DE2910227A1

DE2910227A1 - Herstellungsverfahren von technischen teilen aus thermoplasten mit gerichteten lokalisierten endlosfasern

Info

Publication number: DE2910227A1
Application number: DE19792910227
Authority: DE
Inventors: Helmut Prof Dr Kaeufer
Original assignee: Individual
Current assignee: Cavity GmbH
Priority date: 1979-03-13
Filing date: 1979-03-13
Publication date: 1980-09-25
Also published as: DE2910227C2

Description

Beschreibung der Erfindung zur Patentanmeldung
Herstellungsverfahren von technischen Teilen aus Thermoplasten mit gerichteten lokalisierten Endlosfasern Die Erfindung betrifft das Herstellen von technischen Teilen mit gerichteten höheren Festigkeiten als sie bisher im Spritzgießen und Extrudieren durch Zumischen von Fasern erreicht werden. Diese höheren Festigkeiten wurden dadurch erreicht, daß nicht, wie bis jetzt üblich kurze Fasern, die nur ohne Ausrichtung beigegeben werden können, sondern spezielle Bereiche des Fertigteiles mit gerichteten lokalisierten Endlosfasern verstärkt werden. Die einzelnen Fasern oder Faserstränge werden dazu so eingebaut, daß sie in eine Richtung parallel zueinander im Produkt angeordnet sind. Diese Aufgabe war nur lösbar, wenn die Verstärkungsfasern direkt in das Verarbeitungswerkzeug eingebracht werden und nicht mit der plastifizierten Masse in das Werkzeug gelangen. Das Ziel der Erfindung bestand deshalb in einem Verfahren zur Herstellung von verstärkten Plastomerteilen mit Endlosfasern. Die Verstärkungsfaßern sollten erst im Verarbeitungswerkzeug mit der plastischen Schmelze zusammengebracht werden und sich nach dem Herstellungsvorgang in einer vorher definierten Lage befinden, um gerichtete Verstärkungswirkungen bei Plastomerteilen zu ermöglichen.
Stand der Technik Die Verstärkung von spritzgegossenen lastomerteilen erfolgt zur Zeit bekanntlich durch die Zumischung ven kurzen Glas-Tesern in die Kunststoffmasse. Durch die statistieche Verteilung der Fasern im Fertigprodukit wird zwsr eine gleichmäßige Verstärkung erreicht, die aber nicht die Festigkeitswerte erreichen kann (bei gleichem Volumenanteil) wie gerichtete lokalisierte Endlosfasern. Ein weiterer @schteil der Verarbeitung von Plastomeren mit Kurzglasfasern ist die starke Schneckenabnutzung.
Synthesefesern konnten bisher grundsätzlich nicht im Spritzgienverfahren verwendet werden, was sowohl eine starke Einschränkung der Faserauswahl als auch der Verstärkungsmöglichkeiten darstellte.
Bei dem vorliegenden Verfahren können ausnahmslos alle Faserarten verwendet werden. Die Fasern (Endlosfasern) werden dabei so eingebaut, dab sie eine definierte und zwar gerichtete lokalisierte Lage einnehmen, wie es fär den späteren Belastungsfall gänstig ist.
Das einbringen der Fasenn erfolgt direkt im Werkzeug und nicht über die Plastifiziereinheit.
1. Zrprobte Art der partielien gerichteten Verstärkung Fär die peispielhafte Verwirklichung einer solchen Herzteliung mit Endlosfasern verstärkter Teile wurde eine Stacherstellung ausgewählt. Dazu wurde ein spezielles Soritzgiekwerkzeug entwickelt.
1.1 Aufbau eines Spritzgießwerkzeuges für dinen Stab Die vordere Aufspannplatte dieses werkzeuges hat eine glatte Oberfläche ohne formhöhlung, die eine zentrierte Angu@-buchse für einen Stangenanguß aufweist. Trotz der mittigen Lage des @ngusses handelt as sich um einen asymetrischen Anguß. Sie schließseitige Werkzeughälfte (Fig. 1) wurde wie folgt aufgebaut: Teil 1 (Fig. 1) stellt ein bewegliches einsatzteil zur Aufnahme der Endlosfasern der (siehe Kapitel 1.2). Im Einsatzteil 2 mit Formnähung findet der Formfüllvorgang beim Spritzgießen statt. Das Teil 2.1 dlent dagegen nur zur Aufnahme des in Teil 2 gespritzten Probekörpers. Der Formfüllvorgang findet somit nur im Einsatz 2 statt. (Es ist allgemein nicht erforderlich, das Einsatzteil 2.1 so zu bauen, daß das gesamte Spritzgießteil aufgenommen werden kann).
Mit Hilfe des gespritsten Prüfstabes, der in die Formhöhlung 2.1 nach dem Spritzen eingelegt wird, werden die Feserstränge nachgefänrt (näheres dazu Kapltel 1.3, Herstellungsaulauf). Zusätzlich wird eine Abdichtung des Formenraumes im Werkzeug erreicht, und die Faserstränge werden für den folgenden Spritzgießvorgang ohne zusätzliche Vorrichtung in der gewünschten Längsrichtung vorfixiert.
1.2 Führungskolben zur Faserlokalisierung Zur Führung der Faser wurde ein Kolben (Fig. 2) entworfen und gebaut. Der Kolben wird in die obere Formhöhlung (Fig. 3,Teil 2) mit Spielanpassung eingesetzt. Am Boden des Kolbens befinden sich Bohrungen (in diesem Fall 4), deren Lage die Lokalisierung der Fasern bestimmt und' ermöglicht. Da der Kolben von der einströmenden Schmelze beim SprivzgieE.en in Richtung Formful 1 strömung geschoben wird, wird kein zusåtzlicher P;ecnan i smus bzw. Antrieb zur Führung der Fasern nötig (Fig. 4). Um zu verhindern, daß beim Auswerfvorgang die Fasern zwischen Kolbenboden und Spritzgießteil nicht abgeschert werden, wurde ein beweg'iches Einsatzteil (Fig.3, Teil3) für den Kolben gebaut, das den Kolben während des Auswerf.
