DE4412977C2

DE4412977C2 - Verfahren zum Formschäumen von Integralschaum

Info

Publication number: DE4412977C2
Application number: DE4412977A
Authority: DE
Inventors: Michihiko Nakamura; Masanao Ishikake; Yukio Kawakita; Akira Mabuchi; Osamu Yamanaka
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1993-06-19
Filing date: 1994-04-14
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2014-04-15
Also published as: JPH071493A; JP2982564B2; DE4412977A1; US5476619A

Description

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Formschäu men von halbhartem Integralschaum zur Verfügung, wobei der halbharte Integralschaum einen einstückig ausgebildeten Haut bereich mit einem niedrigen Schäumungsgrad und einen Kernbe reich mit einem hohen Schäumungsgrad umfaßt. Die vorliegende Erfindung ist für das Reaktionsspritzgießverfahren (RIM) eines formgeschäumten Produkts mit einem Integralschaum, wie einer Ummantelung oder Prallplatte für ein Lenkrad eines Kraftfahr zeugs, einer Instrumententafel, einem Konsolenfach-Deckel, ei nem Handschuhfach-Deckel, einer Kopfstütze, einer Armlehne oder einem Spoiler geeignet.

Ein halbharter Polyurethanschaumstoff, der einen einstückig ausgebildeten Hautbereich mit einem niedrigen Schäumungsgrad auf seiner Oberfläche und eine Kernzone mit einem hohen Schäu mungsgrad in seinem Zentrum enthält, wird im allgemeinen als ein Integralschaum (IS) bezeichnet. Es ist üblich gewesen, einen IS zu formen, indem man ein Polyurethan-Material aus einem Polyol-Bestandteil und einem Isocyanat-Bestandteil, das Freon enthält, in eine Formhöhlung einspritzt und das Freon® durch die durch eine Urethan-Bildungsreaktion erzeugte Wärme verdampft und expandiert.

Im Zentrum des Polyurethan-Materials finden die Urethan-Bil dungsreaktion und die Verdampfung von Freon® gleichzeitig statt, was eine Unzahl von Freon®-Blasen unterstützt. Dies führt zur Ausbildung eines Kerns mit einem hohen Schäumungs grad. Das Polyurethanmaterial nahe der Wandoberfläche der Formhöhlung unterliegt der Reaktion zur Bildung von Urethan langsamer als das im Zentrum, da die Reaktionswärme durch die Wandoberfläche der Formhöhlung abgeführt wird. Ein Fachmann wird richtig einschätzen, daß die langsamere Reaktion durch eine niedrigere Reaktionswärme gekennzeichnet ist und folglich eine verringerte Anzahl an Blasen bei einer verringerten Ver dampfung von Freon® gebildet wird. Die Blasen verdichten sich oder fallen durch den inneren Schäumdruck zusammen. Das Ergeb nis ist die Bildung einer einstückig ausgebildeten Haut mit einem niedrigen Schäumungsgrad.

Das vorstehend beschriebene, herkömmliche Verfahren zur Her stellung eines IS mit Hilfe von Freon® stellt die folgenden Probleme:

In die Atmosphäre von einem industriellen oder kommerziellen Verfahren freigesetztes Freon® wird als ein globales Problem erkannt, und Verringerungen bei seiner Verwendung werden von vielen Ländern vorgeschrieben;
die Bildung der einstückig ausgebildeten Haut durch zusammen fallende Blasen an dem Oberflächenbereich durch den inneren Schäumdruck läßt zu, daß winzige Blasen unvermeidbar in der Haut verbleiben, was letztlich die Erscheinung des formge schäumten Endprodukts beeinträchtigt, und
Überdosierung und darauffolgende Entladung des Polyurethan-Ma terials durch eine Entlüftung ist notwendig, um den inneren Schäumdruck zu erhöhen und das Ausfüllen der Form bzw. des Formwerkzeugs zu fördern. Letztlich führt dies zu einem großen Materialverlust.

Ferner leiden mit Freon® schäumende Verfahren, bei denen ein Kern in der Formhöhlung enthalten ist, so wie es bei der Her stellung von Lenkrädern üblich ist, an Turbulenz-induzierten Defekten wie nadelfeinen Löchern, Lunkern und ungenügender Werkzeugfüllung, aufgrund von eingeschlossener Luft. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Lenkrädern ein Problem, wobei in diesem Fall sich ein langer Ringkern in der Formhöh lung befindet. So ist es nötig, einen geeigneten Platz für den Anguß auszuwählen, um Turbulenzen zu minimieren und mehrere Lüftungen zur Freisetzung eingefangener Luft zu bilden.

