DE2733739A1

DE2733739A1 - Spritzgussverfahren fuer thermoplastische zusammensetzungen, ausgehend von zwei verschiedenen komponenten

Info

Publication number: DE2733739A1
Application number: DE19772733739
Authority: DE
Inventors: Franco Dr Ranalli; Gianmaria Sgobino
Original assignee: Montedison SpA
Current assignee: Montedison SpA
Priority date: 1976-07-28
Filing date: 1977-07-26
Publication date: 1978-02-02
Also published as: GR62398B; FR2359698B1; GB1544758A; JPS5316075A; IT1062557B; FR2359698A1; ES461049A1; NL7708123A; BE857195A

Description

PATENTANWÄLTE ym q ο η ^ Q

Dlpl.-Ing. P. WIRTH · Dr. V. SCH MlED-KOWARZIK Dlpl.-Ing. G. DANNENBERG · Or. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL

33S024 SIEGrniCDSTRASSE 8

TELEFON: C089) ^ _{8000 MONCHEN} 40

Cane No. Y.2300 Wd/Eh -Gh

Montedison S.p.A.
Forο Buonaparte 31

Mailand / Italien

Spritzgussverfahren für thermoplastische Zusammensetzungen. ausgehend von zxtei unterschiedlichon Komponenten.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Spritzgussverfahren für thermoplastische Zusammensetzungen, ausgehend von zwei unterschiedlichen Komponenten, wobei die Herstellung der Zusammensetzung in das Spritzgussverfahren integriert ist und die für jeden Einspritzvorgang * erforderliche Mindestmenge an Mischung sofort erhalten wird, während gleichzeitig die Möglichkeit besteht, das Verhältnis der beiden Komponenten in der zu verformenden Zusammensetzung kontinuierlich zu ändern oder anzupassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung und Verarbeitung von Füllstoffe enthaltenden thermoplastischen Materialien, wie z.B. von Polypropylen mit hohem Gehalt an Mineralfüllstoffen.

* "shot"

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Bei den bisher bekannten Vorfahren zur Formgebung mit Füllstoffen versehener thermoplastischer Materialien wird ein Fülltrichter, der unmittelbar über den ersten Gewindegängen der plastifizierenden Gehnecke einer Spritzgussvorrichtung angeordnet ist, mit dem granulierten thermoplastischen Kunststoff beschickt, dem bereits vorher in einer Homogenisierungsstufe in geschmolzenem Zustand, d.h. durch Strangpressen oder ähnlichen Verfahren, der Füllstoff eingearbeitet wurde.

Dieses Verfahren leidet unter dem Nachteil, dass große Mengen an vorgefertigten Mischungen benötigt werden und sich die Zusammensetzung der Formkörper nicht kontinuierlich ändern lässt, wenn man nicht vorher andere Mischungen unterschiedlicher Zusammensetzung herstellt.

Ein weiteres System, bei dem der pulverförmige Füllstoff in kaltem Zustand mechanisch mit granuliertem thermoplastischem Material vermischt und die Spritzgussvorrichtung dann mit dieser Mischung beschickt wird, ist nur dann durchführbar, wenn die Beschickung höchstens etwa 10 % des fertigen Produktes ausmacht, da sonst eine gravimetrische Trennung der Komponenten eintritt; außerdem kann in keinem Falle während der Einbringung des Füllmittels und Einspritzens mit der Schnecke der Spritzguss vorrichtung eine zufriedenstellende Homogenisierung erzielt werden.

Andere Verfahren, bei denen die pulverförmige Beschickung mit unter Druck arbeitenden Dosier- oder Nessvorrichtungen eingeführt wird, indem man Spezial-Fülltrichter mit einer Beschickungsschnecke

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von hoher Kompressionswirkung verwendet, erfordern eine vollständi ges Umformung des gesamten Plastifizierungsteiles der Spritzgussvorrichtung ♦

Es wurde nun ein einfaches und billiges Verfahren gefunden, das mit jeder Üblichen, zur Verarbeitung von thermoplastischen Kunst stoffen mit hohem Füllstoffgehalt ~ insbesondere Polypropylen

/eingearbeiteten
mit bis zu 50 % Füllstoffen — geeigneten Schneckenspritzguss vorrichtung durchgeführt werden kann und bei dem die genannten Nachteile der bisher bekannten Verfahren nicht auftreten.

