DE2500039B2

DE2500039B2 - Pruefkoerper zur verhaltenspruefung von kunststoffen, der in form einer platte gebildet ist, sowie spritzwerkzeug zur herstellung eines derartigen pruefkoerpers

Info

Publication number: DE2500039B2
Application number: DE19752500039
Authority: DE
Inventors: Emil; Großmann Manfred; 1000 Berlin Buchholz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-01-02
Filing date: 1975-01-02
Publication date: 1976-11-25
Also published as: DE2500039A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen plattenförmigen Probekörper zur Untersuchung der physikalischen, insbesondere der technologischen Eigenschaften eines thermoplastischen Kunststoffes, insbesondere eines für Spritzgießwerkzeuge geeigneten Kunststoffes.

Entsprechend wie für metallische Werkstoffe üblich, werden auch für Kunststoffe in Normenblättern und Lieferantenprospekten Materialkennwerte angegeben, z. B. für einen bestimmten thermoplastischen Kunststoff die Werte für seine Biegefestigkeit, Schlag- oder Kerbschlagzähigkeit. Diese Materialkennwerte werden nach genormten Prüfverfahren an idealisierten Prüflingen ermittelt, z. B. am Normenflachstab, am Normen- &> kleinstab oder an der Dynstatprobe. Beim Spritzgießen dieser sehr einfach geformten Prüflinge kann der thermoplastische Kunststoff die Spritzgießform ohne nennenswerte Behinderung leicht ausfüllen. Im Gegensatz dazu fließt in einer komplizierteren Spritzgießform der thermoplastische Kunststoff behindert in die Form ein. Derartige Formen kommen jedoch zur Herstellung normaler Bauteile regelmäßig zur Anwendung. Dabei ergeben sich Festigkeitswerte im Spritzteil, die zum Teil erheblich von den Werten der Normenblätter und der Prospektangaben abweichen.

Beim Spritzen von Kunststoffteilen erfolgt die Ausrichtung der Makromoleküle in Abhängigkeit von der Flußrichtung des Kunststoffes innerhalb der Form. Die Festigkeitsuntersuchungen von Kunststoff-Spritzgußteilen müssen daher in verschiedenen Orientierungsrichtungen vorgenommen werden. Wesentlich für die Untersuchungen ist auch die Feststellung, wie sich die technologischen Eigenschaften mit zunehmendem Abstand des Spritzgußteiles vom Anguß sowie auch im Bereich einer Zusammenfließnaht verhalten. Die zur Bestimmung der technologischen Eigenschaften dienende sog. »Dynstatprobe« besitzt einen Querschnitt von 40 mm², wobei die Querschnittsabmessungen 10 χ 4 mm betragen. Dieser Körper besitzt eine Länge von 15 mm. Für diese Abmessungen sind auch die Aufnahmen für den Prüfling in den jeweiligen Prüfmaschinen bzw. Vorrichtungen eingerichtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zui Prüfung von Kunststoff-Spritzgußteilen geeignetes Prüf-Spritzgußteil zur Durchführung von physikalischen, insbesondere von technologischen Untersuchungen, nämlich der üblichen Festigkeitsuntersuchungen, aber auch zur Untersuchung der Schlagzähigkeit, der Kerbschlagzähigkeit, des Spannungsrißverhaltens und des Schrumpfverhaltens unter dem Einfluß von Temperatur, Feuchtigkeit sowie auch von Chemikalien, und zwar in Abhängigkeit von der Spritzrichtung (Schußrichtung) des Kunststoffteiles zu schaffen, wobei das Prüfspritzgußteil so beschaffen sein soll, daß es in die Aufnahme der jeweiligen Prüfvorrichtung für die Dynstatprobe einsetzbar ist und den Normenquerschnitt von 40 mm² aufweist. Das Werkzeug zur Herstellung des Prüfspritzgußteiles soll so beschaffen sein, daß sich Prüflinge mit unterschiedlichem Abstand von seinem Angußtrichter herstellen lassen.