In einer früheren Anmeldung der Anmelderin zum Formschäumen von IS ohne jegliche Verwendung von Freon® wird ein Polyurethan-Material, das im wesentlichen kein Treibmittel enthält, in eine evaku ierte Formhöhlung eingespritzt und expandiert (Japanische Patentanmeldung Nr. 3-277285). Es ist erwünscht, die Formhöhlung auf 6666 Pa (50 Torr, (1 Torr = 133,32 Pa)) oder darunter zu evakuieren, um eine einstückig ausgebildete Haut zu bilden, die eine feste Griffigkeit haben sollte. Wenn der reduzierte Druck in der Formhöhlung (oder sein Vakuumgrad) 6666 Pa übersteigt, ist es schwierig gewesen, IS mit einer Kernzone mit einem hohen Schäumungsgrad und niedriger Dichte zu formen, da das Poly urethan-Material im wesentlichen kein Treibmittel enthält.

Alternative Verfahren zur Herstellung von Polyurethan-Schäumen unter Verwendung von reduziertem Druck sind in den folgenden Japanischen Patentschriften beschrieben, in diesen Patent schriften wird jedoch nicht notwendigerweise die Aufgabe, die Zusammensetzung und die Wirkung der vorliegenden Erfindung be schrieben oder vorgeschlagen.

In den Japanischen Offenlegungsschriften Nr. 55-63237 und 55-63238 ist ein Verfahren beschrieben, um ein Polyurethan- Material gleichförmig expandieren zu lassen, wobei es eine Formhöhlung vollständig ausfüllt, indem die Formhöhlung durch dünne Einkerbungen, die in den Wänden der Formhöhlung gebildet sind, evakuiert wird. In diesen Patentschriften sind jedoch nur herkömmliche Zusammensetzungen beschrieben.

In der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 56-111648 wird ein Verfahren zum Schäumen eines Polyurethan-Materials in einer Atmosphäre von reduziertem Druck beschrieben. Der Patentinha ber beansprucht, daß dieses Verfahren für eine erforderliche Verringerung der Menge eines Treibmittels wie Freon® sorgt. Ge mäß diesem Verfahren wird jedoch, wie herkömmlicherweise, Freon® verwendet. Das in dieser Offenlegungsschrift beschrie bene Verfahren sorgt nicht, wie das Verfahren gemäß der vor liegenden Erfindung, für die vorteilhafte Beseitigung von Freon®.

In der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 62-164709 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Schaums mit nied riger Dichte beschrieben, indem ein Polyurethan-Material, das Wasser als ein Treibmittel enthält, in einer Atmosphäre von verringertem Druck expandiert wird. Im Unterschied zur vorlie genden Erfindung wird bei diesem Verfahren nicht beabsichtigt, einen IS herzustellen. Die Bildung der Haut ist nicht er wünscht.

In der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 63-268624 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Schaums beschrie ben, indem man ein Polyurethan-Material Stickstoff-Gas in ei ner Menge von 2 bis 30 Vol.-% einfangen läßt und indem man das Material in einer Atmosphäre von reduziertem Druck expandieren läßt. Es wird nicht gelehrt, daß dieses Verfahren nützlich für die Herstellung von IS ist.

In der Japanischen Patent-Veröffentlichung Nr. 64-5528 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Polyurethan-Schaums be schrieben, indem ein hartes Polyurethan-Material in eine eva kuierte Formhöhlung bei einer Packungsdichte von ungefähr 150 bis 450% eingespritzt wird und das Material darauffolgend ex pandiert wird, das Polyurethan-Material enthält jedoch ein Treibmittel, wie Freon®.

Eine weitere Druckschrift der vorliegenden Anmelderin, die EP 0 461 522 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Polyurethan-Integralschaums ohne Einsatz von Treibmitteln mit niedrigem Siedepunkt wie Freon® und Methy lenchlorid. In einem derartigen gattungsgemäßen Verfahren wird Wasser als Treibmittel verwendet. Die Reaktion zwischen Wasser und der Isocyanat-Komponente des Polyurethanmaterials führt zur Entwicklung von Kohlendioxidgas, das durch Expansion die Schäu mung bewirkt. Die Bildung einer nicht zu vernachlässigenden An zahl von Harnstoffbindungen in dem Kern des Integralschaums führt zu einer relativ hohen Kerndichte des Endprodukts.

Die DE 32 26 818 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Integralschaumformkörpern auf Basis von Polyurethan oder Polyamid. Als Treibmittel wird den in der erwärmten Form in Re aktion befindlichen Bestandteilen Luft oder ein anderes inertes Gas zugesetzt.

Schließlich wird in Plastverarbeiter, 37. Jahrgang, 1986, Nr. 11, Seite 80-89 über Bedingungen bei der Verarbeitung von mit RIM hergestellten Polyurethanschäumen berichtet. In dieser Druckschrift wird ebenso wie in der DE 32 26 818 A1 Luft als Treibmittel verwendet und unter Atmosphärendruck gearbeitet. Gemäß der vorliegenden Druckschrift wird eine Kombination von Treibmittel und hoher Luftbeladung eingesetzt, um den Füllgrad der Form zu erhöhen. Bei den beschriebenen Bedingungen können sich jedoch die Luftblasen nicht ausreichend ausdehnen. Als Folge wird ein Integralschaum mit einer hohen Kerndichte bspw. 0,95 g/cm³ erhalten.