Die vorliegende Erfindung schafft also ein Spritzgussverfahren für thermoplastische, durch Mischen und Homogenisieren von zwei untersdiedllchen Komponenten erhaltene Formmasse, die dadurch gekennzeichnet ist, dass man über eine mit variabler Geschwindigkeit arbeitende Dosierschnecke eine der beiden Komponen ten unmittelbar in den Beschickungssammler der Plastifizierschnecke einer üblichen Spritzgussvorrichtung führt, sie dort mechanisch mit der zweiten Komponenten mischt, die durch Schwerkraft aus dem darüber angeordneten Haupt-Fülltrichter in den Be-

j schickungssammler

/gelangt, die so erhaltene Mischung durch Schwerkraft in die Gewindegänge der Plastifizierschnecke fließen lässt, dort plastifiziert und anschließend in die Form spritzt, wobei sowohl der Beginn als auch das Ende der Rotation der Dosierschnecke und Plastifizierschnecke bei Beendigung der Beschickungs- und Plastifizierungsphase synchron erfolgt, und wobei die Menge der einen Komponenten in der fertigen, zu verformenden Zusammensetzung durch die Umdrehungsgeschv/indigkeit der Dosierschnecke geregelt

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Das erfindungsgemässe Verfahren wird durch die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der eine bekannte Spritzgussvorrichtung schematisch dargestellt ist, die mit einer Dosier-Misch-Schnecke versehen ist, über die eine der beiden Komponenten der zu verformenden Zusammensetzung zugeführt wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren verläuft nach folgendem Schema:

GHilfstrichter) Eine Dosiervorrichtung 1, die aus einem Einfüllgefäß' 2 und einer Dosierschnecke 10 besteht, ist so mit dem Beschickungstrichter einer üblichen Spritzgussvorrichtung verbunden, dass die Dosierschnecke 10 genau über den Gewindegängen der Haupt- oder Plastifizierschnecke 7 in den zylindrischen Beschickungssammler 12 tritt.

Das Kopfstück 13 der Drehschnecke 10 ragt also in den Beschickungssammler 12 und dient zum mechanischen Mischen der thermoplastischen Körner in diesem Sammler.

Die Dosierschnecke 10 wird durch einen Elektromotor mit stufenlosem Geschwindigkeitsregler angetrieben, der elektrisch oder in anderer geeigneter Weise (hydraulisch, pneumatisch etc.) an den Motorantrieb 4 der Hauptschnecke 7 gekuppelt ist, so dass die beiden Schnecken 7 und 10 stets gleichzeitig an- oder abgestellt werden.

Der Beschickungstrichter 3 ist mit einer Komponenten der thermoplastischen Zusammensetzung gefüllt, im allgemeinen mit dem körnigen thermoplastischen Material (z.B. Polypropylen), während der Hilfstrichter 2 die zweite Komponente enthält, normalerweise

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inertes Material bezw. Füllstoff oder einen hochkonzentrierten inerten Füllstoff.

Die Trichter können kontinuierlich oder nach Bedarf aufgefüllt werden.

Wenn die Hauptschnecke 7 der Spritzeussvorrichtung in üblicher V/eise zu rotieren und das Material zu fördern beginnt und die sogenannte Füll- und Plastifizierphase eingeleitet wird, fällt das Körnige thermoplastische Material durch Schwerkraft in den Beschickungssammler 12.

Gleichzeitig mit der Hauptschnecke beginnt auch die Dosierschnecke 10 sich zu drehen und befördert die zweite Komponente in den Be- * schickungssammler 12. Hier werden die beiden Materialien leicht miteinander gemischt und fließen durch Schwerkraft in die Gewindegänge der Hauptschnecke.

Sobald Füllung und Plastifizierung beendet sind, bleiben die beiden Schnecken gleichzeitig stehen. Hierauf erfolgt das eigentliche Einspritzen des geschmolzenen Materials in die Form und dann eine erneute FUllphase, die mit der oben beschriebenen identisch ist.

Die Zeichnung zeigt außerdem den Spritzkolben 5, eine Vorrichtung 6, mit der die Geschwindigkeit der Hauptschnecke herabgesetzt werden kann, die Plastifizierkammer 8, die Spritzdüse 9 und den Kühlmantel 11.

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Als thermoplastische Komponente kann Jedes thermoplastische Harz verwendet werden, zweckmässigerweise in Form von Körnern, als Pulver oder gemahlen; geeignet sind z.B. Polyäthylen, Polyvinylchlorid, Polyamide und dgl., insbesondere Polypropylen, das im wesentlichen aus isotaktischen Makromolekülen besteht.