Ausgehend von einem plattenförmigen, eine Basis- und Deckfläche aufweisenden Prüfling der vorstehend genannten Art, wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Basis- und Deckfläche des Prüfkörpers in Form eines gleichseitigen Vieleckes gebildet sind, und die Deckfläche diametral verlaufende und rechtwinkelig zu den Stirnflächen des Prüfkörpers gerichtete Nuten aufweist.

Vorzugsweise ist der Prüfkörper in Form eines gleichseitigen Achteckes gebildet, wobei der Abstand von zwei gegenüberliegenden Seiten 15 mm beträgt.

Ein derartiger Prüfkörper besitzt somit drei bevorzugte Belastungsrichtungen, wobei seine Stirnflächen Anschlag- bzw. Angriffsflächen für das zur Aufnahme genormter Dynstatproben hergerichtete Prüfwerkzeuge sind. Die anzustellenden Festigkeitsprüfungen, insbesondere auf Biegung, können somit in drei Richtungen, nämlich in Spritzgieß-(Schuß)-richtung des Kunststoffes oder unter 45 Grad, aber auch senkrecht zur Spritzrichtung erfolgen. Durch Interpolation erhält man die Zwischenwerte zu einer anderen gesuchten Komponente. Die Nuten dienen als Sollbruch- oder Sollverformungsstellen des Prüfkörpers. Ein derartiger Prüfling besitzt vorzugsweise eine Plattenstärke von 4 mm, wobei die Nuten eine teilzylindrische Form mit einem Radius von 1,5 mm aufweisen, der Restquerschnitt beträgt dabei 40 mm². Das Schrumpfverhalten läßt sich bei einem derartigen Prüfkörper durch die Abstandsänderung des Sollabstandes der jeweils gegenüberliegenden Stirnflächen bestimmen.

Besonders vorteilhaft ist es, mehrere solcher Prüfkör-

per durch Verbindungsstege zu einem Prüfstreifen iusammenzufassen. MiUeIs eines derartigen Prüfstreifens kann das Schrumpfverhalten sowie aber auch eine Änderung der physikalischen, insbesondere der technologischen Eigenschaften eines einzelnen Prüfkörpers iii 5 Abhängigkeit vom Abstand des Eingußes bestimmt werden. Vorteilhaft sind die einzelnen Prüfkörper des Prüfstreifens mit Markierungen versehen, wobei diese Markierungen nach dem Trennen der Prüfkörper von den Verbindungsstegen den Platz des Prüfkörpers im Prüfstreifen kennzeichnen. Weitere Markierungen auf der Deckfläche des Prüfkörpers dienen dazu, seine Lage zur Schußrichtung des Materials (nicht seiner Strukturrichtung) innerhalb des Prüfstreifens auszuweisen. Die einzelnen Prüfkörper des Prüfstreifens sind hinsichtlich ihrer Abmessungen gleichgeformt.

Das Spritzgießwerkzeug zur Herstellung eines oder mehrerer Prüfkörper bzw. eines Prüfstreiiens ist mit innerhalb der Spritzkammer und im Formbereich der Verbindungsstege des Prüfstreifens mit Aufnahmen zum Einführen von Sperrleisten oder Schiebern versehen. Dadurch wird es möglich, wahlweise einen Prüfkörper oder einen Prüfstreifen mit einer wahlweisen Anzahl von Prüfkörpern in einem Schuß /u spritzen. Die Spritzgußvorrichtung ist. wie an sich bekannt. beheiz- und/oder kühlbar.

In Abwandlung der Erfindung ist der Prüfkörper mit einer zentralen Bohrung versehen, wobei der Durchmesser dieser Bohrung, bei den vorgenannten Abmessungen des Prüfkörpers, etwa 2,8 mm beträgt. Die Bohrung dient der Aufnahme von Stahlkugeln verschiedenen Übermaßes zur Prüfung der Spannungsrißbeständigkeit des zu prüfenden Kunststoffes.

In den Zeichnungen sind ein gemäß der Erfindung hergestellter Prüfkörper sowie ein Prüfstreifen in jeweils zwei Ansichten gezeigt; ferner ist dort ein Werkzeug zur Herstellung eines derartigen Prüfstreifens schematisch dargestellt.

Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Prüfkörper 1 zur physikalischen, insbesondere zur technologischen Verhaltensprüfung von Kunststoffen ist als Spritzteil hergestellt; er besitzt — in der Ansicht auf seine Deckfläche 2 und seiner Basisfläche 3 — eine achteckförmige Gestalt mit gleichlangen Seitenkanten. Der Abstand A der gegenüberliegenden Seitenkanten beträgt 15 mm. Die Deckfläche ist mit diametral verlaufenden gleichlangen und geformten, rechtwinkelig zu den Stirnflächen 4 gerichteten halbzylinderförmigen Nuten 5 versehen, deren Radius 1,5 mm beträgt. Aufgrund der achteckigen Gestalt des Prüfkörpers können somit die Untersuchungen in drei verschiedenen OrientJerungsrichtungen, z. B. zur Spritzrichtung 6 erfolgen, unter ansonsten gleichen Prüfbedingungen. Die Nuten bzw. Halbrundkerben verlaufen unter einem Winkel von 45 Grad zueinander. Sie gestatten Untersuchungen des Prüflings in den drei Koordinatenebenen sowie in den jeweiligen, unter 45 Grad hierzu versetzten Ebenen. Die Tiefe der Halbrundkerben ist derart bemessen, daß der verbleibende massive Querschnitt entsprechend der Dynstatprobe 40 mm² beträgt.

Bei Thermoplasten besteht nicht nur eine Abhängigkeit der Festigkeitseigenscheften von der Spritz-, Gußoder Preßrichtung sondern auch von der Fließweglänge der Masse (Abstand vom Anguß). Damit auch dieser sich dadurch ergebende Parameter der Materialeigenschaften des Prüflings einer Untersuchung zugängig ist, wurde ein aus mehreren Prüfkörpern bestehender Prüfstreifen geschaffen.

Die F i g. 3 und 4 zeigen einen, mehrere Prüfkörper aufweisenden Prüfstreifen, allgemein mit 12 bezeichnet, wobei Fig.3 den Prüfstreifen in der Ansicht auf die Deckfläche und F i g. 4 in der Ansicht auf die Stirnfläche zeigt Dieser Prüfstreifen enthält vier Prüfkörper, z. B A bis D (nicht gezeigt). Die einzelnen Prüfkörper sind miteinander durch Stege 7 verbunden. Die Schußrichtung erfolgt vom Anguß 8 her. Der Prüfstreifen erlaubt eine Untersuchung einzelner Prüfkörper A, B usw. insbesondere hinsichtlich der Änderung der Festigkeitseigenschaften, z. B. der Spannungsrißbeständigkeit im Bereich von Zusammenfließnähten. Fernerhin ist ein derartiger Prüfstreifen dazu geeignet, üie Schrumpfwerte der einzelnen Prüfkörper zu ^mitteln. Das »Fließverhalten« des Kunststoffes in der Mehrkammerform (Spritzkammer) ist in den einzelnen Formen für die Prüfkörper von ihrer Stellung im Prüfstreifen bzw. vom Abstand des Angußes abhängig Hinsichtlich ihres physikalischen, insbesondere des technologischen Verhaltens zeigen die einzelnen Prüfkörper eines Prüfstreifens eine Anisotropie. Die einzelnen Prüfkörper sind mit Markierungen 10, U versehen, wobei diese Markierun gen einen Hinweis auf die Orientierung des Prüflings innerhalb des Prüfstreifens angeben. Das Trennen der einzelnen Prüfkörper A bis D aus dem Prüfs'.reifen erfolgt durch Abschneiden des Abgußzapfens 8 sowie der Verbindungsstege 7 von den Prüfkörpern.

