DE3213762C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzdruckformen von
Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes, welches eine Grenz
viskositätszahl [η] von 3 dl/g oder höher gemessen in Decalin bei
135°C, und einem Schmelzindex von 0,01 g/10 min oder weniger aufweist.
Polyäthylen mit ultrahohem Molekulargewicht weist
ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich der Stoßfestigkeit,
des Abriebwiderstandes, der Eigenschmierfähigkeit und des
chemischen Widerstandes auf, so daß es in großem
Umfang als technischer Kunststoff eingesetzt wird.
Jedoch ist bei diesen Harzen die Schmelzviskosität wesent
lich höher und das Fließvermögen geringer als bei gewöhn
lichen, thermoplastischen Harzen, so daß es sehr schwierig
ist, diese Harze durch übliches Extrudieren, Spritzformen
oder Spritzdruckformen zu verarbeiten. Aus diesem Grund werden
diese Harze im allgemeinen durch Druckformen oder Sintern
verarbeitet, wobei der Wirkungsgrad so niedrig
ist, daß ein Formverfahren mit einem kürzeren Formzyklus
erwünscht ist.
Wenn Polyäthylen mit ultrahohem Molekulargewicht auf eine
erhöhte Temperatur erwärmt wird, um die Schmelzviskosität
zu verringern und normales Spritzformen durchgeführt wird,
wird das Molekulargewicht des Harzes durch thermischen Ab
bau verringert, und deshalb ist der sich ergebende, ge
formte Gegenstand von geringem praktischen Nutzen, da die
ursprünglich vorhandenen, ausgezeichneten Eigenschaften
beeinträchtigt sind.
Es wird bezüglich eines sogenannten "Verfahren zum Spritz
druckformen", bei dem ein Kunstharz in eine Form gespritzt
und dann komprimiert wird, auf die folgenden Verfahren
hingewiesen. Bei einem bekannten Verfahren zum Spritzdruckformen wird während des
Einspritzens eines Kunststoffes in einen Hohlraum einer
mehrteiligen Spritzform der Hohlraum
etwas vergrößert und nach dem Einspritzen des
Kunststoffmaterials wird der
Hohlraum wieder verkleinert (JP-PS 1 554/1965).
Bei einem anderen Verfahren wird zuerst ein kleiner
Zwischenraum zwischen den Formteilen vorgesehen,
ein Harzmaterial eingespritzt und der Zwischenraum
aufrechterhalten, bis das Einspritzen abgeschlossen
ist, woraufhin die Form zusammengefahren wird
(JP-OS 14 657/1977).
Bei einem anderen Ver
fahren wird ein Hohlraum durch Einspritzen eines ge
schmolzenen, thermoplastischen Harzes mit hoher Ge
schwindigkeit entsprechend dem Volumen des Hohlraumes
gefüllt, dann wird Kunstharz
mit einem Volumen, welches dem 0,5-3fachen des
Schwindungsvolumens des mit hoher Geschwindigkeit einge
spritzten, geschmolzenen Harzes entspricht, zusätzlich
mit einer geringen Geschwindigkeit eingespritzt, um die
Form etwas zu öffnen, woraufhin ein Schließen der Form mit
gleichzeitigem Abkühlen und Aushärten des geschmolzenen
Harzes in der Form erfolgt (JP-OS 21 258/1978).