Es wurde nun gefunden, daß Beschicken mit Luft es ermöglicht, einen IS mit einer Kernzone mit einem hohen Schäumungsgrad und niedriger Dichte leicht zu formen, selbst wenn in dem Poly urethan-Material im wesentlichen kein Treibmittel anwesend ist und selbst wenn die Formhöhlung einen Druck hat, der 6666 Pa übersteigt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Formschäumen eines IS mit einer Kernzone mit einem hohen Schäumungsgrad und niedriger Dichte im wesentlichen ohne, vor zugsweise vollständig ohne Anwesenheit von Freon® zur Verfügung zu stellen und dadurch ein ökologisch vorteilhafteres Verfah ren, von dem bezweckt wird, daß es strengere Überwachungsnor men erfüllt, zur Verfügung zu stellen.

Es ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren zur Bildung einer festen, einstückig ausgebildeten Haut mit einem niedrigen Schäumungsgrad zur Verfügung zu stellen, wodurch praktisch keine Blasen übrig bleiben, das ein Produkt bereitstellt, des sen Oberflächenerscheinung und Griffigkeit so gut sind wie oder besser als bei einem Produkt, das unter Verwendung von Freon als Treibmittel hergestellt wird. Mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Produkt mit verringerten Defekten wie nadelfeinen Löchern, Lunkern und ungenügender Werkzeugfüllung zur Verfügung gestellt, wodurch die allgemeine Praxis der Überdosierung von Poly urethan-Material, die zuvor zu einem vermehrten Materialver lust geführt hatte, beseitigt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher ein verbessertes Verfahren zum Formschäumen eines halbharten IS, der eine ein stückig ausgebildete Haut mit einem niedrigen Schäumungsgrad und eine Kernzone mit einem hohen Schäumungsgrad enthält, zur Verfügung gestellt. Es umfaßt die Evakuierung einer Formhöhlung auf einen Druck über 6666 bis 93324 Pa; Einspritzen eines Poly urethan-Materials aus einem Polyol-Bestandteil und einem Isocyanat-Bestandteil in die evakuierte Formhöhlung, im we sentlichen bei Abwesenheit eines Treibmittel, wobei das Mate rial Luftblasen in einer Menge von 1 bis 50 Vol.-% enthält, die durch Beschicken mit Luft in das Material eingeführt wurden; und Schäumen des Materials unter vollständiger Ausfüllung der Formhöhlung und dadurch Bildung des Integralschaums, wobei die Dichte des Integral schaums nicht über 0,6 g/cm³beträgt.

Der Ausdruck "im wesentlichen bei Abwesenheit eines Treibmit tels" bedeutet, daß dem Polyurethan-Material nicht absichtlich irgendein Treibmittel wie Freon®, Methylenchlorid, Wasser und feine Blasen zum Zweck des Schäumens oder der Schäumsteuerung eingearbeitet wird. Das heißt, das Polyurethan-Material kann geringe Mengen verschiedener Gase, die ursprünglich in dem Ma terial vorhanden sind, und geringe Mengen Wasser (normalerweise in dem Bereich von 0,1 bis 0,6 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile des Polyol-Bestandteils), die unvermeid bar in dem Material aufgenommen sind, enthalten. Der Ausdruck bedeutet auch, daß das Polyurethan-Material verschiedene Treibmittel in solch kleinen Mengen enthalten darf, daß sie kaum die Schäumsteuerung beeinträchtigen.

Beschicken mit Luft wird durchgeführt, um Luftbla sen in den Polyol-Bestandteil einzuführen, bevor er mit dem Isocyanat-Bestandteil vermischt wird. Die Menge der Luftbla sen, die in das Polyurethan-Material einzuführen ist, hängt von der Schäumgeschwindigkeit, die für die Kernzone erforder lich ist, ab und weiteren Faktoren, die dem Fachmann bekannt sind, die Menge an Luftblasen beträgt jedoch erfindungsgemäß 1 bis 50 Volumen-%.

Gemäß der vorliegenden Erfindung unterliegt das in die Form höhlung eingespritzte Polyurethan-Material den folgenden Ver änderungen, die von einem Teil in der Formhöhlung zum anderen variieren.

Im Zentrum, das von der Wandoberfläche der Formhöhlung ent fernt ist, wird das Polyurethan-Material ausreichend durch die Schäum- und Expandierwirkung der Luftblasen, der in dem Gas absorbierten Gase und Wasser geschäumt, wobei sich eine Kern zone mit einem hohen Schäumungsgrad und niedriger Dichte bil det.

(1) Schäumen durch Luftblasen und absorbierte Gase

Das Polyurethan-Material enthält geringe Mengen an Gasen, die ursprünglich in dem Polyurethan-Material vorhanden sind und unausweichlich durch das Material während seiner Bearbeitung absorbiert werden. In das Polyurethan-Material durch Be schicken mit Luft eingeleitete Luftblasen expandieren unter vermindertem Druck und gleichzeitig verdampfen die absorbier ten Gase schnell, wobei sie das Material in sehr kurzer Zeit schnell schäumen. Als ein Ergebnis fließt das Polyurethan-Ma terial durch die Formhöhlung und füllt sie aus.

