zylinder 1 und einem Spritzkolben 2 oder in den Fällen (Fig. 4), in denen teigige Massen in Strang- oder Bandform vorliegen oder in denen die Formmasse vorplastifiziert werden soll, aus einem Zylinder 1' und einer tiefgeschnittenen Förderschnecke 3 zur Füllung des Spritzzylinderraumes 4.For the production of molded parts, the conveying unit is either (Fig. 2,3) in the case of doughy, randomly fibrous initial state of the molding compounds (e.g. BMC or DMC) from a cylinder 1 and an injection plunger 2 or in the cases (Fig. 4) in which doughy masses are available in strand or ribbon form or in which the molding material is preplasticized is to be made of a cylinder 1 'and a deep-cut screw conveyor 3 for filling the injection cylinder space 4.

Im Falle der kontinuierlichen Extrusion von Profilen kann die Förderfunktion von mehreren Kolbensystemen, die auf ein gemeinsames Formwerkzeug arbeiten oder von einer Schneckenpresse übernommen werden. Je nach der Art der Formmasse kann zur Verbesserung der Förderwirkung oder zur Anplastifizierung die Fördereinheit temperiert werden.In the case of continuous extrusion of profiles, the conveying function of several piston systems that work on a common mold or be taken over by a screw press. Depending on the type of molding compound can to improve the conveying effect or to plasticize the conveying unit be tempered.

Aus dem Zylinderraum 4 des Förderaggregats gelangt die teigige oder vorplastifizierte Formmasse in die eigentliche Plastifiziereinrichtung. Diese wird gebildet von einem an mehreren Stegen 5 gehaltenen sogenannten Torpedo 6 und einem Zylinder 7.The doughy or preplasticized molding compound in the actual plasticizing device. This will formed by a so-called torpedo 6 and one held on several webs 5 Cylinder 7.

Eins dieser Bauteile, Zylinder oder Torpedo, führt, gesteuert von einem in bekannter Weise angetriebenen Schwingungserzeuger 8 eine Schwingbewegung (f = 0 - 50 Hz, A = 5 mm) vorzugsweise in Tangentialrichtung aus, die in das sich in der Plastifiziereinrichtung befindliche Material übertragen wird. Gegebenenfalls können zur besseren Bewegungsübertragung Lamellen 11 in Axialrichtung auf der Torpedoaußen- und Zylinderinnenwandung angeordnet sein. Eine Lippendichtung 9 übernimmt die Abdichtung der sich relativ zueinander bewegenden Maschinenteile.One of these components, cylinder or torpedo, leads, controlled by a vibrator 8 driven in a known manner, an oscillating movement (f = 0 - 50 Hz, A = 5 mm) preferably in the tangential direction, which is in the Material located in the plasticizing device is transferred. Possibly can for better movement transmission lamellae 11 in the axial direction on the torpedo outer and the inner wall of the cylinder can be arranged. A lip seal 9 takes over the sealing of the machine parts moving relative to one another.

Zylinder und Torpedo können im Falle einer notwendig werdenden Wärmezu- oder -abfuhr Über 10 temperiert werden.The cylinder and torpedo can be used in the event that heat is or discharge over 10 are tempered.

Die Geometrie der Plastifizierzoneist so ausgelegt, daß die darin befindliche Formmasse nahezu homogen solange beansprucht wird, bis eine ausreichende Viskositätserniedrigung der Masse erfolgt ist.The geometry of the plasticizing zone is designed so that the inside The molding compound located is subjected to an almost homogeneous load until sufficient The viscosity of the mass has decreased.

Die Beanspruchungszeit liegt erfahrungsgemäß in der Größenordnung bis zu mehreren Minuten.Experience has shown that the exposure time is in the order of magnitude up to several minutes.

Die sich aus der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Plastifiziereinrichtung ergebenden Vorteile bestehen bei gefüllten Reaktionsformmassen in erster Linie in der niedrigen Verarbeitungstemperatur - es können keine Reaktionen vorzeitig ablaufen - , im geringen mechanischen Abbau der Verstärkungsfasern und in der homogenen Plastifizierung. Die Vorteile bei der Plastifizierung ron hochgefüllten Thermoplasten liegen darin, daß bei vergleichbar niedrigerenForrtimassetemperaturen der Formteilbildungsprozeß bei gleichzeitiger Verkürzung der Kühl-bzw. Zykluszeit ermöglicht wird.The result of the application of the method according to the invention and the The associated plasticizing device has advantages in the case of filled reaction molding compounds primarily in the low processing temperature - no reactions can occur run off prematurely -, in the low mechanical degradation of the reinforcing fibers and in homogeneous plasticizing. The advantages of plasticizing ron highly filled Thermoplastics are that at comparatively lower mold temperatures the molding process with simultaneous shortening of the cooling or. Cycle time is made possible.

Claims

Patent claims

Process for plasticizing highly filled thixotropic plastic molding compounds, which is plasticized by means of a conveyor unit through a spray nozzle into a molding tool be sprayed, characterized in that one for at least one molding tool filling Sufficient amount of molding compound directly into one of the spray nozzles by means of the conveying element Upstream plasticizing device promoted and then there by oscillating Shear is stressed until the molding compound is used to manufacture of molded parts has achieved sufficient flowability.

2. Plasticizing device for performing the method according to claim 1, characterized in that one immediately upstream of the spray nozzle, oscillating driven component (torpedo 6 or cylinder 7) is provided by the oscillating Initiated movements in the molding compound located in a space in front of the spray nozzle will.

3. Plasticizing device according to claim 2, characterized in that that the plasticizing device is a gap-shaped one serving to receive the molding compound Plasticizing space (between torpedo 6 and cylinder 7), the walls of which move in an oscillating manner relative to one another.

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