Die zweite Komponente ist im allgemeinen ein inertes anorganisches Material, wie ein pulverförmiger Mineralfüllstoff auf der Basis von Silikaten, Siliko-aluminaten und Carbonaten von vorzugsweise Erdalkalimetallen, z.B. Kaolin, Talkum und Kaliumcarbonat, oder inerte organische Füllstoffpulver, wie Farbstoffe; vorzugsweise werden granulierte Hochkonzentrate von Mineralfüllstoffen und/oder inerten organischen Füllstoffen verwendet, die ein thermoplastisches polymeres Bindemittel enthalten und gemäss dem Verfahren des belgischen Patents 830 725 hergestellt wurden.

Je nach dem gewünschten Mischverhältnis und dem Schnittgewicht der Komponenten, kann mit Hilfe der Dosierschnecke 10 entweder der inerte Füllstoff bezw. das inerte FUIlstoffkonzentrat oder das thermoplastische Material zugeführt und dosiert werden.

Die zeitweilige Unterbrechung des Dosieren und Mischens wird erreicht, indem man Dosierschnecke und Hauptschnecke nur gleichzeitig arbeiten lässt, d.h. indem man eine geeignete mechanische, elektrische, pneumatische oder anders wirkende Wirkverbindung zwischen den beiden Schnecken·vorsieht.

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Das Verhältnis der beiden Komponenten in der Zusammensetzung wird geregelt, indem man einfach die Umdrehungsgeschwindigkeit der Dosierschnecke variiert, mit der eine Komponente zugeführt wird, während die Beschickung der anderen durch Schv/erkraft erfolgt.

Der Prozentsatz an zugemessener bezw. dosierter Beschickung und die Zeitkonstanz wird überwacht, indem man die fertigen Gegenstände nach der Entnahme aus der Form wiegt.

Wird die Form der Dosierschnecke und ihre Umdrehungsgeschwindigkeit im Verhältnis zur Umdrehungsgeschwindigkeit der Hauptschnecke entsprechend gewählt, so kann man allgemein das Gewicht des hergestellten Formkörpers mit einer Toleranz von +_ 2 % und höchstwahrscheinlich sogar + 1 ^ halten.

Das theoretische Arbeitsprinzip der erfindungsgemässen Dosiereinheit gestattet eine einfache Konstruktion von geringem Gewicht (z.B. Fördermanschette aus einer leichten Legierung und Schnecke sogar aus einem thermoplastischen Material, wie Polyamid), die wirtschaftliche Vorteile bringt und die Montage erleichtert. Zur Reinigung oder Anpassung an unterschiedliche Materialien lassen sich die Doslerschnecken leicht auswechseln.

Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens kann aus zwei unterschiedlichen Komponenten direkt und sofort die Mischungsmenge hergestellt werden, die für Jeden einzelnen Einspritzvorgang benötigt wird, und man braucht nicht — wie bei den bisher bekannten Verfahren -- die Komponenten vorher zu mischen.

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Auf diese Weise besteht keine Gefahr, dass sich vorgefertigte Mischungen, insbesondere solche mit hohem Gehalt an Inerten Füllstoffen, in dem Fülltrichter entmischen oder dass krümelige Komponenten, wie die hochkonzentrierten Füllstoffe, zerfallen und/oder zerbröckeln wenn man versucht, da3 Entmischen durch kontinuierliches Rühren oder Schütteln der vorgefertigten Mischung zu verhindern.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist darin zu sehen, dass eine Vielzahl von Gegenständen mit praktisch gleichbleibender Zusammensetzung hergestellt werden kann, ohne dass die beiden Komponenten vorgemischt und homogenisiert und grosse Mengen an vorgefertigter Mischung gelagert werden müssen, denn die Regelnlässigkeit, mit der die Komponenten innerhalb eines bestimmten Zeitraumes dosiert werden, hängt lediglich davon ab, dass man das SciuÜ ttvoluraen der Komponenten sowie . . die Füllzeit der Hauptschnecke ausreichend konstant hält*

Schliesslich ist es erfindungsgeraäss möglich, das Verhältnis der beiden Komponenten in der thermoplastischen Zusammensetzung kontinuierlich zu variieren, indem man einfach die Umdrehungsgeschwindigkeit der Dosierschnecke ändert und auf diese Weise geformte Gegenstände beliebiger, d.h. beliebig vorherbestimmter Zusammensetzung erhält.

Die Zusammensetzung kann nach mehreren Spritz vorgängen oder sogar nach jedem einzelnen Spritzvorgang geändert werden. Hierdurch

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entfällt die vorherige Anfertigung und Lagerung von thermoplastischen Mischungen bestimmter Zusammensetzung, denn das jeweils gewünschte Mischungsverhältnis kann während der Verformung jederzeit erhalten werden.

