DE2802236B2 - Verfahren zur Herstellung von Kunststofformteilen aus hochviskosem und mit kurzen Glasfasern versehenem Kunststoff und Form zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststofformteilen aus hochviskosem und mit kurzen Glasfasern versehenem Kunststoff mit einer im Gebrauchszustand sichtbaren und einer nicht sichtbaren Oberfläche mittels Gießen in einer Form sowie eine Form zur Durchführung des Verfahrens. ·

Als Gußmasse zur Herstellung derartiger Kunststoffformteile, die vorzugsweise beim Karosseriebau verwendet werden, werden sogenannte Prepregs (SMC) 4^r> und schrumpfarme Harze (low profile sheet molding compounds) eingesetzt.

Derartige Gießharze bestehen aus einem Gemisch einer Styrollösung von ungesättigtem Polyester, Peroxid, Gleitmittel, eines Glasfaserzusatzes, der beim %> Aushärten der Gußmasse das Schrumpfen behindert. Härters und Füllstoffs. Der Anteil an Glasfasern beträgt 15 bis 60 Gew.-% oder auch 22 bis 35 Gew.-% des Gemisches. Die Glasfasern weisen eine Länge von 12 bis 50 mm und einen sehr geringen Durchmesser auf. v> Der Gehalt der Mischung an Polyester plus Styrol beträgt in der Regel etwa 15 Gew.-°/o. Das Gleitmittel, z. B. Zinkstearat, und das Peroxid sind in geringen Mengen vorhanden. Möglicherweise enthält das Gemisch außerdem einen geringen Anteil eines Verdikkungsmittels, wie Magnesiumoxid. Auch ein Schlagzähigkeitsmodifiziermittel, wie Polymethylmethacrylat oder ein Copolymeres von Methylmethacrylat mit Acryl- oder Methacrylsäure, läßt sich beimengen. Auch eine'Kombination aus einem Schlagzähigkeitsmodifi- ^ ziermittel und das Schrumpfen beim Aushärten der Gußmasse verhindernden Zusatz, wie ein Styrol/Butadien-Blockcopolymeres, ist verwendbar.

Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik Findet derzeit eine Umstellung auf Karosserieteile aus Kunststoff statt wodurch eine Gewichtsverminderung und hierdurch eine bessere Kraftstoffausnutzung erreicht werden. Auch bieten derartige aus Kunststoff bestehende Karosserieteile den Vorteil, daß sie nicht rostanfällig sind und keine durch unmittelbare metallische Kontakte verursachten Rattergeräusche erzeugen. Eine Hauptschwierigkeit bei der Herstellung derartiger Kunststofformteile liegt darin, daß ihre Oberfläche immer porös ist und vorspringende Fasern vorhanden sind. Diese Mangel zeigen sich nach dem ersten Auftrag eines Grundierungsmittels und machen dann eine aufwendige zusätzliche Nachbearbeitung und einen nochmaligen Auftrag von Anstrichmitteln erforderlich. Wenn man somit eine von sichtbaren Mängeln freie Oberfläche erhalten wollte, war bisher immer eine Nachbearbeitung beispielsweise mittels Sandstrahlen erforderlich. Es wurde auch versucht, die mit Mängeln behaftete Oberfläche der Kunslstofformteile mittels Sandpapier zu glätten, wobei jedoch eine starke Staubentwicklung auftritt, die bei der Durchführung dieser Arbeiten das Tragen von Atmungsmasken erforderlich macht Das Tragen derartiger Atmungsmasken ist insbesondere an heißen Tagen und evtl. auch in der Nähe der Wärme abgebenden Herstellungspressen sehr lästig. Ferner wurde bereits versucht, den Werkzeugen und Formen zur Herstellung derartiger Kunststofformteile eine solche Beschaffenheit zu verleihen, daß sie auf Hochglanz poliert sind, um hierdurch eine absolut glatte, flache Oberfläche am Kunststofformteil zu erzielen. Jedoch konnten auch mittels derartiger hochpolierter Formen keine von Oberflächenunregelmäßigkeiten freien Oberflächen an Kunststofformteilen erreicht werden, da bei der Herstellung von Kunststofformteilen in Bahnform unter Verwendung derartiger Formen immer noch eine beträchtliche Porosität, ausgeprägte Wellungen, Vertiefungen, eine sichtbare Maserung entsprechend der Faserstruktur an der Oberfläche der Kunststofformteile und sichtbare Fließlinien vorhanden waren, so daß die Oberfläche eines Kunststofformteils apfelsinenschalenartig war. Erhabene Bereiche wurden an den Kunststofformteilen durch Anschweißen angebracht.