Diese Verfahren betreffen alle das Formen mit gewöhn
lichen thermoplastischen Harzen. Wenn diese Verfahren beim
Spritzformen von Thermoplasten mit schlechtem Schmelz
fließvermögen angewandt werden, insbesondere wenn viele
Teile gleichzeitig mit einem Einspritzvorgang geformt werden, weisen
die geformten Teile bei den Verfahren gemäß der
JP-PS 1 664/1965 oder der
JP-OS 21 258/1978 ein
schichtförmiges Abblättern auf. Die JP-OS 14 657/1977 betrifft ein Verfahren
zur Herstellung vieler Teile eines Gegenstandes geringer
Dicke mittels eines Einspritzvorganges, wobei übliche
Thermoplaste verwandt werden. Wenn dieses Verfahren zum
Spritzdruckformen von Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichts
eingesetzt wird, variieren das Gewicht und die
Form der geformten Gegenstände in hohem Maße, was zu
einer Herstellung von Gegenständen minderer Qualität
führt. Um die Formverfahren zu verbessern, wurde ein
Verfahren zum Spritzformen von Polyäthylen mit ultra
hohem Molekulargewicht vorgeschlagen, bei dem Poly
äthylen in einen Formhohlraum, der das
1,5-3,0fache Volumen des eingespritzten Polyäthylens besitzt,
mit einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 50 000 s-1
gemessen am Angußpegel der Spritzdüse eingespritzt wird,
und woraufhin der Formhohlraum auf ein Volumen von
weniger als dem 2,0fachen des eingespritzten Poly
äthylens komprimiert wird (JP-OS 81 861/1976).
Dieses Verfahren ermöglicht
das Spritzformen von Polyäthylen ultrahohen Molekular
gewichtes. Es werden geformte Teile
guter Qualität und guten Aussehens erhalten, wenn es zur Er
zeugung eines einzigen Teils bei einem Spritzvorgang verwendet
wird. Wenn jedoch viele Teile bei einem Spritzvorgang
erzeugt werden, weisen die geformten Teile Unterschiede
bezüglich ihres Gewichtes und ihrer Form auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren
zum Spritzdruckformen von Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichts
anzugeben, mit dem Form
teile hoher Stoßfestigkeit, hoher Abriebfestigkeit,
mit konstantem Gewicht und gleichbleibender Form hergestellt werden
können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 bis 4 eine Ausführungsform einer Spritzform
vorrichtung zum Durchführen des Ver
fahrens, wobei ein
Zustand vor dem Einspritzen, ein Zustand
beim Einspritzen, ein Zustand bei dem
der Hohlraum nach dem Einspritzen ver
größert ist, bzw. ein Zustand gezeigt
ist, bei dem der Hohlraum erneut nach
dem Vergrößern des Hohlraumes verkleinert
worden ist, und
Fig. 5 ein Beispiel des Formzyklus bei dem
Verfahren.
Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichts hat ein Mole
kulargewicht, welches wesentlich höher als das von
üblichem Polyäthylen zum Formen ist, und es zeichnet
sich insbesondere durch seine schwierigen Formungseigen
schaften aus. Es kann durch Ziegler-Polymerisation her
gestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle Polyäthylene mit ultrahohem
Molekulargewicht geeignet, welche eine
Grenzviskositätszahl
[η] von 3 dl/g oder höher, gemessen in Decalin bei 135°C,
insbesondere von 10 dl/g oder höher, und einen Schmelz
index (ASTM D 1238 F) von 0,01 g/10 min oder weniger aufweisen.
Die Einspritztemperatur ist nicht kritisch, solange sie
höher als der Schmelzpunkt des Polyäthylens
ultrahohen Molekulargewichtes und niedriger als seine
Zersetzungstemperatur ist.
Polyäthylene mit einer Grenzviskositätszahl [η] von
10 dl/g oder mehr weisen ein bemerkenswert geringes Fließ
vermögen in geschmolzenem Zustand auf, wobei das Fließver
mögen bei einer Temperaturerhöhung nicht
merklich geändert wird. Deshalb kann ein ziemlich breiter Bereich für
die Einspritztemperatur verwendet werden, beispielsweise
von 150° bis 300°C. Jedoch ist es zum
Einspritzen von geschmolzenem Polyäthylen ultrahohen
Molekulargewichtes
in einen Hohlraum bevorzugt, eine relativ niedere
Temperatur zu verwenden, beispielsweise 170° bis 240°C.
Bei Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes
mit [η] von 3-10 dl/g wurde beobachtet, daß bei einer
zu hohen Temperatur das Schmelzfließvermögen des Poly
äthylens bis zu einem Punkt zunimmt, an dem es manchmal
schwierig wird, den Formhohlraum mit fein verteiltem und
gleichförmigem Polyäthylen
zu füllen. Deshalb ist es am günstigsten, eine niedere
Einspritztemperatur, beispielsweise 170-200°C zu verwenden.