Die obigen Ausführungen zeigen, dass das erfindungsgemässe Verfahren sehr vielseitig und einfach ist und geringe Koeten verursacht.

Die nachstehenden Beispiele erläutern das erfindungsgemässe Verfahren.

Beispiel 1

Mit einer Spritzgussvorrichtung, die eine nominelle Einspritzkapazität von 2000 g (ausgedrückt in g einspritzbares Polystyrol) besass, wurde körniges Polypropylen unter folgenden Bedingungen zu einem Gegenstand mit einem Gewicht von 650 g verarbeitet:

245⁰C

Temperatur des geschmolzenen Materials Dauer eines vollständigen Arbeitsganges

davon bei geschlossener Form: 55 Sekunden bei offener Form: 5 Sekunden

Füllzeit

Dauer des Spritzvorganges Verschiedene Unterbrechungen Geschwindigkeit der Hauptschnecke Gewicht des geformten Gegenstandes

(Dichte = 0,91)

60 Sekunden

32 Sekunden 15 Sekunden 3 Sekunden 41 U/Min 650 g

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Nach dem Einspritzen begann ein neuer Arbeitsgang, *.bei dem der Hilfstrichter 2 mit einem hochkonzentrierten Füllstoff aus 80 Gew.-96 Tal'mun und 20 Gew.-96 eines amorphen Polypropylen, her gestellt gemäss des belgischen Patents 830 725, gefüllt wurde. Die Dosierschnecke 10, die den Füllstoff in den Beschickungssamruler 12 beförderte, wurde durch einen Elektromotor angetrieben, der einen mechanischen Regler zur Geschwindigkeitsreduzierung aufwies.

Vurde die Geschwindigkeit der Dosierschnecke (10) auf 37 U/Min herabgesetzt, so erhielt man ein Produkt mit einem Gewicht von 825 g, was einer Dichte von 1,15 entsprach.

Das Gewicht des Produktes variierte um + 1,5 %» Alle anderen Arbeitsbedingungen waren die gleichen wie bei der Verformung des Polypropylens ohne Füllstoffe.

Beispiel 2

Die Bedingungen des Beispiels 1 bezüglich Temperatur und Dauer des Arbeitsganges wurden beibehalten; lediglich die FUllzeit der Hauptschnecke wurde von 32 Sekunden auf 15 Sekunden gesenkt, wodurch sich der Gegendruck des geschmolzenen, in dem Spritzzylinder angesammelten Produktes reduzierte.

Wurde die Dosierschnecke mit einer Geschwindigkeit von 37 U/Min betrieben, so wog der erhaltene Gegenstand 772 g, was einer Dichte von 1,08 entsprach. Die Schwankungen im Gewicht des Produktes lagen bei + 0,5 %·

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Beispiel 3

Das Verfahren dee Beispiels 2 wurde wiederholt, wobei Jedoch die FUllzeit 31 Sekunden betrug und die Dosierschnecke mit einer Geschwindigkeit von 52 U/Mln betrieben wurde. Die so erhaltenen Gegenstände wogen 900 g (Dichte s 1,25) und zeigten Gewichtsschwankungen von £ 1,8 %.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche :

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Spritzgussverfahren für thermoplastische, durch Mischen und Homogenisieren von zwei unterschiedlichen Komponenten erhaltene Zusammensetzungen_t dadurch gekennzeichnet, dass man über eine mit variabler Geschwindigkeit arbeitende Dosierschnecke eine der beiden Komponenten unmittelbar in den Beschickungssammler der Plastifizierschnecko einer üblichen. Spritzgussvorrichtung führt, sie dort mechanisch mit der zweiten Komponenten mischt, die durch Schwerkraft aus dom

Beschickungssammler gegenüber angeordneten Haupt-Fülltrichter in den gelangt,die so erhaltene Mischung durch Schwerkraft in die Gewindegänge der Plastifizierschnecke fließen läßt, dort plastifiziert und anschließend in die Form spritzt, wobei sowohl Beginn als auch Ende der Rotation der Dosierschnecke und Platifizierschnecke bei Beendigung der Beschickungs- und Plastifizierungs- phase synchron erfolgt, und wobei die Menge der einen Komponenten in der fertigen, zu verformenden Zusammensetzung durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Dosierschnecke geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Komponente ein körniges, pulverförmiges oder gemahlenes thermoplastisches Material und als andere Komponente pulverförmige, körnige oder gemahlene MineralfUllstoffe und/oder

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inerte organische Füllstoffe bezw. Füllstoffkonzentrate, die ein thermoplastisches polymeres Bindemittel enthalten, verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstoffe Färb- oder Pigmentkonzentrate verwendet werden.

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