DE2420686A1

DE2420686A1 - Glass fibre reinforced thermoplastics prodn. - fibres being injected into only the homogenisation zone of barrel

Info

Publication number: DE2420686A1
Application number: DE2420686A
Authority: DE
Inventors: Dov B Dr Henis; Balfour Khadrai
Original assignee: CENTRE IND RES Ltd
Current assignee: CENTRE IND RES Ltd
Priority date: 1973-05-04
Filing date: 1974-04-29
Publication date: 1974-11-21
Also published as: IL42192A0

Abstract

A method of injection moulding thermoplastics material reinforced with glass fibres is as follows: particles of thermoplastics are introduced into a barrel housing an advancing and withdrawing screw and, separately from these, short lengths of glass fibre are introduced into the barrel in a region terminated by the nozzle end and comprising the homogenising or metering zone, these glass fibres are introduced while the screw is in the withdrawn position. Pref. the glass fibres are introduced in a zone where plasticising of the resin has already been completed.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen von mit Glasfasern verstärktem thermoplastischem Material Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von mit Glasfasern verstärkten thermoplastischen Werkstoffen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Method and device for the injection molding of fiberglass reinforced thermoplastic material The invention relates to a method for injection molding of thermoplastic materials reinforced with glass fibers and a device to carry out this procedure.

Mit Glasfasern verstärkte thermoplastische Kunststoffe finden immer mehr Verbreitung. Der Einsatz des Kunststoffmaterials hängt im allgemeinen von drei Hauptfaktoren ab, nämlich Kosten, einfache Verarbeitbarkeit und technische Eigenschaften. Eine erwünschte Kombination diesar Faktoren ist nicht leicht zu erhalten. Thermoplastische Materialien sind im allgemeinen durch Spritzgießen verarbeitbar, jedoch sind einige Materialien nicht billig genug oder es fehlt ihnen an ausreichenden Belastungseigenschaften und chemischer Widerstandsfähigkeit, insbesondere bei erhöhten Temperaturen. Die Verwendung billiger Thermoplaste, die hinsichtlich der Verarbeitbarkeit vorteilhaft sind, in Verbinodung zerhackten Glasfasern als Verstärkungläßt eine~ erhebliche Verbesserung der technishen Eigenschaften des Materials erwarten In der britischen Patentachrift 1 330 395 wird das Extrudieren von pulverisierten Glasfasern mit thermoplastischen Kunststoffen beschrieben. Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren liegt darin, daß die Glasfasern vorzeitig vermahlen werden. Sie' werden in vorbestimmten Mengen entweder in den Extruder an einer Stelle, an der das thermoplastische Material schmelzflüssig wird, oder zusammen mit dem granulierten Harz in den Fülitrichter kontinuierlich eigeführt, aus dem das Gemisch in den Extruder gelangt, Das Vermahlen der Glasfasern ergibt ein feines Pulver und dies beeinträchtigt die Festigkeitseigenschaften, die das Harz durch die Glasfasern erhält. Mit der Drehzahl der Extruderschnecke steigt auch der Grad der Feinzerkleinerung.Thermoplastics reinforced with glass fibers can always be found more spread. The use of the plastic material generally depends on three Main factors, namely cost, ease of processing and technical properties. A desirable combination of these factors is not easily obtained. Thermoplastic Materials are generally injection processable, but some are Materials are not cheap enough or they lack sufficient load-bearing properties and chemical resistance, especially at elevated temperatures. the Use of cheap thermoplastics, which are advantageous in terms of processability are, in connection with chopped glass fibers as reinforcement leaves a ~ considerable improvement Expect the technical properties of the material in the UK patent document 1 330 395 is the extrusion of pulverized glass fibers with thermoplastic Plastics described. The difficulty with this method is that the glass fibers are prematurely milled. They 'come in predetermined amounts either into the extruder at a point where the thermoplastic material is molten or continuously together with the granulated resin in the hopper Introduced, from which the mixture enters the extruder, The grinding of the glass fibers results in a fine powder and this affects the strength properties, the the resin gets through the glass fibers. The speed of the extruder screw increases also the degree of fine comminution.

