DE3231188A1

DE3231188A1 - Kunststoffverarbeitungswerkzeug mit poroeser formgebender oberflaeche

Info

Publication number: DE3231188A1
Application number: DE19823231188
Authority: DE
Inventors: Hans Buehrle; Edmund Dipl.-Ing. 6700 Ludwigshafen Lindner; Volker 6940 Weinheim Lohrbaecher
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1981-08-24
Filing date: 1982-08-21
Publication date: 1983-03-10

Description

-Kunststoffverarbeitungswerkzeug mit poröser forragebender
Oberfläche Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Werkzeuge zur Formung thermoplastischer Kunststoffe mit einer für die Durchführung des Formgebungsverfahrens besonders günstigen Oberflächenstruktur.
Bei allen diskontinuierlich ablaufenden Verfahren zur Formung von thermoplastischen Kunststoffen besteht die Notwendigkeit, die sich zwischen dem in die Form eingebrachten plastischen Kunststoff und den formgebenden Wänden des Werkzeugs befindliche Luft so abzuführen, daß sie die zur endgültigen Formung notwendige enge Anlage des Werkstoffes an der Formwand nicht behindert.
Die Luftabführung ist in den Fällen noch relativ einfach zu bewerkstelligen, wo die Luft durch den Fort:iungsvorgang zu solchen Stellen gedruckt wird, wo eine natürliche Abzugsmöglichkeit vorhanden ist, also z.3. zur Werkzeugtrennfläche, zu Auswerferstiften, zu den Fügestellen eingesetzter Werkzeugteile usw. Dort, wo sich Luftsäcke bilden können, müssen besondere Luftabzugsmöglichkeiten geschaffen werden.
Diese Entlftungsprobleme sind beim Spritzgießen verhaitnism2ßig leicht beherrschbar, weil dort beim Einspritzvorgang genügend hohe Drilcke vorhanden sind, um die Luft auch durch enge Spalte ausschieben zu können; die gleichmE3ig voranschreitende Fließfront der einströmenden Masse erleichtert diesen Vorgang.
Schwieriger ist es bei Formungsverfahren, die mit geringeren Drücken arbeiten und bei denen die im Werkzeughohlraum befindliche Luft nicht wie beim Spritzgießen durch eine gleichmäßig voranschreitende Fließfront verdrängt wird. Zu diesen Verfahren gehören vor allem das Blasformen, das Thermoformen und das Formteilpressen sowie die davon abgeleiteten Varianten, wie z.B. Doppelstreckformen, Spritzblasen und Streckblasformen.
So wird z.Bs beim Blasformen ein warmplastischer Schlauch von einem Formwerkzeug umfaßt und durch Aufblasen so aufgeweitet, daß er sich an die formgebenden Wandungen des Werkzeugs anlegt und dort erstarrt. Während des Aufblasens muß die zwischen Außenwand des Vorformlings und Innenwand des Werkzeugs befindliche Luft verdrängt werden. Dabei rinnen örtlich eingeschlossene Luftnester ein wärmeisolierendes Polster bilaen, das die Abkühlung des Formteils örtlich vermindert. Das Formteil bekommt dadurch Oberflächenfehler (z.B. Apfelsinenschaleneffekt), die durch d ; eingeschlossenen LuStclasen gebildet und durch die mangelhafte Abkühlung verstärkt werden.
Die bei der Formentlüftung von Blaswerkzeugen auftretenden Probleme und ?ta.3nahmen zu ihrer Behebung sind in dem Ausatz von F. Buhrle "Entlüftung des Forsrnestes in Blaswerkzeugen", Kunststoffe 1979, Seiten 773-776 ausführlich beschrieben. dieselben Überlegungen geiten auch für Tiefzieh- und Preßwerkzeuge.
Mach dem Stand der Tecnnik ist es also bekannt, zur ntlüftung kleiner Luftnester die formgebenden Oberflächen von Blaswerkzeugen mit einer gewissen Rauhigkeit zu versehen, die so beschaffen ist, daß sie von dem Kunststoff des Formteils beim Blasvcrgang nicht ausgef'llt wird, so daß noch ein "Kanalnetz" verbleibt, das eingeschlossenen Luftnestern den Abzug zur Werkzeugtrennfläche hin gestattet. Diese Rauhigkeit wird üblicherweise durch eine Schleif- oder Sandstrahlbehandlung der Werkzeugoberfläche erzeugt. Je nach Körnung und Art. der Schleifmittel bzw. des Strahlgutes lassen sich verschiedene Rauhigkeitsgrade und Formstrukturen erzeugen. Durch funkenerosives Abtragen -erzeugte Oberflächen weisen eine kraterartige Struktur auf, die ebenfalls einen Luftabzug ermöglicht. Auch hier lassen sich unterschiedliche Rauhigkeitsgrade erzielen. Es besteht aber bei allen diesen Rauhigkeitsentlüftungen ein Zusammenhang zwischen der Größe der Oberflächenrauhigkeit und ihrem Entlftungsverhalten.
Line große Rauhigkeit fUhrt zu einer günstigeren EntlUftung, die Struktur der formgebenden Oberfläche bildet sich aber an der Oberfläche des Formteils stärker ab und kann somit das Aussehen des Formteils in unerwünschter weise beeinflussen. Auch die übrigen Entlüftungselemente, wie Entlüftungsstifte, Lamellen, Schlitzdüsen oder tintermetalleinsätze, können zu das Aussehen der Formteile beeinträchtigenden Markierungen führen.