Das erste Merkmal des Verfahrens
besteht darin, das Polyäthylen
material in einen Hohlraum in einer flockigen Form
bei einem Zustand einzuspritzen, bei dem
das Material geschmolzen ist, jedoch ein niedrigeres
Fließvermögen aufweist. Beim Einspritzen des geschmolzenen
Materials in einer flockigen Form in einen Hohlraum
ist es erforderlich, dieses mit einer großen Scherge
schwindigkeit bzw. Geschwindigkeitsgefälle zu gießen.
Das Geschwindigkeitsgefälle an einer Gießöffnung, an
der das Gießen in flockiger Form auftritt, wird
von der Einspritztemperatur beeinflußt.
Wenn η des Polyäthylens ultra
hohen Molekulargewichts 10 dl/g oder mehr beträgt, kann das
Füllen so durchgeführt werden, daß
bei einer Einspritztemperatur von 200°C mit einem Ge
schwindigkeitsgefälle von 20 000 s-1 oder mehr, oder
bei einer Einspritztemperatur von 250°C bei einem Ge
schwindigkeitsgefälle von 22 000 s-1 oder höher einge
spritzt wird. Zum Einfüllen in einem feiner zer
teilten Zustand ist es bevorzugt, bei einem Geschwindig
keitsgefälle von 50 000 s-1 oder höher
einzuspritzen.
Das zweite Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die
Ausdehnung und Verkleinerung des Formhohlraums bezüglich
der Zeit und des Ausmaßes festgelegt sind.
Das heißt, daß beim Ausdehnen des Formhohlraums eine
Schmelze von Polyäthylen mit dem gleichen Volumen wie
das Volumen des geformten Teils V₀, welches erzeugt
werden soll, in einen Hohlraum mit einem Volumen V₁ ein
gespritzt wird, welcher der gleiche wie V₀ ist, und der
Hohlraum soll unmittelbar innerhalb eines Zeitintervals
zwischen einem Zeitpunkt T₁ (unmittelbar vor der Voll
endung des Einspritzens) und einem Zeitpunkt T₂ (nach
dem Vollenden des Einspritzens und bei einem zwischen
einem Hohlraum und einem Angußhauptkanalabschnitt vor
liegenden Druckunterschieds und wenn das Polyäthylen in
dem Angußhauptkanalabschnitt noch nicht verfestigt ist)
ausgedehnt werden. Wenn der Formhohlraum außerhalb des
vorhergehend erwähnten Zeitintervalls vergrößert wird,
kann kein Formteil guter Qualität hergestellt werden.
Wenn beispielsweise das Einspritzen durchgeführt wird, wenn
der Hohlraum vorhergehend erweitert worden ist,
oder der Hohlraum während des Einspritzens des geschmol
zenen Polyäthylens ultrahohen Molekulargewichtes ver
größert wird, ergeben sich Formteile geringer Güte,
welche unterschiedliche Gewichte und Formen aufweisen.
Wenn der Hohlraum zu einem Zeitpunkt erweitert wird,
bei dem kein Druckunterschied zwischen dem Hohlraum und
dem Angußhauptkanalabschnitt vorliegt, weisen die
Formteile gleichförmiges Gewicht und Form auf, aber es
tritt eine schichtförmige Abblätterung auf, so daß der
Abriebwiderstand klein ist.
Die Größe der Erweiterung des Hohlraums beträgt wenigstens
das 1,2fache, vorzugsweise wenigstens das 1,4-fache des
ursprünglichen Hohlraumvolumens V₁. Die obere Grenze ist
nicht begrenzt. Wenn jedoch
die Erweiterung zu groß ist, ist es erforderlich, die ge
samte Größe der Form unerwünscht groß zu machen. Deshalb
ist es bevorzugt, daß die Größe der Erweiterung unge
fähr das 2,0fache des ursprünglichen Hohlraumvolumens be
trägt.
