DE2922303A1

DE2922303A1 - Verfahren zum herstellen von kunststoffgussgegenstaenden mit einem komplizierten hohlformbereich

Info

Publication number: DE2922303A1
Application number: DE19792922303
Authority: DE
Inventors: Shigetoshi Matsumoto; Shusaka Tamaru
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1978-05-31
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1979-12-06
Also published as: FR2427188A1; NL7904259A; JPS54156080A; FR2427188B1; GB2025836A

Description

HOFFMANN · EITLE & PAItTNEk*"'

PATENTANWÄLTE

Mim

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPl.-! N G. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN -DIPL.

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MÖNCHEN 81 · TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATHE)

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Nitto Electric Industrial Co., Ltd., Osaka /Japan

Verfahren zum Herstellen von Kunststoffgußgegenständen mit einem komplizierten Hohl-

formbereich

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffgegenstandes mit einem komplizierten Hohlformbereich, beispeilsweise ein Rohrverbindungsglied, wie ein Kopfstück; beispielsweise ein Rohrmaterial, wie ein T-Stück, ein Spiralrohr oder ein Rohrkrümmer; und beispielsweise ein Behälter, wie eine Flasche mit einem engen Mundstück. Mehr noch bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffrohr-Verbindungsgliedes für ein Rohrmodul, welches für die Umkehr-osmotische-Trennung, Ultrafiltration oder Mikrofiltration verwendet wird. Der Einfachheit halber wird die Erfindung nachfolgend nur unter Bezugnahme eines solchen Rohrverbindungsgliedes verwendet, welches für das herzustellende Produkt entsprechend der Erfindung typisch ist.

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Zwei Arten von Verbindungsgliedern eines Rohrmoduls sind bekannt: Der eine Typ ist ein Kopfstück, bei dem beide Enden eine Anzahl von diskreten parallelen Rohren umfaßt, welche unter Verwendung von U-förmigen Verbindungsgliedern zick-zack-artig miteinander verbunden sind. Der andere Typ ist ein Rohrkrümmer, welcher die beiden Enden von zwei diskreten Rohren verbindet, indem ein U-förmiges Verbindungsglied verwendet wird. Das Kopfstück und der Rohrkrümmer sind im wesentlichen ein Kunststoffgußgegenstand, da dieses Material dem Teil ein geringes Gewicht verleiht und dieses gegenüber Korrosion widerstandsfähig macht.

Ein derartiges Kopfstück wird im allgemeinen entsprechend Fig. 1 als Kunststoffgußgegenstand hergestellt. Ein Innenteil 3 weist eine Vielzahl von Durchgangslöchern 2 auf, und zwar zur Aufnahme der Enden der diskreten Rohre 1. Außerdem ist ein äußeres Teil 5 vorgesehen, welches zur Verbindung der beiden Durchgangslöcher 2 eine Ausnehmung aufweist. Die Teile sind getrennt voneinander gegossen und durch Verwendung eines Klebstoffes mit den Flächen 6 und 7 miteinander verbunden. Dieses Verfahren erfordert jedoch hinsichtlich der Verklebung einen fachmännischen Vorgang. Die Festigkeit der Verbindung ist von Kopfstück zu Kopfstück unterschiedlich. Insbesondere wenn dieses Kopfstück für die umgekehrte osmotische Trennung verwendet wird, bei der dieses Kopfstück einem Druck von höher als ungefähr 50 kg/cm² widerstehen muß, wird die Bedeutung der Klebefestigkeit und der Dichtheit besonders bedeutsam.

Ein anderes herkömmliches Verfahren zum Gießen eines Kunststoff kopf Stückes ist in Fig. 2 dargestellt. Gemäß diesem Verfahren wird zunächst ein Kopfstückteil 10 mit einem Verbindungsabschnitt 8 gegossen, welcher zur äußeren Fläche 9 offen ist. Sodann wird ein Teil 11, welches groß genug ist, die öffnung in der Außenfläche 9 zu schließen,

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jedoch klein genug ist/ sich an das Verbindungsteil 8 anzupassen, mit dem Kopfstückteil an den Flächen 12 und 13 verklebt. Dabei wird entweder eine Ultraschallverschmelzung, ein Warmverschweißen oder aber ein Klebstoff verwendet. Auch dieses Verfahren sorgt nicht für eine ausreichende Festigkeit der beiden Teile im Berührungsbereich.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mittels dem Gegenstände mit einem komplizierten Hohlformbereich einstückig als Gußteil hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die sich aus den Patentansprüchen ergebenden Merkmale gelöst.