Aus diesem Grund ist in der genannten Patentschrift erwähnt, daß eine bestimmte mittlere Glasfaserlänge verwendet werden muß, damit man die erforderliche Qualität des Produkts erhält, Die bekannten Verfahren zum Spritzgießen von mit Glasfasern verstärkten Thermoplasten beruhen auf der Verwendung zweier allgemeiner Arten der Materialzuführung. Im einen Fall werden die Glasfasern und das Harz gemischt und vor der Einführung in die Spritzgußmaschine zu Tabletten geformt, während im anderen Fall die Glasfasern und das Harz gleichzeitig in den Zylinder eingeleitet werden, damit sie durch die Wirkung der Spritzgußmaschine gemischt werden.For this reason it is mentioned in the cited patent that a Certain average fiber length must be used to get the required Quality of the product is maintained, The well-known method of injection molding with glass fibers Reinforced thermoplastics are based on the use of two general types of Material feed. In one case, the glass fibers and the resin are mixed and molded into tablets prior to introduction into the injection molding machine while in the other If the glass fibers and the resin are introduced into the cylinder at the same time, so that they are mixed by the action of the injection molding machine.

Die Nachteile dieser Verfahren zum Spritzgießen von mit Glasfasern verstärkten Thermoplasten können wie folgt zusammengefaßt werden. The disadvantages of these methods of injection molding with glass fibers Reinforced thermoplastics can be summarized as follows.

Die spröden und harten Glasfasern ergeben eine Schleif- und Korrosionswirkung im Zylinder der Maschine während des Schmelzvorganges. In der Spritzgußmaschine tritt insbesondere am Zylinder und an der Schnecke ein übermäßiger Verschleiß auf. The brittle and hard glass fibers have a grinding and corrosive effect in the cylinder of the machine during the melting process. In the injection molding machine Excessive wear occurs particularly on the cylinder and on the screw.

Es wurde festgestellt, daß eine nur geringfügige Verschlechterung der Schneckenwirkung bzw. -leistung insgesamt eine erhebliche Verschlechterung des aus der Spritzgußmaschine austretenden Spritzlings zur Folge hat, Das Zerreiben und Vermahlen der Glasfasern, das während des Scher-Schmelzvorganges stattfindet, führt zu einem Verlust der Verstärkungswirkung und dementsprechend zu einer beträchtlichen Verschlechterung der möglichen Eigenschaften des Endprodukts.It was found that there was only a slight deterioration the overall effect or performance of the screw a considerable deterioration of the from the injection molding machine the result of the injection molding being released, The grinding and grinding of the glass fibers during the shear-melting process takes place, leads to a loss of reinforcement effect and accordingly to a considerable deterioration in the possible properties of the final product.

In den letzten Jahren wurden umfangreiche Untersuchungen vorgenommen, um diese Nachteile auszuschalten, es zeigte sich aber praktisch kein Erfolg. Die nachteiligen Einflüsse des Zerreibens und Vermahlens der Glasfasern und der Verschlechterung der 1Schneckenleistung, die insbesondere in der Homogenisierzone auftreten, sind nach wie vor sehr ernste Nachteile beim Spritzgießen von mit Glasfasern verstärkten Thermoplasten. Hinzu kommt, daß die Hersteller von Spritzgußanlagen ihre Garantie begrenzen, wenn Materialien verarbeitet werden, die Glasfasern enthalten.Extensive research has been carried out in recent years in order to eliminate these disadvantages, however, there was practically no success. the adverse effects of attrition and grinding of the glass fibers and deterioration the 1screw output, which occurs in particular in the homogenizing zone There are still very serious drawbacks to the injection molding of glass fiber reinforced ones Thermoplastics. In addition, the manufacturers of injection molding equipment give their guarantee limit when processing materials that contain fiberglass.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Spritzgießen von mit zerhackten Glasfasern verstärkten Thermo-1plaste so auszubilden, daß im Innern einer Spritzgußmaschine keine Abnutzung auftritt und die Glasfasern durch den Scher-Schmelzvorgang praktisch nicht zerrieben und vermahlen werden.The invention is based on the object of a method for injection molding to form reinforced with chopped glass fibers Thermo-1plaste so that in Inside an injection molding machine there is no wear and tear and the glass fibers pass through the shear-melting process are practically not crushed and ground.