(2) Chemisches Schäumen durch die chemische Reaktion von Was ser

Das Zentrum des Polyurethan-Materials wird heiß (beispielsweise 70 bis 90°C) aufgrund der durch die Urethan- Bildungsreaktion zwischen dem Polyol-Bestandteil und dem Isocyanat-Bestandteil erzeugten Wärme. Diese Reaktionswärme fördert auch die Reaktion zwischen dem unausweichlich in dem Polyurethan-Material absorbierten Wasser und dem Isocyanat-Be standteil, wobei Kohlendioxid-Gas erzeugt wird, das zu dem Schäumen der Kernzone beiträgt.

(3) Physikalisches Schäumen durch Sieden und Verdampfen von Wasser

Die Formhöhlung wird evakuiert, und dies führt zur Erniedri gung des Siedepunkts von Wasser. Das Zentrum des Polyurethan- Materials verbleibt jedoch bei einer hohen Temperatur, wie vorstehend beschrieben. Wenn die Formhöhlung in großem Maße evakuiert wird oder die Temperatur des Polyurethan-Materials absichtlich erhöht wird, kann die Temperatur im Zentrum des Materials erhöht werden, so daß sie höher ist als der Siede punkt von Wasser. In diesem Fall siedet das Wasser und ver dampft unter Erzeugung von Dampf, der zum Schäumen der Kern zone beiträgt.

Das Schäumen des Polyurethan-Materials wird mit dem Fort schreiten der Urethan-Bildungsreaktion eingeschränkt, da seine Aushärtung fortschreitet. Eine Kernzone mit variabler Schäum- Geschwindigkeit kann hergestellt werden, indem man den Vakuum grad in der Formhöhlung oder die Menge an Luftblasen, die in das Polyurethan-Material durch Beschicken mit Luft einzuleiten sind, innerhalb der vorstehend definierten Bereiche variiert.

Das Polyurethan-Material nahe der Wand-Oberfläche der Formhöh lung wird nicht heißer als die Temperatur des Formwerkzeugs (gewöhnlich 40 bis 60°C), da die Reaktionswärme von dem Poly ol-Bestandteil und dem Isocyanat-Bestandteil durch die Wand oberfläche der Formhöhlung abgeführt wird. Diese Wärme-Ablei tung verhindert, daß das Polyurethan-Material viskos wird, so daß irgendwelche Blasen wie Luftblasen, Gasblasen, Kohlendi oxidgas und Dampf leicht entgast werden. Dies führt zur Bil dung einer Haut mit einem niedrigen Schäumungsgrad, und ihre Oberfläche hat fast unsichtbare winzige Blasen. Die Haut hat daher eine Oberflächenerscheinung, die so gut wie oder besser als die eines Produkts ist, das unter Verwendung von Freon® als einem Treibmittel hergestellt wurde.

Da die Formhöhlung evakuiert wird, ist es weniger wahrschein lich, daß irgendwelche Defekte wie nadelfeine Löcher, Lunker und ungenügende Werkzeugfüllung auftreten. Daher ist eine Überdosierung des Polyurethan-Materials, im Gegensatz zu Ver fahren unter Verwendung von Freon® als Treibmittel, nicht unbe dingt erforderlich, wodurch Materialverluste verringert wer den.

Die folgenden Bei spiele und Ausführungsformen dienen zur Veranschaulichung der Erfindung.

Fig. 1 ist ein Querschnitt, der ein Formwerkzeug und eine Va kuumkammer (in ihren offenen Positionen) zur Verwendung für ein RIM einer IS-Ummantelung für ein Lenkrad gemäß der vor liegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine Draufsicht von oben, die die bewegliche Hälfte des Formwerkzeugs und das untere Gehäuse der Vakuumkammer zeigt;

Fig. 3 ist eine Prinzipskizze, die eine Einspritzvorrichtung zeigt;

Fig. 4 ist ein Querschnitt, der das Formwerkzeug und die Vaku umkammer, wenn sie für RIM geschlossen sind, zeigt;

Fig. 5 ist eine Seiten-Rißansicht von Fig. 4, die ein Kon trollfenster zeigt;

Fig. 6 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht von Fig. 4, die das Kontrollfenster zeigt;

Fig. 7 ist ein Querschnitt des Formwerkzeugs und der Vakuum kammer, in geöffnetem Zustand, und einer von der Form gelösten IS-Um mantelung;

Fig. 8 ist ein teilweise vergrößerter Querschnitt der IS-Um mantelung, wie in Fig. 7 gezeigt;

Fig. 9 ist ein Querschnitt, der ein Formwerkzeug und eine Va kuumkammer (in ihren offenen Positionen) für eine IS-Prallplatte unter Einsatz von RIM für ein Lenkrad zeigt;

Fig. 10 ist ein Querschnitt, der das Formwerkzeug und die Va kuumkammer, wenn sie für RIM geschlossen sind, zeigt;

Fig. 11 ist ein Querschnitt, aufgenommen entlang der Linie XI-XI von Fig. 10;

Fig. 12 ist ein teilweise vergrößerter Querschnitt einer form geschäumten IS-Prallplatte; und

Fig. 13 ist ein Querschnitt, der ein weiteres Beispiel des Formwerkzeugs zeigt.