Die Möglichkeit der Herstellung eines einstückigen Kopfstückes für den zuvor genannten Gegenstand, eliminiert sich der Nachteil der schlechten Verbindung zweier Teile von selbst, so daß alle vorgenannten Nachteile durch die Erfindung überwunden werden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 herkömmliche Verbindungsglieder für einen rohrförmigen Modul mit Membranen,

Fig. 3 und 4 perspektivische Ansichten mit der Darstellung einer Ausführungsform eines gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kunststoffgußgegenstandes,

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß hergestellten Kunststoffgußgegenstand

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entsprechend einer ersten Ausführungsform,

Fig. 6, 7 und 8 eine weitere Ausführungsform eines entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kunststoffgußgegenstandes,

Fig. 9A und 9B die Darstellung der Verwendung eines gemäß

dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kunststoffgußgegenstandes in einem rohr förmigen Modul und

Fig. 1OA und 1OB die Wärmekapazitätsverteilung eines Kerns

und des Harzes vor und nach dem Gießen.

Unter dem Ausdruck "ein Kunststoffgußgegenstand mit einem komplizierten Hohlformbereich" ist ein Kopf- oder Sammelstück zu verstehen, welches einen einzelnen ü-förmigen Hohlbereich entsprechend der Darstellung in Fig. 3 aufweist. Darunter ist aber auch ein rohrförmiges Teil zu verstehen, in dem sich entsprechend der Darstellung in Fig. 4 ein spiralförmiger Hohlbereich befindet. Schließlich ist unter diesem Begriff ein Hohlbehälter entsprechend Fig. 5, ein Kopfstück mit einer Vielzahl von U-förmigen Hohlbereichen und jeglicher anderer Artikel zu verstehen, der als extrem kompliziert angesehen werden kann und dem nicht mittels Druckgießen und anderen herkömmlichen Gießtechniken eine Aushöhlung komplizierter Form verliehen werden kann. Fig. 3 stellt ein Kopfstück 12 dar mit einem U-förmigen Hohlbereich 121. Aus Fig. 4 ist ein rohrförmiges Teil 13 mit einem spiralförmigen Hohlbereich 131 ersichtlich. Fig. 5 zeigt einen Hohlbehälter 14 mit einem Hohlbereich 141.

Der gemäß dieser Erfindung verwendete niedrigschmelzende Legierungskern kann eine Zweikomponenten-, Dreikomponenten-, Vierkomponenten-Legierung usw. sein. Von diesen

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Legierungen ist eine niedrigschmelzende eutektische Legierung geeignet. Während der Schmelzpunkt der niedrigschmelzenden Legierung in Abhängigkeit von der Schmelztemperatur oder dem Erweichungspunkt des zu vergießenden Harzes gewählt werden muß, liegt die Temperatur im allgemeinen im Bereich von ungefähr 70 bis 180⁰C, vorzugsweise ungefähr 120 bis 150⁰C. Beispiele für geeignete niedrigschmelzende Legierungen für die Verwendung im Zusammenhang mit der Erfindung sind solche, die zumindest Wismut, Blei oder Zinn als eine Hauptkomponente enthalten. Insbesondere sind Legierungen verwendbar, die ungefähr 60 bis 55 Gew.-% Wismut und ungefähr 40 bis 45 Gew.-% Zinn enthalten. Außerdem sind Legierungen geeignet, die ungefähr 60 bis 50 Gew.-% Wismut und ungefähr 40 bis 50 Gew.-% Blei enthalten. Besondere Beispiele von im Zusammenhang mit der Erfindung verwendbaren niedrigschmelzenden Legierungen sind die folgenden:

andere

Schmelzpunkt	(⁰C)	Bi	Komponente	43,5	25,9	(Gew.-%)
		Pb Sn	32 16	Cd
176	60	67,75	17,3	32,25
144			26,7 13,3	40
143	57	30,6 51,2	18,2
139	5	43
139-132*	56	32 45	18
130	56,5	40
125	53,9
102,5	52	20,2
95	57,5
78,8	50
70	10

4 Zn

25,2 In

* Nicht-eutektisch

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Entsprechend dieser Erfindung wird ein Kunststoffgußgegenstand typischerweise durch Injektions- bzw. Spritzgiessen hergestellt, wenn der Gegenstand aus einem thermoplastischen Harz gegossen wird. Ein Spritzpreßformen, Flüssig-Spritzgießen oder Formgießen wird dann verwendet, wenn mit einem wärmehärtenden Harz gegossen wird. Die Grundsätze des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend auf der Basis dieser typischen Gießverfahren beschrieben .