Ferner soll das Verfahren einfach auszuftihren sein, wobei nur minimale Änderungen an vorhandenen Spritzgußanlagen mit hin-und hergehender Schnecke erforderlich sein sollen.Furthermore, the method should be simple to carry out, with only minimal Changes to existing injection molding systems with reciprocating screw required meant to be.

Nach der Erfindung werden Teilchen aus thermoplastischem Material in den eine hin- und hergehende Schnecke umgebenden Zylinder eingeleitet und getrennt davon Glasfasern dem Zylinder in einem Bereich zugeführt, der durch das Düsenende begrenzt wird und die Homogenisierzone des Zylinders umfaßt, wobei die Zuführung erfolgt, wenn die Schnecke von der Düse zurückgezogen wird.According to the invention particles are made of thermoplastic material introduced into the cylinder surrounding a reciprocating screw and separated of which glass fibers are fed to the cylinder in an area passing through the nozzle end is limited and comprises the homogenizing zone of the cylinder, the feed occurs when the screw is withdrawn from the nozzle.

Durch die erfindungsgemäße getrennte Zuführung der Glasfasern und des Harzgranulats wird das Zerreiben und Vermahlen der Glasfasern im Zylinder auf ein Minimum zurückgeführt und zusätzlich eine Abnutzung der Schnecke verhindert, die bei den bekannten Verfahren im Bereich der Polymerplastifikation auftritt.Due to the separate supply of the glass fibers and of the resin granules is the grinding and grinding of the glass fibers in the Cylinder reduced to a minimum and, in addition, wear on the screw prevents the known processes in the field of polymer plasticization occurs.

Es wurde gefunden, daß aufgrund der geringen Benetzungseigenschaften der Glasfasern diese verklumpen, wodurch sie sich zerreiben, so daß die Eigenschaften des fertigen Produkts ver-2 schlechtett werden. Uberraschenderweise wurde festgestellt, daß eine gut homogenisierte Masse aus dem thermoplastischen Material und Glasfasern erhalten werden kann, wenn die zerhackten Glasfasern im Bereich der Homogenisierzone eingeführt werden9 nachdem die Plastifikation abgeschlossen ist. Außerdem er gibt diese getrennte Zuführung der zerhackten Glasfasern und der Harzpartikel eine nur minimale Abnutzung der Schnecke, die bekanntlich das teuerste Bauteil einer Spritzgußmaschine darstellt. Da die Harzpartikel in der Spritzgußmaschine durch die Scherirkung lastifiziert werden und zum Plastifizieren von Kunststofftabletten eine noch größere Arbeit erforderlich ist als als bei Pulver aus dem gleichen Material, werden die Glasfasern in der Anwesenheit von Tabletten oder Granulat in erheblichem Maße zerrieben, jedoch auch in der Anwesenheit von Pulver. Eine weit geringere Zerkleinerung und Vermahlung der Glasfasern tritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf, da die zerhackten Glasfasern in einer Zone zugeführt werden, in der die Plastifikation des Harzes bereits abgeschlossen ist. Hinzu kommt, daß das erfindungsgemäße Verfahren in der Durchführung sehr einfach ist, wie aus der Zeichnung hervorgeht.It has been found that due to the poor wetting properties of the glass fibers clump them together, causing them to grind, so that the properties of the finished product deteriorate. Surprisingly, it was found that a well homogenized mass of the thermoplastic material and glass fibers can be obtained when the chopped glass fibers are in the area of the homogenizing zone be introduced9 after plasticization is complete. Besides, he gives this separate feeding of the chopped glass fibers and the resin particles only one minimal wear of the screw, which is known to be the most expensive component of an injection molding machine represents. Because the resin particles in the injection molding machine are lastified by the shear action and even more work is required to plasticize plastic tablets is than as with powder of the same material, the glass fibers are in the presence crushed by tablets or granules to a significant extent, but also in the presence of powder. A far less shredding and grinding of the glass fibers occurs in the method according to the invention, since the chopped glass fibers are in a zone are supplied in which the plasticization of the resin has already been completed. In addition, the process according to the invention is very simple to carry out is, as can be seen from the drawing.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise naher erläutert. Es zeigen Fig. 1 und 2 schematisch eine Spritzgußmaschine mit der erfindungs gemäßen Vorrichtung in zwei verschiedenen Stellunge Die Fig. 1 zeigt einen Zylinder mit Schnecke in der Stellung, in der das Harz in üblicher Weise zugeführt und mit der Zuführung zerhackter Glasfasern durch die hin- und hergehende Schnecke 6 vor der Düse 7 begonnen wird, während die Fig. 2 die Schnecke in der zurückgezogenen Stellung zeigt, in der die Glasfasern kontinuierlich in den. Zylinder eingeführt wer den, wobei sie mit dem geschmolzenen Harz vermischt werden. The invention is illustrated below with reference to the drawing, for example explained in more detail. 1 and 2 show schematically an injection molding machine with the Invention, according to the device in two different positions Fig. 1 shows a cylinder with a screw in the position in which the resin is fed in the usual way and with the feeding of chopped glass fibers through the reciprocating slug 6 is started in front of the nozzle 7, while FIG. 2 shows the screw in the retracted position Shows position in which the glass fibers are continuously in the. Cylinder introduced who the, where they are mixed with the molten resin.