Erfindungsgemäß kann das Polyäthylen ultrahohen Molekular
gewichts in dem Angußhauptkanalabschnitt in einen Hohl
raum in einer flockigen Form eingebracht werden,
indem der Formhohlraum unmittelbar zwischen einer Zeit
T₁ und T₂ ausgedehnt wird, damit das Hohlraumvolumen
das vorhergehend erwähnte Volumen erhält. Als Ergebnis
hiervon können Formteile mit gleichförmigem Gewicht und
Form erhalten werden, die keine schicht
förmige Abblätterung zeigen und einen ausgezeichneten
Abriebwiderstand aufweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Zeit T₁ eine Zeit zum Ein
spritzen, welche sich leicht aufgrund der Zeit des sich vor
bewegenden Hubes der Schnecke in dem Einspritzzylinder
bestimmen läßt. Andererseits ändert sich die Zeit T₂
in Abhängigkeit vom Schmelzpunkt des Polyäthylens,
der Einspritztemperatur, der Formtemperatur und der
Einspritzzeit; sie kann jedoch durch den folgenden Ver
such bestimmt werden.
Je höher der Schmelzpunkt des Polyäthylens liegt, desto
kürzer ist das Zeitintervall zwischen T₁ und T₂. Je
höher die Einspritztemperatur und die Formtemperatur
sind, desto länger ist dieses Zeitintervall. Dieses Zeit
intervall ist natürlich kurz, wenn die Einspritzzeit
kurz ist. Somit wird der Zustand, in dem das Polyäthylen
in den Hohlraum eingebracht wird, dadurch beobachtet,
daß das Zeitintervall verändert wird, währenddessen
der Formhohlraum nach der Vollendung des Einspritzens
ausgedehnt wird, während die vorhergehend genannten Be
dingungen konstant gehalten werden.
Wenn diese Zeit T₂ überschreitet, nimmt das in dem Be
reich nahe des Angußkegels des Hohlraums eingeführte
Polyäthylen die Form einer Masse an.
Im Gegensatz hierzu kann, wenn diese Zeit T₂ nicht
überschreitet, das nahe dem Angußkegel des Hohlraums
und in allen anderen Bereichen vorhandene Polyäthylen
in pulverförmiger Form aufrechterhalten werden. Auf
diese Weise kann die Zeit T₂ ohne weiteres bestimmt
werden, indem Versuche bei verschiedenen Hohlraumer
weiterungszeiten unter konstanten Bedingungen mit Aus
nahme der Hohlraumerweiterungszeit durchgeführt werden.
Beim Spritzformen bleibt ein Druckunterschied zwischen
dem Angußhauptkanalabschnitt und dem Hohlraum selbst
nach dem Vollenden des Einspritzens. Deshalb bewirkt
dieser Druckunterschied, selbst wenn das Hohlraumvolumen
bei V₁ bleibt, daß das Polyäthylen in dem Angußhaupt
kanalbereich in den Hohlraum gelangt. Wenn kein Druck
unterschied vorliegt, wird das Einführen von Poly
äthylen am Angußhauptkanalabschnitt in den Hohlraum unter
brochen.
Jedoch befindet sich das in einen Bereich nahe dem An
gußkegel eingeführte Polyäthylen in dem vorhergehend er
wähnten Zustand in der Form einer Masse. Sobald Poly
äthylen eine Masse wird, zeigen die sich ergebenden Form
teile eine schichtförmige Abblätterung, wie stark auch
immer die Masse komprimiert wird.
Im Gegensatz hierzu wird erfindungsgemäß die Ausdehnung
des Formhohlraumes unmittelbar durchgeführt, wenn das
Polyäthylen in dem Angußkegel und dem Angußhauptkanal
noch nicht verfestigt ist, und die sich ergebende, schnelle
Druckabnahme in dem Hohlraum bewirkt, daß das Polyäthylen
in dem Angußhauptkanal in den Hohlraum in flockiger
Form eingeführt wird. Als Ergebnis hiervon kann die Aus
bildung einer Masse aus Polyäthylen in einem Bereich nahe
dem Angußkegel gleichzeitig mit einem Aufheben einer un
gleichförmigen Spannungsverteilung in dem Hohlraum ver
hindert werden, und deshalb kann die unerwünschte, schicht
förmige Abblätterung der Formteile wirkungsvoll ausge
schlossen werden.