Spritzgießen

Zur Herstellung eines Kunststoffgußgegenstandes aus einem thermoplastischen Harz unter Verwendung des Spritzgiessens gemäß der Erfindung muß der Kern aus niedrigschmelzender Legierung einen Schmelzpunkt haben, welcher niedriger liegt als die Spritzgießtemperatur. Im allgemeinen wird das Spritzgießen bei einer Temperatur von ungefähr 50 bis 100⁰C, vorzugsweise ungefähr 65 bis 85⁰C höher als der Schmelzpunkt des Kerns durchgeführt. Wenn der Unterschied zwischen der Spritzgießtemperatur und dem Schmelzpunkt des Kerns geringer ist als 50⁰C, tendiert der Kunststoffgußgegenstand zur Deformation, wenn der Kern geschmolzen und dann vom Gußgegenstand entfernt wird. Wenn andererseits der Unterschied mehr als 100⁰C beträgt, neigt der Kern dazu, während des Spritzgießens zu schmelzen.

Weiterhin muß der Kern aus niedrigschmelzender Legierung einen Schmelzpunkt haben, welcher zumindest ungefähr 10⁰C, vorzugsweise ungefähr 15 bis 30⁰C niedriger liegt als der Erweichungspunkt des thermoplastischen Harzes, welches nach dem Spritzgießen verwendet wird. Dies gilt ebenso für die anderen nachfolgend noch besprochenen Gießverfahren. Unabhängig davon, daß der Schmelzpunkt des Kerns

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niedriger liegt als der Erweichungspunkt des thermoplastischen Harzes,.wird sich der Spritzgußgegenstand deformieren, wenn der spritzgegossene Gegenstand mit dem eingebrannten Kern aus der Form entnommen wird und auf einen Ofen gelegt wird, um den Kern zu schmelzen und wegzunehmen. Wenn der Unterschied zwischen dem Schmelzpunkt des Kerns und dem Erweichungspunkt des thermoplastischen Harzes geringer ist als ungefähr 10⁰C, dann tendiert der Gußgegenstand unabhängig davon, daß die Temperatur sorgfältig gesteuert wird, zum Deformieren, wenn der Kern vom Gußgegenstand entfernt wird. Wenn andererseits die Temperaturdifferenz zu groß ist, beispielsweise größer als 30⁰C, wird die Spritzgießtemperatur zu hoch. Als Ergebnis neigt der Kern während des Spritzgießens zum Schmelzen.

Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen' Spritzgießens wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 6 und 7 beschrieben.

Fig. 6 zeigt einen Teil der für das Spritzgießen eines Kopfstücks verwendeten Form. In der Figur ist eine Form 22, die die Innenseite des Kopfstückes bildet, mit Sacklöchern 23 versehen, welche mit einem getrennt gegossenen Kern 24 aus einer niedrigschmelzenden Legierung gefüllt wird.

Fig. 7 zeigt einen Teil der im Zusammenhang mit einer anderen Ausführungsform des Kerns dargestellten Form. Die Sacklöcher 23 gemäß Fig. 6 sind durch Stifte 25 ersetzt, die sich auf der Form 22 befinden und die geraden Teile des Verbindungsweges bilden. Die Köpfe der beiden Stifte werden von einem überbrückenden Kern 26 aus niedrigschmelzender Legierung verbunden. Dabei bildet der Kern den gekrümmten Abschnitt des Verbindungsweges. In Fig. 6 und 7 repräsentieren die Symbole G (oder G¹) eine öffnung, durch

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- ίο -

die eine Form 21 mit einem geschmolzenen thermoplastischen Harz beladen wird. Eine oder mehrere dieser öffnungen können in der Form 21 vorgesehen sein.