Von daher liegt der vorliegenden Erfindung die. Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Form zur Herstellung von Kunststofformteilen zu schaffen, deren sichtbare Oberfläche wenigstens im wesentlichen frei von Oberflächenmängeln, d. h. weitgehend glatt ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren und einer Form der gattungsgemäßen Art in Verbindung mit den Merkmalen nach den Ansprüchen 1 und 4 gelöst.

Zum Herstellen einer fehlerfreien sichtbaren Oberfläche hat nach der Erfindung die für die nicht sichtbare Oberfläche des Kunststofformteils bestimmte Formfläche einen größeren Strömungswiderstand als die für die sichtbare Oberfläche bestimmte Formfläche. Da somit die Gußmasse an den Formflächen unterschiedlich schnell fließt, entsteht ein sog. Umwälzeffekt innerhalb der in die Form eingegossenen Gußmasse. Hierdurch wird die Freigabe von in der Gußmasse eingeschlossenen Luftblasen erleichtert. Ein Teil der Luft kann durch die Trennebene der Form entweichen und in die in der Gußmasse eingeschlossene Luft wird von der sichtbaren Oberfläche des Kunststofformteils während des Gießens zu der nicht sichtbaren Oberfläche transportiert. Dadurch wird insbesondere die Oberflächenporosität stark herabgesetzt. Bei der Anwendung des erfindungs-

gemäßen Verfahrens und der zu seiner Durchführung bestimmten Formen wurden folgende Vorteile festgestellt:

1) Wellungen und Mulden fallen flacher und weniger ausgeprägt aus;

2) an der Oberfläche zeigt sich ken? Maserung in Form eines Fasermusters, so daß sich nach dem Auftragen des Anstrichmittels eine glattere Oberfläche am Kunststofformteil ergibt;

3) Oberflärhenunregelmäßigkeiten des aufgetragenen Anstrichmittels werden aufgrund der Ausbildung der Oberfläche beseitigt, und

4) aufgrund der Verlangsamung der Fließgeschwindigkeit der Gußmasse an den Formoberflächen sind die Fließlinien weniger ausgeprägt, und die Kunststofformteile haben an der Fließlinie eine höhere Festigkeit

Die Größe und Tiefe des beispielsweise durch Schleifen aufgerauhten Bereichs hängt von der Form- λ bauweise, der Art der Beschickung der Form, sowie davon ab, ob Rippen und Vorsprünge vorhanden sind, welche das Fließen an einer Formfläche mehr als an der anderen behindern. Beim Schleifen werden die Formflächen mit einem Schleifmittel bearbeitet, welches jeder r> einzelnen Formfläche die gewünschte Beschaffenheit gibt Beispiele für geeignete Schleifmittel sind Aluminiumoxid, Glasperlen, Sand und Metallschrot. Die Körnung des Schleifmittels liegt in der Größenordnung von etwa 58 bis 420 μπι. ίο

Die zur Durchführung des Verfahrens nach de.' Erfindung bestimmte Form ist derart beschaffen, daß die für die nicht sichtbare Oberfläche des Formteils bestimmte Formfläche rauher als die für die sichtbare Oberfläche bestimmte Formfläche ist. Durch die sich r> dadurch ergebenden unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten wird eine Umwälzbewegung an der rauheren Formfläche erzeugt, die auch die Glasfasern beeinflußt und die Fließgeschwindigkeit an der rauheren Formfläche verlangsamt, so daß die Luft entweicht, zu der nicht t» sichtbaren Oberfläche des Kunststofformteils gelangt und dort eingeschlossen wird. Bei einer wie beim Stand der Technik bereits vorgeschlagenen weitgehend glatten Formfläche hingegen versucht die Vergußmasse sich in Form von Kügelchen über die heiße Formfläche *■> gleitend zu bewegen, was zur Folge hat, daß Luft an der oben liegenden Oberfläche des Kunststoffformteils eingeschlossen wird und Fließlinien an den aneinander angrenzenden Kunstharzströmen auftreten. Durch die erfindungsgemäße Auslegung der Form w jedoch füllen sich die Vertiefungen mit Harz auf und an der Oberfläche des Kunststofformteils stehen keine Fasern über. Zudem wird eine homogene Materialvermischung an den Fließlinien gewährleistet, so daß die Kunststofformteile auch an diesen Fließlinien wider- ">■> standsfähig sind.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 wiedergegeben.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Darin f>o zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines als Karosserieteils bestimmten Kunststofformteils,

Fig.2 eine Querschnittsansicht eines weiteren als Karosserieteil bestimmten Kunststofformteils, <■■>

F i g. 3 eine Querschnittsansicht einer Motorhaube als Karosserievorderteil,

Fig. 4 eine Unteransicht auf eine Form zur Herstellung der Innenseite einer Dachverkleidungeines Fahrzeugs, und

Fig.5 eine Draufsicht auf die sichtbare Oberfläche der Dachverkleidung als Ausführungsbeispiel eines Kunststofformteils.