Somit bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Struktur der formgebenden Oberfläche aufzufinden, die unabhängig von ihrer Rauhigkeit ein gutes Entlüftungsverhalten besitzt. Als weitere Bedingung war zu beachten, daß die Fähigkeit der formgebenden Oberfläche, Wärme aus dem zu formenden Kunststoff ab zuführen, weitgehend erhalten 31 etbt. Besonders eingesetzte Enlüftungshilfen, wie Rntlüftungsstifte, Lamellen oder Sintermetalleinstze sollten keine besonderen Markierungen an den Formteilen hinterlassen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der ?atentansprüche gelöst.
Auf die bearbeitete formgebende Fläche des Werkzeugs wird eine Schicht aus körnigen bzw. annähernd kugelförmigen Partikeln aufgebracht. Diese Schicht ist so aufgebaut, daß sie an der Werdzeugwand fest haftet, daß aber zwischen den einzelnen Partikeln luftdurchlässige Zwischenräume vorhanden sind. Aus der bekannten Tatsache, daß in einem mit gleich groben Kugeln gefüllten Behälter das zwischen den Kugeln befIndliche Volumen unabhängig vom Kugeldurchmesser ist, folgert, daß bei einer vorgegebenen Schichtdicke der Luftabzugsraum unabhängig von der durch die Grö@e der Kugeln erzeugten Rauhigkeit der Formfläche is.
Die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung kann auf verschiedenen Arten erzeugt werden: z.3. durch - Verbinden einzelner Körner bzw. Kugeln mittels örtlicher Verklebung untereinander und mit der formgebenden Oberfläche des Werkzeugs. Als Werkstoff für die Körner bzw. Kugeln kommen Metalle, aber auch andere, vorwiegend anorganische Stoffe, wie z. B. Glas, Quarz, Metalloxide und Metallcarbide in etracht.
- Örtliches Verbinden der Körner bzw. Kugeln untere ander turd Befestigen auf der Formfläche durch Wärmeeinwirkung (Sintervorgang).
- werbinden und Befestigen der Körner bzw. @ugeln mi@ Hilfe eines Metalles von niedrigerem Schmelzpunkt (Löten).
Aufspritzen eines flüssig gemachten Metalles bzw.
eines schmelzbaren Stoffes auf die Formflache nach dem Flami:ispritzverfahren (Plasmaspritzen). Hier bildet der geschmolzene Stoff im cefördernden Gasstrom kugeln wie beim Auftreffen auf die zu beschichtende Ober- fläche dort haften und sich auch gegenseitIg, aber nur örtlich, verbinden. Bei diesem Verfahren ist es möglich, daß die im flüssigen Zustand kugelförmigen Tröpfchen beim Auftreffen auf die zu beschichtende Oberfläche ihre Kugelgestalt mehr oder weniger verlieren und beispielsweise die Form von Linsen annehmen. Dennoch haften die einzelnen Partikel der aufgetragenen Schicht nur örtlich aneinander und es verbleiben dazwischen Räume zum Luftabzug.
Die bevorzugte Größe der einzelnen Körner (Kugeln) liegt zwischen 0,02 und 0,2 mm.
Geeignete Schichtdicken der erfindungsgemäßen Beschichtung sind 0,05 bis 1 mm, vorzugsweise 0,08 bis 0,3 mm.
die Oberflächenstruktur der Schicht wird durch die Vielzahl der nebeneinanderliegenden Korn- bzw. Kugelelemente und ihre individuelle Gestalt bestimmt. Die Rauhtiefe dieser Schicht liegt zwischen RT 1,0 und 80/um.
Die Oberfläche der Schicht kann durch spanabhebende zehandlung, d. h. durch Schleifen oder Polieren, noch geglättet werden, ohne daß Ihre Fähigkeit, ur abzuführen, verlorengeht. Bei der Bearbeitung werden nur die die auhigkeit bildenden kalotten der einzelnen Schichtpartikel abgetragen. Es entsteht eine Im wesentlichen latte, von einzelnen Poren durchsetzte Oberfläche. Das Verhältnis von Gesamtfläche zu gesamter Porenfläche ist wiederum unabhängig von der korngröße. Abgesehen von der.
durch die Poren gebildeten Vertiefungen liegen die Rauhtiefen geglätterer Schichten auf den bearbeiteten Kornflächen zwischen RT 0,e und 6,5/um.
@Mit der erfindungsgemäßen Oberf1ächenschicht lassen sch vorteilhaft auch die Trennstellen zwischen Formeinsätzen und Formkörper sowie eingesetzte Entlüftungshilfen überdecken, so daß sie am fertigen Formteil nicht mehr Sicht bar sind und ihre entlüftende Wirkung dennoch erhalten bleibt.
Es ist möglich, die gesamte formgebende Oberfläche eines Verarbeitungswerkzeugs oder auch nur einzelne Partien davon mit einer solchen Oberflächenschicht zu überziehen. ebenso ist es möglich, einzelne Partien der Werkzeugoberfläche mit Schichten unterschiedlicher Korngröße zu überziehen.
Bevorzugte Anwendungsgebiete für die erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtungen sind Werkzeuge zum Blasformen, tiefziehen mit Vakuum oder Druckluft und Warrnpressen> .8. von glasmattenverstärkten Thermoplasten.