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Herstellung einer IS-Ummantelung für ein Lenkrad wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 beschrieben. Wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, wird gemäß dieser Ausführungsform eine Vorrichtung verwendet, die aus einem Formwerkzeug (1) (zusammengesetzt aus 2 mehrteiligen Werkzeugen), einer Vakuum kammer (11), die in dem Formwerkzeug (1) angeordnet ist, einer Vakuumpumpe (20), um die Vakuumkammer (11) zu evakuieren und einer Einspritzvorrichtung (21), die an der Vakuumkammer (11) befestigt ist und die zum Einspritzen von Polyurethan-Material in die Formhöhlung (4) des Formwerkzeugs (1) vorgesehen ist (Fig. 4), aufgebaut ist. Ein Kern (42) eines Lenkrads (41), verwendet gemäß dieser Ausführungsform, ist aus einem Ring, Speichen und einer Nabe im Zentrum des Kerns zusammengesetzt. Eine IS-Um mantelung (43) wird um den gesamten Ring und einen Teil der Speichen gebildet (Fig. 8).

Das Formwerkzeug (1) ist aus einer oberen festen Hälfte (2) und einer unteren beweglichen Hälfte (3) aufgebaut. Die zwei Hälften haben Einkerbungen (4a), die einander gegenüber stehen und eine kreisförmige Formhöhlung (4) bilden, wenn sie ge schlossen sind. Im Zentrum des Querschnitts der Formhöhlung (4) befindet sich der Kern (42) (umfassend den gesamten Ring und einen Teil der Speiche). Die Oberfläche (2a) der PL (Gratlinie) der festen Hälfte (2) und die Oberfläche (3a) der PL der beweglichen Hälfte (3) sind vertieft, wobei sich ein Angußkanal (6), ein Angußverteiler (7) und ein Anschnitt (8), durch die das Polyurethan-Material in die Formhöhlung (4) ein gespritzt wird, bilden. Der Anschnitt (8) öffnet sich auf dem äußeren Rand der Einkerbung (4a) (an der linken Seite in Fig. 2). Bei Einspritzen in die Formhöhlung (4) durch den Anschnitt (8) fließt das Polyurethan-Material M in zwei Richtungen in die Formhöhlung (4), und die zwei Ströme treffen sich an der Position L (an der rechten Seite in Fig. 2), wo die Füllung der Formhöhlung beendet ist.

Ein Loch zur Be- und Entlüftung (5) ist an der End-Befüllungs position L in der festen Hälfte (2) gebildet. Das Loch zur Be- und Entlüftung (5) hat gewöhnlich einen Durchmesser von 1 bis 10 mm. Bei einem Durchmesser kleiner als 1 mm führt das Loch zur Be- und Entlüftung (5), wenn die End-Befüllungsposition L des Polyurethan-Materials schwankt, Be- und Entlüftung nicht nach Wunsch aus. Bei einem Durchmesser größer als 10 mm hin terläßt das Loch zur Be- und Entlüftung (5) einen bemerkbaren Lüftungs-Abdruck, was das geformte Produkt schlecht aussehen läßt. Das Loch zur Be- und Entlüftung (5) gemäß dieser Ausfüh rungsform ist ein gerades Loch zur Be- und Entlüftung, 15 mm lang und mit 3 mm Durchmesser. Wenn das Formwerkzeug geschlos sen ist, gibt es einen Abstand von ungefähr 0,03 bis 0,06 mm (aufgrund der Begrenzung der Bearbeitungsgenauigkeit) zwischen den PL-Oberflächen (2a) und (3a) über den gesamten Rand der Formhöhlung (4). Dieser Abstand wirkt als ein Lüftungssteg zum Be- und Entlüften, nachstehend näher beschrieben.

Innerhalb jeder Einkerbung (4a) der festen Hälfte (2) und der beweglichen Hälfte (3) sind zusammenpassende Teile (31), um die zwei Hälften auszurichten, und eine Einbuchtung (32) und ein Sockel (33), um die Nabe des Kerns (42) in Position zu halten. Der Sockel (33) ist mit einem Auswerferbolzen (34) versehen, um das formgeschäumte Lenkrad (41) zu lösen.

Das Formwerkzeug (1) kann aus Aluminium oder wegen der Wirt schaftlichkeit durch Elektroformung nach bekannten Verfahren hergestellt sein, vorausgesetzt, daß das Formwerkzeug einem Schäumdruck von ungefähr 50 bis 500 kPa standhalten wird.