Für die Zuführung der Harzpartikel ist ein Fülltrichter 5 vorgesehen. Die zerhackten Glasfasern werden durch einen separaten Fülltrichter 1 zugeführt, wobei sie durch eine verschiebbare Öffnung in den Zylinder gelangen, die durch einen umlan fenden Ring 3 verschoben wird, der die Homogenisierzone des Zylinders auf dessen Außenseite umgibts Dieser umlaufende Ring 3 ist mit einer eingefrästen Bahn 2 mit entsprechendem Verlauf versehen, die während der Drehbewegung einen im Zylinder eingefrästen Schlitz 4 kreuzt, so daß eine hin- und hergehende Öffnung ausgebildet wird, die über eine Strecke verschoben wird, die wenigstens gleich dem maximalen Verschiebeweg der Schnecke während des Zurückziehens (Fig. 2) ist.A hopper 5 is provided for feeding in the resin particles. The chopped glass fibers are fed through a separate hopper 1, they enter the cylinder through a slidable opening which is passed through a umlan fenden ring 3 is moved, which the homogenizing zone of the cylinder on the outside of which surrounds this circumferential ring 3 with a milled track 2 provided with a corresponding course, the one in the cylinder during the rotary movement milled slot 4 crosses so that a reciprocating opening is formed that is moved over a distance at least equal to the maximum Displacement of the screw during retraction (Fig. 2).