Erfindungsgemäß kann die Beziehung zwischen der Form
temperatur und dem Zeitpunkt T₁ ebenfalls dadurch er
halten werden, daß Versuche ähnlich den vorhergehenden
durchgeführt werden, wobei nur die Formtemperatur ver
ändert wird, während die anderen Bedingungen unter Ein
schluß der Formöffnungszeit konstant gehalten werden.
Dies trifft auch für die Beziehung zwischen der Zeit T₁
und anderen Bedingungen, wie der Einspritztemperatur,
der Einspritzzeit und des Schmelzpunktes des Polyäthylens,
zu.
Im allgemeinen ist es wünschenswert, die Vergrößerung des
Formhohlraums unmittelbar nach dem Abschließen des Ein
spritzens durchzuführen.
Wenn der Hohlraum auf das 1,2fache oder mehr des ur
sprünglichen Hohlraumvolumens vergrößert und dann das
Hohlraumvolumen auf V₁ verkleinert wird, wird die
Verkleinerung zu einer Zeit zwischen einer Einspritzzeit von
flockigen, geschmolzenem Polyäthylen in den Hohl
raum und einer Zeit durchgeführt, bevor das so in den
Hohlraum eingebrachte flockige, geschmolzene Poly
äthylen verfestigt ist.
Da sich das erfindungsgemäße Verfahren auf ein Form
verfahren bezieht, bei dem in einen Hohlraum eingeführtes,
flockiges, geschmolzenes Polyäthylen komprimiert
wird, ist es bevorzugt, daß die Form erwärmt ist, um eine
sofortige Verfestigung des eingespritzten, flockigen
geschmolzenen Polyäthylens zu verhindern.
Wenn jedoch die Formtemperatur zu hoch ist, wird die Aus
formungszeit sehr lang. Deshalb ist die obere Grenze der
Formtemperatur vorzugsweise um 10°C, besonders bevorzugt
um 20°C niedriger als der Schmelzpunkt des Polyäthylens.
Wenn beispielsweise Polyäthylen ultrahohen Molekular
gewichts verwandt wird, liegt die Formtemperatur vorzugs
weise bei 60 bis 120°C, und noch bevorzugter bei 80-
120°C.
Jede herkömmliche Form mit einem direkten Druckformschluß-
System kann verwendet werden. Wenn eine Form mit einem
Kniehebel-Formschlußsystem verwendet wird, wird eine
solche bevorzugt, welche eine zusätzliche Form zum
Verkleinern aufweist.
Beim Formen wird die Menge des Polyäthylens, welche dem
Gewicht des Formteils entspricht, durch eine Meßein
richtung an einer Einspritzeinheit gemessen, und die ge
messene Menge an Polyäthylen wird in einen Hohlraum mit
einem Volumen V₁, welches das gleiche wie das Volumen
V₀ des Formteils ist, in flockiger Form eingespritzt.
Wenn der Angußhauptkanal ein kalter Angußhauptkanal ist,
sollte die Menge an einzuspritzendem Polyäthylen gleich
der Summe des vorhergehend genannten Volumens V₁ und des
Volumens des Angußhauptkanalabschnittes sein. Wenn der
Angußhauptkanal ein warmer Angußhauptkanal ist, kann die
Menge des einzuspritzenden Polyäthylens genau so groß wie
das Volumen V₁ sein. Erfindungsgemäß wird der Hohlraum
auf wenigstens das 1,2fache, vorzugsweise wenigstens
das 1,4fache des ursprünglichen Volumens des Hohlraums
zu einer Zeit zwischen T₁ und T₂, wie es vorhergehend
angegeben wurde, erweitert, und dann wird der Formhohl
raum auf V₁ verkleinert, um das Formen zu beenden. Mit
diesem Formvorgang werden spritzgeformte Teile aus Poly
äthylen ultrahohen Molekulargewichtes erzeugt, welche
eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen. Und diese
Formteile haben ein gleichförmiges Gewicht und Form,
d. h. es gibt keine Schwankungen bezüglich des Gewichtes
und der Formen der Formteile, wenn viele Stücke des
Gegenstandes hergestellt werden (bei einem Einspritz
vorgang). Selbstverständlich kann mit dem erfindungs
gemäßen Verfahren ein Spritzgußteil hoher mechanischer
Festigkeit selbst dann hergestellt werden, wenn nur ein
einziges Stück eines Artikels (mit einem Spritzvorgang)
hergestellt wird.