Die beim Spritzgießen verwendeten. Kerne einer niedrigschmelzenden Legierung umfassen ein Komponentensystem aus Bi-Pb. Die Auswahl des Schmelzpunktes der Legierung hängt von der Gießtemperatur ab. Wenn beispielsweise die Temperatur, bei der das Harz in die Form gespritzt wird, d.h. die Spritztemperatur, ungefähr 210 bis 220⁰C und der Erweichungspunkt des Harzes ungefähr 155 bis 163⁰C beträgt, liegt der Schmelzpunkt des Kerns ungefähr bei 120 bis 140⁰C, vorzugsweise ungefähr 125 bis 135⁰C.

Obwohl der Schmelzpunkt des Kerns nahezu ungefähr 70 bis 100⁰C niedriger liegt als die Spritzgießtemperatur, schmilzt der Kern nicht und verliert auch nicht während des Spritzgießens seine Form. Der Grund dafür liegt darin, daß das eingespritzte Harz Wärme verliert und sich abkühlt, sobald es mit den Formwänden in Berührung gelangt. Während der Kern Wärme absorbiert und sich seine Temperatur erhöht, erreicht die Temperatur jedoch nicht den Schmelzpunkt, da der Kern aus Metall besteht, eine hohe thermische Leitfähigkeit und infolge seiner Berührung mit der Form eine große Wärmekapazität hat.

Daher ist die Größe und die Form des verwendeten Kerns im Zusammenhang mit der Spritzgießtemperatur gemäß der Erfindung wie folgt bestimmt.

Die nach dem Spritzgießen um den Kern abgegebene Wärme des geschmolzenen thermoplastischen Harzes wird vom Kern absorbiert. Daher müssen die Größe und die Form des Kerns und in die Spritzgießtemperatur so einjustiert werden,

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daß die absorbierte Wärme geringer ist als die Wärmekapazität des Kerns und die Temperatur des Kerns nicht den Schmelzpunkt erreicht. Die übrige Wärme des geschmolzenen thermoplastischen Harzes wird von der Form absorbiert.

In dieser Hinsicht stellt Fig. 1OA eine Grafik mit der Darstellung der Wärmekapazitätsverteilung dar, bevor ein geschmolzenes thermoplastisches Harz beim Spritzgießen einen Kern berührt. Fig. 1OB stellt eine Grafik mit der Darstellung einer Wärmekapazitätsverteilung eines thermoplastischen Harzes und Kerns dar, wenn das geschmolzene thermoplastische Harz den Kern berührt. Die Wärme des um den Kern angefüllten thermoplastischen Harzes wird vom Kern absorbiert. Daraus resultiert, daß die Wärmekapazität sowohl des geschmolzenen thermoplastischen Harzes als auch des Kerns einen Gleichwert erreicht.

In Fig. 10 ist HC eine Wärmekapazität eines geschmolzenen thermoplastischen Harzes, welches um den Kern eingefüllt ist, und zwar im Anfangszustand des Spritzgießens und die Gleichwerte a + a¹. a' ist die Wärmekapazität, welche im Laufe der Zeit vom Kern absorbiert wird, b ist eine inhärente Wärmekapazität des Kerns vor dem Spritzgießen. a" ist die Wärme des geschmolzenen thermoplastischen Harzes, welche vom Kern absorbiert wird. Die Wärmekapazität a" ist gleich a". Die Linie 1 entspricht dem Schmelzpunkt des Kerns, s ist der Erweichungspunktbereich des thermoplastischen Harzes.

Der Kern ist fest und wird daher während des Spritzgießens unter hohem Druck, beispielsweise ungefähr 80 bis 300 kg/cm² nicht zusammenfallen.

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Nach dem Spritzgießen wird das gegossene Harz mit dem eingebetteten Kern aus der Form herausgenommen und mit den Verbindungslöchern nach unten auf einen Ofen konstanter Temperatur gelegt. Der Ofen wird auf einer Temperatur gehalten, die niedriger ist als der Erweichungspunkt des Harzes und ungefähr 5 bis 10⁰C höher liegt als der Schmelzpunkt des Kerns, so daß die Legierung, welche den Kern bildet, schmilzt und aus dem Loch herausfließt. Somit wird ein U-förmiger Verbindungskanal gebildet. Die geschmolzene Legierung kann für eine Wiederverwendung wiederaufbereitet werden.

Beim Spritzgießen können die Formen 21 und 22 auf einer Temperatur vorerwärmt werden, die sich in einem Bereich von ungefähr 50 bis 100⁰C, vorzugsweise von ungefähr 60 bis 80⁰C bewegt.