Die verschiebbare Öffnung ist während des Zurückziehens der Schnecke offen und sie wird mittels eines Absperrventils 8 während des Arbeitszyklus des Spritzens durch die Düse 7 geschlossen. Die Steuerung des Hubweges der verschiebbaren Öffnung, das heißt die Steuerung der erwünschten Menge an zerhackten Glasfasern während jedes Spritzgußvorganges, kann entweder durch Grenzschalter vorgenommen werden, die zur Steuerung des Hubes der Schnecke in der Spritzgußmaschine eingebaut werden, oder zusammen mit einer Druckübertraungseinrichtung, die im Zylinder in dem Bereich angeordnet wird, der durch das Düsenende und die Homogenisierzone begrenzt wird. Diese Druckübertragungseinrichtung signalisiert die einsetzende Drehbewegung des Ringes unmittelbar nach Beginn des Dmtckaufbaus', der auf dem fortschreitenden Schmelzvorgang während der Plastifikation beruht. Die zerhackten Glasfasern können deshalb in der Scher-Schmelzzone des Harzes nicht mit der Schnecke in Kontakt kommen und dementsprechend werden die Errosions- und Korrosionsbedingungen erheblich gemildert. Die Lebensdauer einer Förderschnecke, die zum Spritzgießen von mit Glasfasern verstärkten Kunststoffen entsprechend der Erfindung verwendet wird, ist somit erheblich größer als die einer Schnecke, die unter den Bedingungen eines herkömmlichen Verfahrens eingesetzt wird.The sliding opening is during the withdrawal of the screw open and it is by means of a shut-off valve 8 during the working cycle of the Spraying through the nozzle 7 is closed. The control of the stroke of the sliding Opening, that is, controlling the desired amount of chopped glass fibers during each injection molding process, can either be done by limit switches are built into the injection molding machine to control the stroke of the screw or together with a pressure transmission device that is installed in the cylinder in is arranged in the area bounded by the nozzle end and the homogenizing zone will. This pressure transmission device signals the starting rotary movement of the ring immediately after the start of the build-up of the track, which is on the progressive Melting process is based during plasticization. The chopped glass fibers can therefore do not come into contact with the screw in the shear-melt zone of the resin and accordingly, the erosion and corrosion conditions are greatly alleviated. The life of a screw conveyor used for injection molding reinforced with fiberglass Plastics is used according to the invention, is thus considerably larger than that of a Screw that is used under the conditions of a conventional process.

Bei dem erfindungsgemäßen Spritzgußverfahren kann jedes thermoplastische Harzmaterial Verwendung finden. Typische Beispiele soicher Thermoplaste, die häufig mit Glasfasern verstärkt und durch Spritzgießen verarbeitet werden, sind Polystyrol, Nylon 6, Polypropylen, Styrol-Acrylnitril-Copolymeres, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeres, Polyäthylen hoher Dichte, Polycarbonat, Polyurethan und dergleichen. Die Harzpartikel können Hilfsmittel für die Verarbeitung enthalten, wie Gleitmittel, Weichmacher, Plastifiziermittel und verschiedene Stabilisierungsmittel, die allgemein bekannt sind Die Einlagerung zerhackter Glasfasern in Thermoplaste argibt unter anderem verbesserte Zug- und Biegeeigenschaften, höhere zulässige Temperaturen für eine Durchbiegung unter Last, erhöhte Widerstandsfestigkeit gegenüber Abrieb, verbesserte Formbeständigkeit und geringere Schrumpfung wahrend des Formvorganges. Der Anteil der Glasfasern im Harz kann in einem breiten Bereich variieren, wie zum Beispiel von 10 bis 50 Gew.0 bezogen auf das Gesamtgewicht. Die Fasern können die Form von zerhackten Glaseinzelfäden mit einer Länge im Bereich von etwa 0,8 bis 13 mm (1/32 bis 1/2 inch) haben.Any thermoplastic can be used in the injection molding process according to the invention Find resin material use. Typical examples of such thermoplastics that often reinforced with glass fibers and processed by injection molding are polystyrene, Nylon 6, polypropylene, styrene-acrylonitrile copolymer, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, High density polyethylene, polycarbonate, polyurethane and the like. The resin particles may contain processing aids such as lubricants, plasticizers, Plasticizers and various stabilizers that are well known The storage of chopped glass fibers in thermoplastics argues among other things improved tensile and flexural properties, higher permissible temperatures for a Deflection under load, increased resistance to abrasion, improved Dimensional stability and less shrinkage during the molding process. The amount the glass fibers in the resin can vary in a wide range, such as, for example from 10 to 50% by weight based on the total weight. The fibers can take the form of chopped glass filaments with a length in the range of about 0.8 to 13 mm (1/32 up to 1/2 inch).

Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung.The following example serves to further explain the invention.