Die Vakuumkammer (11) ist aus einem oberen Gehäuse (12), an dem die feste Hälfte (2) befestigt ist, und einem unteren Ge häuse (13), an dem die bewegliche Hälfte (3) befestigt ist, aufge baut. Eine Einbaukerbe, gebildet in der zusammenpassenden Oberfläche des oberen Gehäuses (12), ist mit einem abdichten den O-Ring (14) ausgestattet, der die verschlossene Vakuumkam mer (11) luftdicht macht. Das untere Gehäuse (13) ist mit ei ner Saugöffnung (16) versehen, die mit einer Vakuumpumpe (20) durch einen Saugschlauch (15) und ein Dosierventil (17), wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, verbunden ist. Die Vakuumkam mer (11) ist so aufgebaut, daß sie das Formwerkzeug (1) auf nehmen kann, das in der Vakuumkammer einen Raum K bildet. Der Raum K hat ein größeres Volumen als die Formhöhlung (4).

Das untere Gehäuse (13) der Vakuumkammer (11) ist mit einem Kontrollfenster (51) ausgestattet, das die Umgebung des Lochs zur Be- und Entlüftung (5) von der Außenseite des unteren Ge häuses (13) sichtbar macht, wie insbes. in den Fig. 5 und 6 ge zeigt. Das Kontrollfenster (51) ist aus einer in dem unteren Gehäuse (13) gebildeten Öffnung (52), einer transparenten Platte (54) aus Glas oder Kunststoff, die gegen die Innenseite des unteren Gehäuses (13) gepreßt wird, wobei sich ein Dich tungsring zwischen der transparenten Platte und der Innenseite des unteren Gehäuses befindet, so daß die Öffnung (52) von der Innenseite geschlossen wird, und einem Gestell (56) aufgebaut, das an das untere Gehäuse (13) durch Bolzen (55) befestigt ist, so daß es den Rand der transparenten Platte (54) drückt. Es ist erwünscht, eine Abdichtung (57) zwischen das Gestell (56) und die transparente Platte (54) zu legen und zwischen das Gestell (56) und das untere Gehäuse (13).

Die feste Hälfte (2) und das obere Gehäuse (12) sind ein stückig aufgebaut, und die bewegliche Hälfte (3) und das un tere Gehäuse sind auch einstückig aufgebaut. Das untere Gehäuse (13) ist mit der Kolbenstange eines Hydraulikzylinders (nicht gezeigt) verbunden, so daß es gehoben und gesenkt wird, wenn das Formwerkzeug geschlossen und geöffnet wird. Zur Zeit der Formschließung wird das untere Gehäuse (13) gehoben, bis sein Rand den Rand des oberen Gehäuses (12) berührt.

Die Einspritzvorrichtung (21), wie in Fig. 3 gezeigt, ist aus einem Lagerbehälter (25) für eine Polyolmischung, einem Lager behälter (26) für einen Isocyanat-Bestandteil, einem Mischkopf (22) und zwei Leitungen (29), die jeweils den Lagerbehälter und den Kopf durch eine Hochdruckpumpe (27) und Filter (28) verbinden, aufgebaut. Dieser Aufbau läßt das Mischen und den Kreislauf der Polyolmischung und des Isocyanat-Bestandteils zu. Der Mischkopf (22), wie in Fig. 1 gezeigt, ist mit einer Spritzdüse (23) ausgestattet, die mit dem Angußkanal (6) des Formwerkzeugs (1) durch O-Ringe (24) verbunden werden kann.

Ein gemäß dieser Ausführungsform verwendetes Polyurethan-Mate rial besteht im wesentlichen aus einem Polyol-Bestandteil und einem Isocyanat-Bestandteil im wesentlichen bei Abwesenheit eines Treibmittels wie Freon® und enthält Luftblasen, die durch Beschicken mit Luft in den Polyol-Bestandteil eingeführt wer den, bevor dieser mit dem Isocyanat-Bestandteil vermischt wird.

Der Verfahrensablauf gemäß dieser Ausführungsform wird nach stehend beschrieben.

Zuerst wird bei offenem Formwerkzeug (1), wie in Fig. 1 ge zeigt, der Kern (42) in die bewegliche Hälfte (3), wie in Fig. 2 gezeigt, eingebaut. Das Formwerkzeug (1) wird unter Bil dung der Formhöhlung (4) geschlossen, und fast gleichzeitig wird die Vakuumkammer (11) luftdicht verschlossen, wie in Fig. 4 gezeigt. Gemäß dieser Ausführungsform wird das untere Gehäuse (13) durch die Kolbenstange eines Hydraulikzylinders (nicht gezeigt) gehoben, bis die Dichtung (14) das obere Ge häuse (12) berührt, so daß die Vakuumkammer (11) luftdicht verschlossen wird, und gleichzeitig werden die feste Hälfte (2) und die bewegliche Hälfte (3) geschlossen. Übrigens ist es möglich, das Formwerkzeug (1) und die Vakuumkammer (11) unab hängig unter Verwendung separater Hydraulikzylinder zu schlie ßen und zu öffnen, so daß es auch möglich ist, das Formwerk zeug (1) und die Vakuumkammer (11) gleichzeitig oder getrennt zu schließen und zu öffnen.