vorganges um den Auswerferweg herausdrückt (Fig. 5,6).
1.3 Arbeitsweise des Stabwerkzeuges Durch cas neuentwickelte Werkzeugprinzip ergibt sich ein Arbeitsablauf, der von der üblichen Herstellung von Spritzgießteilen abweicht. Mit Hilfe von Fig. 3 soll der Arbeitsablauf anschaulich dargestellt werden.
1. Werkzeug soweit zufahren, daß sich die Auswerferstifte in ürundstellung befinden.
2. Einfädeln der Fasern in den Kolben (Fig. 2).
3. Kolben in das Werkzeug einsetzen (in Fig. 3 eingesetzt zu sehen).
4. Werkzeug schließen.
5. Spritzgießen Bei diesem Vorgang wird der Kolben mittels Schmelze in die Höhe geschoben und führt die Fasern.
6. Spritzgießteil kühlt ab und erstarrt.
7. Werkzeug öffnen und Teile herausdrücken.
Dieser Vorgang kann nicht als Auswerfen im üblichen Sinne bezeichnet werden, da die Teile nicht herausfallen, sondern am Kolben über den Fasersträngen hangenbleiben (Transferspritzgießenì. Der Kolben wiederum behält seine Lage im Führungsteil bei, weil letzteres in horizontaler Richtung um den wirksamen Weg der Auswerferstifte vorgeschoben wird (siehe dazu Fig. 5).
8. wie 1.
9. Das Spritzgießteil wird so weit nach unten gezogen, bis sein oberer Teil in die untere Formhöhlung (Fig. 3, Teil ) Faßt.
Die Faserstränge werden bei diesem Schritt automatisch -itergeführt. Ein erneutes Einfädeln wird dadurch nicht mehr erforderlich. Der Kolben geht selbständig in Grundste lung.
10. Erneut wie 4. - 9.
Erst nac diesem Vorgang erhält man das erste zu verwendende partiell gerichtet verstärkte Teil. Der Vorgangwie in 4. - lo.
beschrieben, kann so lange wiederholt werden, bis ein erneutes Einfädeln der Faserstränge erforderlich wird (z.B. Faserrie, Rovingente).
Es muß also unterschieden werden zwischen dem fortlaufenden Produktionszyklus und dem erstmaligen Spritzgießen, bei dem die Verstäkungsstra'nge eingeführt werden.
1.4 Erzielte Teile Die mit diesem Werkzeug und dem beschriebenen Arbeitsablauf hergestellten Prüfstäbe weisen einwandfrei parallel ausgerichtete Faserstränge auf, die auch den gewünschten Abstand vom Prebenrand aufweisen (Fig. 7). Die Trennung der Prüfstäbe von der erhaltenen Stange geschieht durch Abknicken, da die einzelnen Teile nur über die Fäserstränge zusamrnengehalten werden. Nach Abtrennen des Angusses ist eine zusätzliche Nacharbeit nicht erforderlich. In der Fig. 8 sind Anwendungsbeispiele angedeutet.
1.5 Meßergebnisse Werkstoff- Volumen- Zugfestig- Anderung E-Modul Ande- Schleg- Andeverstärkungs- anteil keit N/mm² N/mm² rung zähig- rung fasern (Fasern) keit Polystyrol 0,27 40,0 +12 13 85 +3 11,6 +11 PS/Polyaramid 44,8 1428 12,9 (Kevlar) PMMA 61,4 +1 1437 -1 13,4 +59 PMMA / Poly- 0,27 61,8 1428 21,3 aramid Polyamid 6 58,7 +10 1087 +12 n.g.
Polyaramid 3,4 64,4 1219 n.g.
(Nomex) Polyäthylen 6,56 42 n.g.
Polyäthylen Polyvinyl- 1,5 7,50 +14 67 +60 n.g.
idenfluoridfas.
Polyäthylen 7,87 +19 47 +62 n.g.
Polyäth./PETP 1,5 9,37 76 n.g.
Polyäth.
Polyäth. 8,27 46 +61 n.g.
PETP 0,88 6,89 +17 74 n.g.
PA 6,6 1649 PA 6,6 Kurzglasfasern 13 PA 6,6 Endlos- 6,9 115,0 +58 1990 +21 glasfasern 1. @ Arreichte mchanische Festigkeit bie meßergebnisse zeigen erhebliche Verstärkungswirkungen durch die gerichtet eingebrachten Fasern.
Bei den mit Synthesefasern verstärkten Probekörpern konnten Zugfestigkeitserhöhungen bis zu 19 % erreicht werden, bei einem Volumenanteil von nur 1,5 %. Die Meßergebnisse zeigen jedoch auch, daß die Zugfestigkeitserhöhung stark von der Kombination Kunststoff / Kunstststoffasern abhängig ist. Das Gleiche gilt für den E-Modul, we änderungen bis zu über 60 % erzielt werden. Besonders bervorzuheben ist die Steigerung der Schlagzähigkeit von Fm@A mit 0,27 % Polyaramidfasern um 59 %. Bie Zugfestigkeiten liegen erwartungsgemäß bei Glasfasern höher als bei Synthesefasern. Die mit Glasfasern gerichtet verstärkten Probestäbe zeigen dagegen in ihrer Schlagzähigkeit einen Abfall.
Literaturverzeichnis 1. P.H. Selden Glasfaserverstärkte Kunststoffe Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York 1967 2. H. Käufer Kunstoffe als Werkstoffe Vogel-Verlag, Würzburg 1974 3. Vieweg, Braun Kunstoff-Handbuch' Band 1, Grundlagen Carl-Hanser-Verlag München-Wien 1975 4. U. Dhonssen Studienarbeit TU Berlin 1977 5. U. Thomssen Diplomarbeit TU 3erlin 1978 6. Thomssen/Käufer DP 2910 227.0 7. M. Govedarica Forschungsbericht DU Berlin 1978 Leerseite