Beispiel Getrocknetes Nylon 6 - Granulat von 2 mm Durchmesser wurde kontinuierlich durch den Fülltrichter in den Plastifizierungszylinder einer Spritzgußmaschine mit hin- und hergehender Schnecke eingeführt. Die Arbeitsbedingungen waren folgende: Zylindertemperatur: 260°C (in der Beschickungszone), 270°C (in der Verdichtungs- bzw. Schmelzzone) und 2700C (in der Homogenisfler- bzw. Zumeßzone).Example Dried nylon 6 granules with a diameter of 2 mm continuously through the hopper into the plasticizing cylinder of an injection molding machine introduced with a reciprocating screw. The working conditions were as follows: Cylinder temperature: 260 ° C (in the charging zone), 270 ° C (in the compression or melting zone) and 2700C (in the homogenization or metering zone).

Düsentemperatur: 2700C Schneckendrehzahl: 60 U/min tußerer Spritzdruck: ca. 775 kg/cm2 (11000 psi) Rückdruck im Bereich von etwa 70 bis 177 kg/cm2 (1000 bis 2500 psi) Haltedruck im Bereich von 142 bis 422 kg/cm2 (2000 bis 6000 psi)' Spritzgeschwindigkeit: 8 Meter/sec.Nozzle temperature: 2700C Screw speed: 60 rpm External injection pressure: about 775 kg / cm2 (11,000 psi) back pressure in the range of about 70 to 177 kg / cm2 (1000 up to 2500 psi) holding pressure in the range of 142 to 422 kg / cm2 (2000 to 6000 psi) ' Injection speed: 8 meters / sec.

Die Rilckziehbewegung der Schnecke während der Plastifikation, die einen Vorschub einer bestimmten Menge an schmelzflüssigem Material zur Homogenisierzone des Zylinders zur Folge hat, wird von einer verstärkten Zuführung einer vorbestimmten Menge von zerhackten Glasfasern von ca. 3,2 mm (1/8 inch) Länge über ein Absperrventil begleitet, das in der Zuführungsleitung für die Glasfasern über der Homogenisierzone der Schnecke angebracht ist. Das homogene Vermischen des schmelzflüssigen Materials und der zerhackten Glasfasern erfolgt innerhalb des Hubweges der Schnecke während der Rückziehbewegung. Das erhaltene mit Glasfasern verstärkte Nylon 6 enthielt 30 , Glas, wobei die zerhackten Glasfasern vollständig homogen in dem Harzmaterial verteilt waren.The withdrawal movement of the screw during plasticization, the a feed of a certain amount of molten material to the homogenizing zone of the cylinder results in an increased feed of a predetermined Amount of chopped glass fibers approximately 3.2 mm (1/8 inch) in length through a shut-off valve accompanies that in the feed line for the glass fibers above the homogenizing zone attached to the screw. The homogeneous mixing of the molten material and the chopped fiberglass takes place within the stroke of the screw during the withdrawal movement. The obtained glass fiber reinforced nylon 6 contained 30 , Glass, the chopped glass fibers being completely homogeneous in the resin material were distributed.

Claims

Patent claims

1. Method of injection molding of glass fiber reinforced thermoplastic Material, characterized in that particles of thermoplastic material are in introduced and separated into the cylinder surrounding a reciprocating screw from which chopped glass fibers are fed to the cylinder in an area that passes through the nozzle end is limited and encompasses the homogenization or metering zone of the cylinder, feeding occurs when the screw is withdrawn from the nozzle.

2. The method according to claim 1, characterized in that the chopped Glass fibers are fed in a zone in which the plasticization of the resin has already been completed.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that the chopped glass fibers in the cylindrical housing of the reciprocating The screw can be inserted through a sliding opening9 which is through a rotatable Ring that surrounds the cylinder near the nozzle.

4. The method according to claim 3, characterized in that the amount of the chopped glass fibers that go into the cylinder with the reciprocating screw is introduced, is controlled by limit switches.

5. Injection molding machine for performing the method according to the claims 1 to 4 with a reciprocating screw, characterized in that for separate feeding of the thermoplastic material and the glass fibers two filling hoppers (1, 5) are provided.

6. Glass fiber reinforced products made of thermoplastic material, which are produced by the injection molding process according to one of claims 1 to 4 are.

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L e r s e i t e