Das Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes, welches erfindungs
gemäß verwendet wird, kann mit anderen her
kömmlichen Zusätzen mittels herkömmlicher Verfahren ver
mischt bzw. verbunden werden.
Solche Zusätze umfassen Antioxidierungsmittel, Wärme
stabilisierungsmittel, UV-Absorptions
mittel, Schmiermittel, Kernbildungsmittel, Antistatik
mittel, Feuerhemmungsmittel, Pigmente, Farbstoffe und an
organische und organische Füllstoffe.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Formteile weisen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften,
wie Stoßfestigkeit und Abriebfestigkeit,
auf, es treten keine Schwankungen bezüglich des Ge
wichtes, der Form und des Aussehens des Formteils auf,
und es können Formteile hoher Präzision hergestellt werden.
Deshalb eignen sich die mit dem erfindungsgemäßen Ver
fahren hergestellten Formteile für verschiedene Maschinen
teile, industrielle Teile, Gehäuse, Gefäße, Haushalts
artikel, Teile von Spinnmaschinen, von technischen Ge
räten und Freizeitartikel.
Die folgenden Beispiele
erläutern die Erfindung.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen schematisch eine Ausführungs
form einer Spritzformvorrichtung. Fig. 1 zeigt den
Zustand vor dem Einspritzen. Fig. 2 zeigt einen Zu
stand beim Einspritzen. Fig. 3 zeigt einen Zustand,
in dem der Hohlraum nach dem Einspritzen vergrößert wird.
Fig. 4 zeigt einen Zustand, bei dem der Hohlraum er
neut nach dem Vergrößern des Hohlraums verkleinert wird.
Es wurde eine Sritzformmaschine
mit einer Form zum Formen von Lagern (4 Stück
Lager; Gewicht 12 g/Stück; Angußhauptkanalabschnitt
12 g; insgesamt 60 g) verwendet, welche ein mit einem
Angußhauptkanal 2 versehenes, ortsfestes Formelement 1,
ein mit einem Hohlraum 3 ausgebildetes, bewegliches
Formelement 5, und ein Kernformelement 4 aufweist, welches
mit einer Kernbewegungseinrichtung 6 verbunden ist. Bei
dem verwendeten Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes
handelt es sich um ein Polyäthylen ultrahohen Molekular
gewichtes mit einem Schmelzindex von 0,01 g/10 min oder
weniger und (η) von 16,7 dl/g.
Das in einem Einspritz
zylinder 7 geschmolzene Polyäthylen ultrahohen Mole
kulargewichtes wurde an einem Meßabschnitt 8 gemessen.
Das gemessene Volumen des Polyäthylens war gleich der
Summe des Volumens des Hohlraumes 3 und des Angußhaupt
kanals 2 (Fig. 1).
Daraufhin wurde die Schnecke 10 bewegt, um das in dem
Meßabschnitt 8 vorhandene Polyäthylen ultrahohen Mole
kulargewichtes in die Form durch eine Düse 9 einzu
spritzen. Das Polyäthylen wurde in den Hohlraum 3 durch
den Angußhauptkanal 2 und den Angußkegel 11 in pulver
förmiger Form eingespritzt (Fig. 2).
Nachdem das gesamte, im Meßabschnitt 8 vorhandene Poly
äthylen in die Form eingespritzt worden war, wurde der
Kern 4 durch die Kernbewegungseinrichtung 6 bewegt, um
den Hohlraum 3 zu vergrößern und das Polyäthylen in dem
Angußhauptkanal 2 in den Hohlraum 3 einzubringen, während
noch ein Druckunterschied zwischen dem Angußhauptkanal
2 und dem Hohlraum 3 vorlag (Fig. 3).