In F i g. 1 ist ein Kunststofformteil mit einer konkaven sichtbaren Oberfläche gezeigt, deren konkave Oberfläche gröber und deren konvexe Oberfläche feiner strukturiert ist. Die größer strukturierte Oberfläche bildet die innenfläche und die feiner strukturierte Oberfläche die Außenfläche. Diese Oberflächenbeschaffenheit des in F i g. 1 gezeigten Kunststofformteils wird durch die entsprechende Wahl der Oberflächenrauhigkeit der Formflächen erreicht.

Wenn wie bei F i g. 2 die konkave Oberfläche des Kunsistofformteils die sichtbare Oberfläche ist, haben beide Oberflächen des Kunststofformteils etwa dieselbe Struktur. Letztlich hat die Strukturierung der Oberfläche die Aufgabe, das Fließen der Gußmasse derart zu beeinflussen, daß sich die Fließrichtung durch den Widerstand an einer Oberfläche des Kunststofformteils umkehrt, so daß die gesamte im Kunststofformteil während der Herstellung eingeschlossene Luft zur an der Rückseite liegenden Oberfläche des Kunststofformteils gelangt, wie dies in F i g. 4 näher dargestellt ist Bei dem in F i g. 2 gezeigten als Kunststofformteil ausgebildeten Karosserieteils ist die sichtbare Oberfläche größer als die nich sichtbare, innen liegende Oberfläche. Beide Oberflächen des Kunststofformteils sind fein strukturiert.

Das in F i g. 3 im Querschnitt gezeigte Kunststofformteil bildet die Motorhaube für ein Fahrzeug. Die sichtbare außenliegende Oberfläche des Kunststofformteils ist wiederum fein strukturiert, so daß die Gußmasse der für diese Oberfläche bestimmten Formfläche der Form schneller fließt, wobei die hierbei frei werdende und in der Gi'.ßmasse eingeschlossene Luft umgewälzt wird und zur an der Rückseite liegenden Oberfläche, der nicht sichtbaren Oberfläche des Kunststofformteils gelangt, die grob strukturiert ist.

Die in F i g. 4 gezeigte Form ist zur Herstellung der Innenseite einer Dachverkleidung für ein Fahrzeug bestimmt. Die Oberflächen sind hierbei grob und fein strukturiert und es sind zusätzlich Vorsprünge und Vertiefungen vorhanden, die die Fließgeschwindigkeit der hochviskosen Gußmasse an der Formfläche verlangsamen.

Wenn sich ein unterbrochener Vorsprung oder eine Rippe am flachen Teil mit einer geraden Scherkante befindet, ist zwischen dem Vorsprung oder der Rippe und der Gußmasse unmittelbar ein glatterer Fließweg als im Umgebungsbereich vorhanden, so daß die Gußmasse in diesen dickeren Bereich beschleunigt strömt und der Materialstrom somit die Scnerkante in seiner gesamten Erstreckung gleichzeitig erreicht, um einen Lufteinschluß zu vermeiden.

In F i g. 5 ist in einer Ausschnittsdarstellung die in sich gleichmäßig strukturierte sichtbare Oberfläche der Dachverkleidung als Kunststofformteil gezeigt

Die für die nicht sichtbare Oberfläche des Formteils bestimmte Formfläche wird durch Materialabtragung unregelmäßig aufgerauht. Beispiele für solche Verfahren sind eine mechanische Schle'fbehandlung, eine herkömmliche chemische oder elektrochemische Ätzung und elektrische Methoden, wie eine elektrische Lichtbogen- oder Plasmabehandlung, wodurch Material an Bereichen der Formfläche abgetragen wird und Vertiefungen erzeugt werden. Die Oberflächenbeschaf-

fenheit der Formfläche läßt auch bereits beim Gießen der Form berücksichtigen, was jedoch aufwendig ist.

Die zum Gießen verwendeten Kunststoffe haben eine Viskosität von 1000 bis 10xl0⁷mPas, insbesondere von 15 χ 10⁶ bis 50 χ 10⁶ m Pa sbei Raumtemperatur.