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e zur Anmeldung mit dem Titel: herstellungsverfahren von technischen Teilen aus Thermpplasten mit gerichteten lokalisierten Endlosfasern Hauptanspruch 1. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ihre Herstellung in üblichen Plastomer-Verarbeitungsmaschinen erfolgt, wobei die Easern im Werkzeug über ein i?ührungselement oeigegeben werden, das durch den Schmelzenstrom bewegt wird und dabei die beigegebenen Fasern lokalisiert.

Unteransprüche 1. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß Endlosfasern verwendet weraen, wobei die Abtrennung erst nach dem Spritzgießvorgang erfolgt.

2. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Fasereingabe über das Spritzgießwerkzeug erfolgt.

9. Das Vorfahren ist dadurch gekennzeichnet1 daß die Abdichtung des Werkzeuges einerseits durch das Führungselement, andererseits durch Anspritzung eines Teiles erfolgt.

4. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Fasern durch die Anzahl der Löcher und deren Durchmesser im Führungselement bestimmt wird.

5. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Fasern verschiedene geometrische Formen annehmen kann.

6. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Anspritzungen mit mehreren Faserführungen möglich sind.

7. Das Vorfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß beim Auswerfvorgang die Fasern nicht vom Spritzgießteil getrennt werden, sondern mittels Spritzgießteil weitergeführt werden.

8. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß Glasfasern-und Stränge verschiedener Stärke verwendet werden können.

9. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß Synthesefasern-und Stränge verschiedener Stärke verwendet werden können.

10. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß Fasern und Faserstränge mit Schlichten und Haftvermittlern verwendet werden können.

11. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Plastomere mit Kurzglasfasern verwendet werden können.