Daraufhin wurde der Kern 3 in seine ursprüngliche Lage
bewegt, um das Polyäthylen zu komprimieren, was die
Herstellung eines Formteils 12 (Lager) zum Ergebnis hat.
Während des vorgenannten Vorgehens wurde die Schraube 10
zurückgeführt, um das Polyäthylen ultrahohen Molekular
gewichtes für den folgenden Formvorgang abzumessen (Fig. 4).
Dem vorgenannten Vorgehen folgend wurden verschiedene
Formversuche bei verschiedenen Bedingungen ausgeführt.
Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen 1, 2 und 3
angegeben.
Die physikalischen Eigenschaften der sich ergebenden Form
teile wurden bestimmt, wie es weiter unten gezeigt ist.
Die Spitze eines Formteils wird mit einem Messer abge
schnitten. Die folgende, vierstufige Unterscheidung wurde
gemacht.
1. . . Die Oberfläche kann leicht abgeblättert werden.
2. . . Die Oberfläche ist etwas blättrig.
3. . . Die Oberfläche ist kaum blättrig.
4. . . Es tritt keine Abblätterung auf.
1. . . Die Oberfläche kann leicht abgeblättert werden.
2. . . Die Oberfläche ist etwas blättrig.
3. . . Die Oberfläche ist kaum blättrig.
4. . . Es tritt keine Abblätterung auf.
Die Oberflächenbeschaffenheit des Formteils wird mit
den Augen untersucht.
Das Gewicht eines jeden Formteils wird gemessen.
Im Falle der Herstellung von 4 Stücken mit einem Spritz
vorgang.
Schwankungen von Formteilen bei 10 Spritzvorgängen im
gleichen Hohlraum.
Die folgende Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse, wenn das
Formen bei verschiedenen Formtemperaturen durchgeführt
wurde. Es lagen folgende Formbedingungen vor.
Einspritzzeit|1,3 s | |
t₁ | 2 s |
Schergeschwindigkeit bzw. Geschwindigkeitsgefälle | 69 000 s-1 |
Einspritztemperatur | 200°C |
Hohlraumvergrößerung | 1,73fach |
t₂ | 3,2 s |
Erfindungsgemäß bezeichnet "t₁" ein Zeitintervall
vom Einspritzbeginn bis zum Beginn der Hohlraumvergrößerung
(Beginn des Kernzurückziehens) und "t₂"
ein Zeitintervall vom Beginn der Hohlraumvergrößerung
bis zum Beginn der Hohlraumverkleinerung (Beginn des
Kernvorschubes).
Zusätzlich zu den vorstehend genannten Versuchen gemäß
Tabelle 1 wurde der Füllungszustand des Polyäthylens
ultrahohen Molekulargewichtes in dem Hohlraum nach der
Hohlraumvergrößerung untersucht. Bei den Versuchen Nr. 1
bis 4 wurde die Ausbildung einer Masse an Polyäthylen ultra
hohen Molekulargewichtes nahe dem Angußkegel festgestellt.
Beim Versuch Nr. 5 konnte die Ausbildung einer Masse
nicht festgestellt werden. Bei den Versuchen Nr. 6 bis
7 war der Hohlraum gleichförmig mit flockigem Poly
äthylen ultrahohen Molekulargewichtes gefüllt.
Die Tabelle 2 zeigt Versuchsergebnisse, bei denen die
Formtemperatur 100°C betrug und der Vergrößerungsgrad,
d. h. das Verhältnis des Volumens des Hohlraums zu dem
Volumen des Formteils V₁/V₀, verschiedentlich geändert
wurde.
Die Formbedingungen waren wie folgt:
Einspritzzeit|1,3 s | |
t₁ | 2 s |
Schergeschwindigkeit bzw. Geschwindigkeitsgefälle | 69 000 s-1 |
Einspritztemperatur | 200°C |
Formtemperatur | 100°C |
t₂ | 3,2 s |
Tabelle 3 zeigt die Versuchsergebnisse, wobei die Ein
spritzzeit 1,3 s betrug und t₁ geändert wurde.