Beispiele für geeignete thermoplastische Harze, die beim Spritzgießen entsprechend der Erfindung verwendet werden können, umfassen ein Polyacetal (d.h. "Duracon", ein Produkt der Nippon Polyplastic Co., Ltd. und "Delrin", ein Produkt der DuPont), ein Acrylnitril-butadienstyrol (ABS)-Copolymer, Polyvinylchlorid (PVC), Polyamid (beispielsweise Nylon), Polypropylen und ein Polyäthylen hoher Dichte (HDPE) (high density polyethylene).

Die typischen Kombinationen zwischen einem thermoplastischen Harz (bestimmt durch den Erweichungspunkt), dem Injektionsgießtemperatür und dem Kerntyp (zusammen mit dem Schmelzpunkt desselben) sind nachfolgend angegeben .

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	Erweichungs punkt (⁰C)	Spritzgieß temperatur (⁰C)	Kerntyρ und sein Schmelzpunkt	139°C
Polyacetal	160-170	200-210	Bi-Sn,
ABS-Harz	130-150	210-230	Il	125°C
PVC	110-130	190-210	Bi-Pb,	144°C
Polyamid	140-160	210-230	Bi-Cd,	125°C
HDPE	125-135	190-220	Bi-Pb,

Das thermoplastische Harz kann alleine oder in einer Mischung mit bis zu ungefähr 45 Gew.-%, vorzugsweise ungefähr 20 bis 40 Gew.-% einer anorganischen Faser, wie beispielsweise Glasfasermonofilamente, auf der Basis des Gewichtes des Harzes verwendet werden. Die Faser hat im allgemeinen einen Durchmesser von ungefähr 30 bis 50 μπι und eine Länge von ungefähr 0,3 bis 0,4 mm'.

Die Spritzgießzeit (d.h. die Zeitperiode vom Beginn des Einfüllens des Harzes in die Form durch eine entsprechende öffnung bis zum Abkühlen der Form (einschließlich des Beginns des spontanen Abkühlens)) variiert entsprechend der Größe der Kunststoffgußgegenstande, beträgt jedoch im allgemeinen von ungefähr 4 bis 30 s, vorzugsweise von ungefähr 7 bis 20 s.

Während die vorgehende Beschreibung das technische Konzept der Erfindung für den Fall der Herstellung eines Kopfstückes mit einem U-förmigen Loch unter Verwendung des Spritzgießens betrifft, ist es für den Fachmann verständlich, daß dasselbe Verfahren dazu verwendet werden kann, andere Formen von Kunststoffgußgegenständen mit komplizierten Hohlformbereichen zu verwenden.

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Spritzpreßgießen (Transfer Molding)

Wenn ein Kunststoffgußgegenstand aus einem festen wärmehärtenden Harz, wie beispielsweise einem pulvrigen wärmehärtenden Harz unter Verwendung des vorgenannten Gießverfahrens hergestellt wird, muß der Schmelzpunkt der Kernlegierung höher sein (im wesentlichen zumindest 5°C höher) als die Gießtemperatur dieses Gießverfahrens. Eine der Hauptgründe für den Unterschied zwischen dem Spritzgießen und dem Spritzdruckformen im Hinblick auf den Schmelzpunkt der Legierung liegt darin, daß beim letztgenannten Verfahren ein wärmehärtendes Harz verwendet wird, welches eine exotherme Reaktion mit sich bringt, um das Harz zu härten, wogegen beim Spritzgießen ein thermoplastisches Harz verwendet wird.

Nach dem Spritzdruckformen wird das gegossene Harz zusammen mit dem darin eingebetteten Kern aus der Form herausgenommen und in eine erwärmte Atmosphäre gelegt, deren Temperatur höher ist als der Schmelzpunkt des Kerns, jedoch niedriger als die Abbautemperatur des Harzes, so daß die den Kern bildende Legierung schmilzt und durch die Verbindungslöcher abfließt. Dadurch wird der gewünschte Kunststoffgußgegenstand erhalten.

Der Kern aus niedrigschmelzender Legierung, welcher bei diesem Gießverfahren verwendet wird, hat einen Schmelzpunkt von ungefähr 120 bis 150⁰C. Die Gießzeit dieses Verfahrens beträgt im allgemeinen ungefähr 1 bis 10 min, obwohl diese Zeit in Abhängigkeit von der Größe des herzustellenden Kunststoffgußgegenstandes unterschiedlich sein kann.