Dann wird die Vakuumpumpe (20) in Gang gesetzt, um den Raum K in der Vakuumkammer (11) auf einen Druck über 6666 bis 93324 Pa durch die Saugöffnung (16) zu evakuieren. Während dieses Schritts steht die Formhöhlung (4) durch den Angußkanal (6), den Abstand zwischen den PL-Oberflächen (2a) und (3a) und das Loch zur Be- und Entlüftung (5) in Verbindung mit dem Raum K in der Vakuumkammer (11). Daher wird auch die Formhöhlung (4) auf fast denselben Vakuumgrad wie in dem Raum K evakuiert. Während die Evakuation fortgesetzt wird, wird das Polyurethan- Material M in die Formhöhlung (4) durch die Spritzdüse (23), wie in Fig. 4 gezeigt, eingespritzt. Das Einspritzvolumen beträgt gewöhnlich 1/4 bis 3/4 des Volumens der Formhöhlung (4). Die Einspritzdauer beträgt 2 bis 4 Sekun den. Der Raum K, der mit der Formhöhlung (4) durch den Abstand zwischen den PL-Oberflächen (2a) und (3a) in Verbindung steht, wirkt als ein Speicher. Daher verhindert der Raum K, daß der Druck in der Formhöhlung (4) steigt, wenn das Polyurethan-Ma terial M schäumt.

Im Zentrum, das von der Wandoberfläche der Formhöhlung und dem Kern (42) entfernt ist, bildet das eingespritzte Polyurethan- Material M aufgrund des vorstehend beschriebenen Schäum-Vor gangs eine Kernzone (45) mit einem hohen Schäumungsgrad und niedriger Dichte (wie in Fig. 8 gezeigt). Das Polyurethan-Ma terial M nahe der Wandoberfläche der Formhöhlung bildet durch das vorstehend beschriebene Entgasen eine feste, einstückig ausgebildete Haut (44) mit einem niedrigen Schäumungsgrad, so daß praktisch keine Blase übrigbleibt (wie in Fig. 8 ge zeigt). Das Polyurethan-Material M nahe dem Kern (42) bildet durch das vorstehend beschriebene Entgasen auch eine feste Klebstoff schiebt (47) mit einem niedrigen Schäumungsgrad (wie in Fig. 8 gezeigt). Gewöhnlich ist die Klebstoff schiebt (47) geringfügig dünner als die Haut (44).

Wenn das Polyurethan-Material M in die Formhöhlung fließt, verschließt es den Abstand zwischen den PL-Oberflächen (2a) und (3a). Die Reaktionsgeschwindigkeit des Polyurethan-Mate rials M wird so gesteuert, daß, sobald das vordere Ende des fließenden Polyurethan-Materials M die End-Befüllungsposition L erreicht und geringfügig von dem Loch zur Be- und Entlüftung (5) ausbläst, es unter Verschließen des Lochs zur Be- und Ent lüftung (5) aushärtet.

Gemäß dieser Ausführungsform kann man durch das Kontrollfen ster (51) von der Außenseite der Vakuumkammer (11) beobachten, was in der Umgebung des Lochs zur Be- und Entlüftung (5) ge schieht, wie in Fig. 5 gezeigt. Das heißt, man kann sehen, wie das Polyurethan-Material M von dem Loch zur Be- und Ent lüftung (5) ausbläst oder schäumt, während die Vakuumkammer (11) geschlossen gehalten wird.

Ein zusätzlicher Effekt beim Evakuieren der Formhöhlung (4) ist, daß das Polyurethan-Material M Hinterschneidungen und Verzweigungen in der Formhöhlung (4) vollständig ausfüllt. Ferner werden in dem Polyurethan-Material absorbierte Gase entgast, wobei sie durch das Loch zur Be- und Entlüftung (5) und den Abstand zwischen den PL-Oberflächen (2a) und (3a) ent laden werden. Daher ist eine Überdosierung des Polyurethan-Ma terials, im Gegensatz zu Verfahren unter Verwendung von Freon als Treibmittel, nicht unbedingt erforderlich, wodurch Materi alverluste verringert werden.

Wenn das Polyurethan-Material M in der Formhöhlung gehärtet ist, wird das Formwerkzeug (1) geöffnet und gleichzeitig wird die Vakuumkammer (11) geöffnet, wie in Fig. 7 gezeigt. Der Formöffnungs-Vorgang ist mit dem Auswerferbolzen (34) verkup pelt, der das fertiggestellte Lenkrad (41) mit der IS-Umman telung (43) automatisch freisetzt.