Die Formbedingungen waren wie folgt:
Einspritzzeit|1,3 s | |
Schergeschwindigkeit bzw. Geschwindigkeitsgefälle | 69 000 s-1 |
Einspritztemperatur | 200°C |
Formtemperatur | 100°C |
t₂ | 3,2 s |
Hohlraumvergrößerung | 1,73fach |
Außer den in Tabelle 3 angegebenen Versuchen wurde der
Füllungszustand von Polyäthylen ultrahohen Molekular
gewichtes in dem Hohlraum nach der Hohlraumvergrößerung
untersucht. Bei den Versuchen Nr. 12 bis 16 lag das
gesamte Polyäthylen in flockiger Form vor.
Bei den Versuchen Nr. 17 bis 18 wurde eine geringe
Bildung einer Masse nahe dem Angußkegel festgestellt.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel des Formzyklus nach dem erfindungs
gemäßen Verfahren. Es sind die Änderung des Hohlraumdruckes,
die Formbetätigung (Bewegung des Hohlraumkernes) und
der Formschlußvorgang beim Ablauf des Formzyklus
(Einspritzen, Druckhalten, Kühlen und Messen) darge
stellt.
X₁-X₅ in Fig. 5 bedeuten die folgenden Betriebsvor
gänge:
X₁ Schließbeginn der Form
X₂ Beendigung des Formschließens
X₃ Beginn des Formöffnens
X₄ Beendigung des Formöffnens
X₅ Beginn des Formschließens
X₂ Beendigung des Formschließens
X₃ Beginn des Formöffnens
X₄ Beendigung des Formöffnens
X₅ Beginn des Formschließens
Die Bezeichnung an der rechten Seite schließt an die
gleiche Bezeichnung an der linken Seite an, d. h. wenn
ein neuer Zyklus beginnt.
Claims (5)
1. Verfahren zum Spritzdruckformen von Polyäthylen ultrahohen
Molekulargewichtes, welches eine Grenzviskositätszahl [η] von 3 dl/g
oder höher, gemessen in Decalin bei 135°C, und einen
Schmelzindex von 0,01 g/10 min oder weniger aufweist, gekenn
zeichnet durch
- a) Erwärmen des Materials auf 170 bis 240°C,
- b) Ausbilden des Volumens V₁ eines Formhohlraumes, das dem Volumen V₀ eines geformten Teils entspricht,
- c) Einspritzen des Materials mit dem Volumen V₀ durch einen Angußhauptkanalabschnitt mit einem Geschwindigkeitsgefälle von wenigstens 20 000 s-1 in den Formhohlraum,
- d) unmittelbares Vergrößern des Formhohlraumes, damit das Volumen des Formhohlraumes V₁ die Bedingung 1,2 V₀V₁zu einer Zeit innerhalb einer Zeit T₁ vor Vollendung des Einspritzens und einer Zeit T₂ nach Vollendung des Einspritzens erfüllt, und
- e) verkleinern des Volumens des Formhohlraumes V₁ derart, daß die Beziehung V₁=V₀ erfüllt ist, während sich das Material in dem Formhohlraum noch im geschmolzenen Zustand befindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Formhohlraum derart vergrößert wird, daß das Volumen
V₁ des Formhohlraumes die Bedingung 1,4 V₀V₁ erfüllt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Formhohlraum unmittelbar nach Beendigung des
Einspritzens vergrößert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Form einen Hohlraum und einen in den Hohlraum
eingepaßten, bewegbaren Kern aufweist, und daß das
Zurückziehen des Kernes eine Vergrößerung des
Formhohlraumes und das Vorschieben des Kernes eine
Verkleinerung des Hohlraumes zum Ergebnis hat.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Form auf eine Temperatur erwärmt wird, welche
wenigstens um 10°C niederer als der Schmelzpunkt des
Polyäthylens ultrahohen Molekulargewichtes liegt.
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