Eine Ausführungsform dieses Gießverfahrens unter Verwendung eines wärmehärtenden Harzes wird unter Bezugnahme auf

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Fig. 6 und 7 beschrieben. Das Harz wird durch die öffnung G in die Form 21 eingegeben. Dort wird das Harz wärmegehärtet, um den Kunststoffgußgegenstand mit dem darin eingebetteten Kern zu erhalten. Der Kunststoffgegenstand wird dann aus der Form entfernt und auf einen Ofen mit konstanter Temperatur gelegt/ wobei die Temperatur höher ist als der Schmelzpunkt der Legierung (im allgemeinen ungefähr 5 bis 10⁰C höher), so daß die Legierung schmilzt und durch die Verbindungslöcher abfließt, wodurch der gewünschte Kunststoffgußgegenstand ausgebildet wird.

Bei diesem Gießverfahren können die Formen 21 und 22 auf eine Temperatur von ungefähr 50 bis 100⁰C, vorzugsweise ungefähr 60 bis 8O⁰C vorerwärmt werden.

Beispiele für geeignete wärmehärtende Harze, die in Verbindung mit diesem Verfahren entsprechend der Erfindung verwendet werden können, umfassen ein Epoxyharz, ein ungesättigtes Polyesterharz und ein Phenolharz.

Repräsentative Beispiele für Epoxyharze sind Cresol-Novolac-Epoxyharze mit Epoxyäquivalenten von ungefähr 200 bis 250 (beispielsweise "ECN-1299" und "ECN-1280", Produkte der Ciba Geigy AG), Phenol-Novolac-Epoxyharze mit Epoxyäquivalenten von ungefähr 200 bis 250 und bisphenolartige Epoxyharze mit einem Molekulargewicht von ungefähr 800 bis 2000 und Epoxyäquivalenten von ungefähr 400 bis 1000 (beispielsweise "EPON 1001", ¹¹EPON 1002" und "EPON 1004", Produkte der Shell Chemical Co.). Diese Epoxyharze sind im allgemeinen bei Zimmertemperatur fest (beispielsweise bei ungefähr 15 bis 25⁰C), haben eine Härttemperatur von ungefähr 140 bis 170⁰C und härten in ungefähr 3 bis 10 min.

Repräsentative Beispiele für Härtmittel dieser Epoxyharze sind Verbindungen nach der Art aromatischer Amine,

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wie beispielsweise Diaminodipheny!methan/ Diaminodiphenylsulfon oder m-Phenylendiamin, saure Anhydrid-Verbindungen, wie Phthalsäureanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Phthalmellitsäureanhydrid oder Benzophenontetracarbonsäureanhydrid und Phenolharze (Resol und Novolac).

Als Härtmittel wird im allgemeinen in einem Umfang von ungefähr 0,7 bis 1,3 Äquivalenten verwendet (kalkuliert als Carboxylgruppenäquivalent, Phenolhydroxygruppenäquivalent oder Aminäquivalent) pro 1 Äquivalent der Epoxygruppe im Epoxyharz. Repräsentative Beispiele des verwendeten Katalysators für das Härten des Epoxyharzes sind ein tertiäres Amin, wie Imidazol oder ein Trisdimethylaminomethylphenol und BF3-Komplex.

Das Epoxyharz kann verschiedene Additive als Füller (beispielsweise Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Calciumcarbonat oder Ton), ein Pigment, einen Farbstoff und ein Trennmittel enthalten. Die Additive können in einer Menge von bis zu ungefähr 80 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 70 Gew.-%, auf der Basis des Gesamtgewichtes der Epoxyharzverbindung zugegeben werden.

Die beim Spritzdruckformgießen verwendeten ungesättigten Polyesterharze sind solche Harze, die bei ungefähr 80 bis 100⁰C härten. Das ungesättigte Polyesterharz kann dieselben Zusätze enthalten, wie das bereits erwähnte Epoxyharz. Die bei diesem Gießverfahren verwendeten Phenolharze haben im allgemeinen ein Molekulargewicht von ungefähr 200 bis 700. Ein repräsentatives Beispiel des Härtmittels für das Phenolharz ist Hexamethylentetramin. Die Härtbedingungen (Zeit und Temperatur) sind dieselben wie beim Epoxyharz. Weiterhin kann das Phenolharz dieselben Zusätze enthalten wie das bereits beschrieben Epoxyharz.