Eine abnehmbare Dachverkleidung eines Fahrzeugtyps wurde in der nachstehend beschriebenen Weise hergestellt Fig.4 zeigt die untere Formhälfte der verwendeten Form und F i g. 5 die obere. Ein zur vollständigen Füllung der Form ausreichendes Prepreg (SMC) wird in den Beschickungsbereich 1 von F i g. 4 gegeben. Die Bereiche 3, 5, 7, 9, 11 und 13 sind relativ glatte Bereiche, welche das freie Fließen der Gußmasse zu den Vorspränge bildenden Formvertiefungen ermöglichen. Vorsprünge sind bei 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31 und 33 dargestellt. Die strichlierten Bereiche 35 stellen Formbereiche dar, die mit Hilfe von gegen die Form geschleuderten Glasperlen strukturiert wurden. Nach der Beschickung wird die Form geschlossen.

Der mit 37 bezeichnete Bereich hinter den Vorsprüngen wird mit Hilfe von Aluminiumoxid mit einer Kömungsnummer von 60 bis 90 derart strukturiert, daß eine noch rauhere Oberfläche als im Bereich 35 erzielt wird, damit das Fließen der Gußmasse verlangsamt wird, nachdem diese die Vorsprünge erreicht hat. Die Verlangsamung der Gußmasse an der rauheren Oberfläche erlaubt es, daß sich deren Fließgeschwindigkeit an der oberen Formfläche im Verhältnis zu jener an der unteren erhöht und daß die Gußmasse die Blasen überrollt und mitschleppt, wodurch die untere Fläche porös wird.

Fig.5 zeigt die obere Formfläche, die im Vergleich zur unteren Formfläche eine glattere Struktur 39 aufweist.

Die obere Formfläche wird durch gegen sie geschleuderte Glasperlen strukturiert. Sowohl die obere Formfläche als auch die untere Formfläche werden beim Betrieb zur Härtung der Gußmasse beheizt. Die in F i g. 5 gezeigte Formfläche weist eine gleichmäßige Struktur 39 auf, die weniger rauh als die durchschnittliche Struktur der in F i g. 4 dargestellten Formfläche ist. Sowohl die obere als auch die untere Formfläche werden zur Härtung der Gußmasse beheizt, wodurch sich eine gehärtete Dachverkleidung ergibt.

Beim Formen wird die obere Formhälfte gegen die in der unteren Formhälfte befindliche Gußmasse gedrückt. Der Druck bewirkt, daß die Gußmasse in den strukturierten Bereichen umgewälzt wird, wodurch die Poren in der unteren Oberfläche des Kunststofformteils eingeschlossen werden. Das Material fließt relativ frei über die Bereiche der nichtstrukturierten unteren Formfläche und füllt die Hohlräume, welche die Vorsprünge bilden. Nach der Füllung dieser Hohlräume fließt die restliche Gußmasse zu den Eckbereichen hinter den Vorsprüngen, wo neuerlich eine Umwälzung auftritt, die bewirkt, daß die Poren an der Unterseite des Formteils eingeschlossen werden.

Die beim Formen anzuwendenden Zeiten und Temperaturen sowie die übrigen Bedingungen sind bekannt.

Außer den dargestellten Kunststofformteilen lassen sich Kühlergrille mit Belüftungsöffnungen, Campingbus-Dächer, Kraftfahrzeugverdecke, Spoiler und andere Karosserieteile und Bauelemente herstellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Kunststofformteilen aus hochviskosem und mit kurzen Glasfasern ■> versehenem Kunststoff mit einer im Gebrauchszustand sichtbaren und einer nicht sichtbaren Oberfläche mittels Gießen in einer Form, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen einer fehlerfreien sichtbaren Oberfläche der Strömungswiderstand der für die nicht sichtbare Oberfläche des Kunststofformteils bestimmten Formfläche größer als jener der für die sichtbare Oberfläche bestimmten Formfläche ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ΐΐ zeichnet, daß die für die nicht sichtbare Oberfläche des Kunststofformteils bestimmte Fomfläche aufgerauht wird, so daß sie einen größeren Strömungswiderstand hat

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, 'M dadurch gekennzeichnet, daß der hochviskose und mit kurzen Glasfasern versehene Kunststoff anfänglich eine Viskosität von 1000 bis 7 χ 10⁷ m Pa s bei Raumtemperatur hat.

4. Form zur Durchführung des Verfahrens nach 2ί einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die für die nicht sichtbare Oberfläche des Formteils bestimmte Formfläche rauher als die für die sichtbare Oberfläche bestimmte Formfläche ist. so