Claims

atentansprüche 1. Kunststoffverarbeitungswerkzeug zur Verarbeitung thermoplastischer Massen, insbesondere fur das Hohlkörperblasformen, das Tiefziehverfahren und das Warmpressen mit einer die Abfuhr beim Formungsvorgang eingeschlossener Luftnester ermöglichenden Oberflächenstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß seine formgebende Oberfläche mit einer daran festhaftenden Schicht aus körnigem oder annähernd kugel- oder linsenförmigem Material verzogen ist, deren einzelne Körner miteinander stellenweise verbunden sind.
2, Kunststoffverarbeitungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur einzelne Partien der formgebenden Oberfläche mit der Schicht überzogen sind, e. Kunststoffverarbeitungswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht eine Dicke von 0,05 bis 1 turn, vorzugsweise von 0,08 bis 0,3 mm hat.
4. Xunststoteverarbeitungswerkzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Metall oder anderen, vorwiegend anorganischen Svcffen, wie z.3. Glas, Quarz, Metalloxiden, Metallcarbiden, besteht.
5. Kunststoffverarbeitungswerkzeug nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzenchnet, daß die einzelnen Körner der Schicht mit der formgebenden Oberfläche und untereinander durch Kleben oder töten verbunden sind.
-6. Kunststoffverarbeitungswerkzeug nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Körner der Schicht mit der formgebenden Oberfläche und untereinander durch einen Sintervorgang verbunden sind.
7. Kunststowfverarbeitungswerkzeug nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet~, daß die Schicht durch Au.-spritzen von in flüssigem Zustand kugelförmigen Trdpffchen eines geschmolzenen Materials erzeugt wird.
8. Kunststoffverarbeitungswerkzeug nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgetragene Scnicht, abgesenen von den durch Poren gebildeten Vertiefungen, eine Rauhigkeit von RT zwischen 0,3 und 6,5/um hat.
9. Kunststoffverarbeitungswerkzeug nach Anspruch 1 bis a dadurc. gekennzeichnet, daß verschiedene Partien der Äerkzeugoberfläche mit Schichten unterschiedlicher Körnung überzogen sind.