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Flüssig-Spritzgießen

Das Flüssig-Spritzgießen kann auf dieselbe Weise durchgeführt werden, wie das Spritzdruckformen oder -gießen mit der Ausnahme der Verwendung eines flüssigen wärmehärtenden Harzes.

Beispiele für geeignete, flüssige, wärmehärtende Harze sind flüssiges Epoxyharz, flüssiges ungesättigtes Polyesterharz und flüssiges Polyurethanharz.

Ein spezifisches Beispiel für das flüssige Epoxyharz ist "EPON 828", ein Produkt der Shell Chemical Co.

Beispiele für das Härtmittel bei der Verwendung des flüssigen Epoxyharzes sind saure Anhydride oder Amine (beispielsweise Hexahydrophthalsäureanhydrid), welche bei Zimmertemperatur flüssig sind. Als Katalysatoren werden Benzyldimethylamin, Imidazol und dgl. wahlfrei verwendet.

Die Härtbedingungen des flüssigen Epoxyharzes sind dieselben wie beim Epoxyharz, welches im Zusammenhang mit dem Spritzdruckformen verwendet wurde.

Formgießen

Beim Formgießen herrschen dieselben Bedingungen wie beim Spritzdruckformen, allerdings mit der Ausnahme, daß das Formgießen bei atmosphärischem Druck durchgeführt wird, wogegen das Spritζdruckformen bei überatmosphärischen Drücken durchgeführt wird.

Eine Ausführungsform zum Herstellen eines Kunststoffgußgegenstandes mittels des Formgießens unter Verwendung eines wärmehärtenden Harzes wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 be-

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schrieben. Ein Kern 34 aus niedrigschmelzender Legierung und eine Oberform 32 werden in einer Unterform 31 eingesetzt/ wobei der Raum zwischen den beiden Formen mit dem Harz ausgefüllt wird. Dieses Harz härtet bei einer Temperatur, die niedriger liegt als der Schmelzpunkt der Kernlegierung. Nach der Vervollständigung des Härtens wird der Kunststoffgußgegenstand mit dem darin eingebetteten Kern aus der Form entnommen und in einen Ofen konstanter Temperatur eingelegt, die Temperatur des Ofens wird auf einem Wert gehalten, welcher höher ist als der Schmelzpunkt der Kernlegierung (im allgemeinen ungefähr 5 bis 1O⁰C höher), so daß die Legierung schmilzt und durch die Verbindungslöcher ausfließt, wodurch der gewünschte Kunststoffgußgegenstand erhalten wird.

Beispiele des verwendbaren Gießharzes für dieses Verfahren sind Epoxyharz und ungesättigtes Polyesterharz.

Spezifische Beispiele für das bei diesem Verfahren verwendete Epoxyharz ist ein bisphenol-artiges Epoxyharz, wie "EPON 828" und "EPON 834", Produkte der Shell Chemical Co.

Spezifische Beispiele für die Härtmittel für das beim Formgießen verwendete Epoxyharz sind Phthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid und ein aliphatisches Amin, wie Diäthylentriamin oder Pentamethylenhexamin.

Zusätzlich zum Spritzdruckformgießen,demFlüssigkeitsspritzgießen und dem Formgießen kann die Erfindung ebenso in Verbindung mit herkömmlichen Druckgießverfahren verwendet werden, welche einen Gießdruck von ungefähr 140 bis 350 kg/cm², Temperaturen von ungefähr 135 bis 170⁰C und Gießzeiten von ungefähr 2 bis 15 min verwenden. Beim Druckgießen sollte die Kernlegierung einen Schmelzpunkt haben,

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welcher zumindest 1O°C höher liegt als die Gießtemperatur.

Da das wärmehärtende Harz, welches beim Spritzdruckformen, Flüssigspritzgießen, Gießformen und Druckgießen während des Gießens Wärme abgibt, werden die Form und die Größe des Kerns und die Härttemperatur des wärmehärtenden Harzes auf dieselbe Weise bestimmt, wie beim Spritzgießen, wobei die abgegebene Wärme einer weiteren Berücksichtigung unterliegt.

Die Oberfläche des Kerns kann mit einem wärmeresistenten Trennmittel, wie beispielsweise ein Silikonharz oder ein Fluorcarbonpolymer (beispielsweise "Daifree", ein Produkt der Daikin Co., Ltd.) beschichtet sein. Die Beschichtung des Trennmittels bewirkt ein vollständiges Lösen eines geschmolzenen Kernes von der Oberfläche des Kunststoffgu ß ge gen s tande s.