Eine zur Herstellung eines Prüfstreifens dienende Spritzgießvorrichtung ist in F i g. 5 dargestellt. Sie besteht aus einem Block 9, in dem eine Formplatte 12 eingelassen ist. Der Block besitzt eine Anschlußplatte 13 mit einem Anschlußkabel 14 für die hier nicht dargestellte elektrische Heizung sowie Ein- und Auslaßstutzen 15, 15' für wahlweise zuführbares Kühlwasser. Ein Eingußstut/en 16 steht in Verbindung mit der Spritzkammer 17, wobei die Vertiefungen Λ 'bis E die Formen für die Prüfkörper gemäß den F i g. I und 2 darstellen. Wie ersichtlich, sind in der Formplatte Nuten 18 bis 21 eingebracht, wobei in jeder Nut ein Schieber 18' bis 2Γ gelagert ist. Diese Schieber sind innerhalb der Nut in Richtung des Pfeiles 22 verschiebbar und mittels Schrauben und Stiften 23, 24 fixierbar. Befinden sich die Schieber — wie bei 18' dargestellt — in der Tiefstellung innerhalb der Nut 18, so ist die Form A' der Form B'. C verbunden. Sind indessen die Schieber in der Hochstellung fixiert, wie bei 20 angedeutet, so besteht keine Verbindung, im vorliegenden Falle zwischen der Form D' und C ]e nach der Stellung der Schieber erhält man somit einen Prüfstreifen gemäß den Fig. 3 und 4 mit einer gewünschten Anzahl von Prüfkörpern. Die in den F i g. 4 und 3 angedeuteten Kreise 24 sind Sitze für den Stößelanschlag eines im Spritzwerkzeug angeordneten, hier nicht dargestellten Auswerfers. Zum Benutzen des hier dargestellten Spritzwerkzeuges wird die Spritzkammer durch einen nicht dargestellten Deckel geschlossen, wobei die Verbindungsorgane für den Deckel durch die öffnungen 25 im Spritzwerkzeug greifen.

Für besondere Untersuchungen, z. B. auf Spannungsrißverhalten, kann es dienlich sein, den Prüfkörper gemäß den F i g. 1 und 2 mit einer mittigen Bohrung — wie bei 26 gestrichelt dargestellt — zu versehen. Eine derartige Bohrung führt zur Bildung einer Zusammenfließnaht, deren Auswirkung auf die Festigkeit bei der physikalischen Prüfung des Materials speziell zu untersuchen ist. Sofern Prüfkörper mit einer mittigen

Bohrung hergestellt werden sollen, sind in jeweiligen Formen C'bis D'mittig zylinderische Stifte angeordnet. Die hier in den F i g. 1 und 2 dargestellten zylinderischen Nuten 5 können auch eine andere Gestalt besitzen, z. B. in ihrem Querschnitt keilförmig gebildet sein, so daß die Prüfkörper insbesondere zur Unterstreichung des Kunststoffes hinsichtlich der Kerbschlagfcstigkeit besonders geeignet sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

25 OO Patentansprüche:

1. Prüfkörper zur Verhaltensprüfung von Kunststoffen, der in Form einer Platte gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis- und Deckfläche (2,3) des aus Kunststoff gebildeten Prüfkörpers (1) in Form eines gleichseitigen Vieleckes gebildet sind und die Deckfläcbe diametral verlaufende und rechtwinkelig zu den Stirnflächen (4) des Prüfkörpers gerichtete Nuten (5) aufweist

2. Prüfkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkörper (1) in Form eines gleichseitigen Achteckes gebildet ist

3. Prüfkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere durch Verbindungsstege (7) miteinander verbundene Prüfkörper (1) in einem Probestreifen (12) angeordnet sind.

4. Prüfkörper nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstege (7) der Prüfkörper (1) in einer Richtungsachse (7') angeordnet sind.

5. Prüfkörper nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Nuten (5) aufnehmende Deckfläche (2) mit Markierungen (10, H) versehen ist.

6. Prüfkörper nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (A) gegenüberliegender Seitenkanten (4, 4') des Prüfkörpers (1) 15 mm beträgt.

7. Prüfkörper nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der unter den Nuten (5) des Prüfkörpers (1) gelegene massive Querschnitt dem wirksamen Querschnitt einer Norm-Dynstatprobe von 40 mm² entspricht.

8. Prüfkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine mittige Bohrung (26) aufweist.

9. Spritzwerkzeug zur Herstellung von Prüfkörpern gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beheizbare Spritzvorrichtung (Fig. 5) zur Herstellung eines Prüfstreifens im Formbereich der Verbindungsstege (7) des Prüfstreifens (12) Nuten (18 bis 21) zum Einführen von Sperrplatten oder Schiebern (18' bis 2Γ) aufweist.

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