Für den Fall, daß ein durch die öffnung eingeführtes Harz direkt die Oberfläche des Kerns berührt (beispielsweise bei der öffnung G¹ in Fig. 6)ist die Berührungsfläche des Kerns mit einem wärmeresistenten Film, wie einem PoIytetrafluoräthylenfilm oder einem Polyimidfilm, bedeckt, und zwar unter Verwendung eines Klebstoffs. Die Dicke des Films beträgt im allgemeinen ungefähr 0,1 bis 0,3 mm. Die Größe des Films beträgt im allgemeinen ungefähr das 30-fache oder weniger, vorzugsweise ungefähr das 10- oder 30-fache des Querschnxttsbereichs der öffnung. Die Form des Films ist gleich der Querschnittsform der öffnung.

Natürlich kann sowohl das Trennmittel als auch der wärmeres istente Film verwendet werden, d.h. zunächst wird das Trennmittel aufgetragen und dann der genannte Film. Allerdings kann auch zuerst der Film und dann das Trennmittel aufgetragen werden.

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Wie zuvor beschrieben wurde, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Kunststoffgußgegenstand mit einem komplizierten Hohlformbereich geschaffen werden, wie beispielsweise ein Kopfstück als ein komplett einstückig gegossener Gegenstand ohne verklebte und/oder verschweißte Teile. Daher sind die Gegenstände außerordentlich betriebssicher, wobei die Bruchgefahr auf Null reduziert wird.. Durch Glätten der Oberfläche des Kerns hat nicht nur der Verbindungskanal eine glatte Kunststoffoberfläche, sondern darüber hinaus auch einen gleichförmigen Kreisquerschnitt. Daher bietet der rohrförmige Modul unter Verwendung eines derartigen Kopfstückes ausgezeichnete Bedingungen hinsichtlich des Strömungswiderstandes, so daß dieser beispielsweise bei Verwendung einer konzentrierten Flüssigkeit reduziert wird. Außerdem kann beispielsweise die Reinigung mit Schwammkugeln wirtschaftlich durchgeführt werden.

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Claims

HOFFMANN · EITLE & PARTNERS Z 3 Q Z

PATENTANWÄLTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · DIPL.-ING. W.EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPU-ING. W. LEHN

DIPL-ING. K. FDCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MÖNCHEN 81 · TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATHE)

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Nitto Electric Industrial Co., Ltd., Osaka / Japan

Verfahren zum Herstellen von Kunststoffgußgegenständen mit einem komplizierten Hohlformbereich

Patentan sprüche

(IJl Verfahren zum Herstellen von Kunststoffgußgegenständen mit einem komplizierten Hohlformbereich, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kern verwendet wird, dessen niedrigschmelzende Legierung einen Schmelzpunkt von ungefähr 70 bis 18O⁰C hat und dessen Form der des Hohlformbereichs entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn· zeichnet, daß die niedrigschmelzende Legierung des Kerns zumindest Bi, Pb oder Sn als Hauptkomponente enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn· zeichnet, daß der Gußgegenstand durch Spritz-

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gießen hergestellt wird, indem ein thermoplastisches Harz verwendet wird und indem die Spritzgießtemperatur höher ist als die Schmelztemperatur des Kerns.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Spritzgießtemperatur ungefähr 50 bis 100⁰C höher liegt als der Schmelzpunkt des Kerns.
5. Verfahren nach Anspruch 3/ dadurch gekennzeichnet , daß der Schmelzpunkt des Kerns zumindest ungefähr 10⁰C niedriger liegt als der Erweichungspunkt des thermoplastischen Harzes.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmekapazität des Kerns, welche während des Spritzgießens Wärme des thermoplastischen Harzes absorbiert, nicht die Wärmekapazität beim Schmelzpunkt des Kerns erreicht.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kunststoffgußgegenstand durch Spritzdruckgießen, Flüssigspritzgießen, Formgießen oder Druckgießen unter Verwendung eines wärmehärtenden Harzes hergestellt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperatur jeden Gießverfahrens geringer ist als der Schmelzpunkt des Kerns.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche des Kerns mit einem Trennmittel beschichtet wird.

SÖ9849/Ö9Ö2