Gemäß dem Verfahren und dem Material dieser Ausführungsform können die folgenden Effekte, die für das Formschäumen der IS-Ummantelung (43) für das Lenkrad (41) besonders geeignet sind, erhalten werden. Das Polyurethan-Material M wird auf grund des langen Rings des Kerns (42) einer Turbulenz unter worfen, und Turbulenz verursacht normalerweise Defekte wie na delfeine Löcher, Lunker und ungenügende Werkzeugfüllung. Gemäß dieser Ausführungsform jedoch ist das Polyurethan-Material M weniger anfällig für Turbulenzen, da die Formhöhlung (4) eva kuiert wird. Dies erlaubt es, die Position des Anschnitts (8) freier auszuwählen. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Anschnitt (8) auf dem äußeren Rand des Rings, und es gibt nur ein Loch zur Be- und Entlüftung (5). Das eingespritzte Po lyurethan-Material M fließt normalerweise in zwei Richtungen, und die zwei Ströme treffen sich an der End-Befüllungsposition L, wie vorstehend beschrieben. Der Strom in dieser Weise er zeugte gewöhnlich eine Schweißmarkierung an dem Treffpunkt und schloß Gase ein, was zu Defekten wie nadelfeinen Löchern, Lun kern und ungenügender Werkzeugfüllung führte. Dieses Problem wird jedoch gelöst, da die Formhöhlung evakuiert wird und das Polyurethan-Material am Treffpunkt durch das Loch zur Be- und Entlüftung (5) ausbläst.

Gemäß dieser Ausführungform klebt die IS-Ummantelung (43) fest an dem Ring des Kerns (42), da die feste Klebstoffschicht (47), die sehr wenige winzige Blasen enthält, auf der Oberflä che des Kerns (42) gebildet wird.

Jedes Polyurethan-Material der in der folgenden Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung wurde für jedes der Beispiele 1 und 2 gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt und verwendet, wo bei die Vorteile dieser Verfahren gegenüber dem nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbei spiel festgestellt wurden. Das verwendete Poly etherpolyol war eine Mischung, die aus gleichen Anteilen eines bifunktionellen Polyetherpoylols mit einem Molekulargewicht von 4000 und eines dreifunktionellen Polyetherpolyols mit ei nem Molekulargewicht von 6000 bestand. Triethylendiamin war ein Katalysator, der herkömmlicherweise verwendet wurde, um sowohl Schäumen als auch Aushärtung zu fördern, und er wurde gewöhnlich in der Menge von 0,6 bis 1,0 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile des Polyol-Bestandteils hinzugefügt. In jedem der Beispiele, die die vorliegende Erfindung ausführen, wurde Beschicken mit Luft ausgeführt, wobei Luftblasen in das Polyurethan-Material eingeführt wurden, so daß das in Beispiel 1 verwendete Material 25 Volumen-% Luftblasen enthalten konnte; und das Material in Beispiel 2 eine Menge von 10 Volumen-%. Das in dem Vergleichsbeispiel verwendete Material enthielt ungefähr 0,5 Volumen-% Luftblasen, die natürlicherweise in ihm mitgeführt wurden. Jedes Polyurethan- Material wurde unter Schäumen und dadurch Bildung der IS- Ummantelung (43) für das Lenkrad in die auf den Vakuumgrad wie in Tabelle 1 angezeigt evakuierte Formhöhlung (4) eingespritzt.

Tabelle 1 Zusammensetzung des Polyurethan-Materials und Va kuumgrad der Formhöhlung

Die Dichte der Kernzone (45) von jeder formgeschäumten IS-Um mantelung wurde untersucht. In jedem der Beispiele 1 und 2 zeigte die Kernzone (45) niedrige Dichte mit einem hohen Schäumungsgrad, da das Polyurethan-Material voll geschäumt worden war und die Formhöhlung ausfüllte, während in dem Ver gleichsbeispiel das Material nicht vollständig geschäumt wor den war, sondern sich eine unzureichende Werkzeugfüllung er gab, und die Dichte der Kernzone wurde nicht untersucht, wie aus Tabelle 1 offensichtlich ist. Jeder der einstückig ausge bildeten Hautbereiche (44), die nach Beispielen 1 und 2 form geschäumt waren, hatte sehr wenige winzige Blasen auf ihrer Oberfläche und hatte eine Oberflächenerscheinung und Griffig keit, die so gut wie oder besser als bei einem Produkt sind, das unter Verwendung von Freon® als einem Treibmittel herge stellt ist.

Bezug wird nun auf die Fig. 9 bis 12 genommen, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, die zum Formschäumen einer IS-Prallplatte für ein Lenkrad verwen det wird. Die gemäß dieser Ausführungsform verwendete Form schäumvorrichtung unterscheidet sich von der für die erste Ausführungsform verwendeten Vorrichtung insofern, als daß eine Formhöhlung (4) zum Formschäumen einer IS-Prallplatte zwi schen einer Einbuchtung in einer beweglichen Hälfte (3) und einem Vorsprung auf einer festen Hälfte (2) definiert ist, und daß ein unteres Gehäuse (13) mit einer Abdichtung (14) verse hen ist, die daran angepaßt ist, seinen oberen Teil zu berüh ren. In jeder anderen Hinsicht sind die zwei Vorrichtungen im Aufbau im wesentlichen identisch und ähnliche Bezugszeichen sind daher zur Bezeichnung ähnlicher Teile durch alle Zeich nungen, die die zwei Vorrichtungen zeigen, hindurch verwendet, so daß keine wiederholte Beschreibung vorgesehen ist.

Das Polyurethan-Material M besteht, wie gemäß der ersten Aus führungsform, im wesentlichen aus einem Polyol-Bestandteil und einem Isocyanat-Bestandteil, ist im wesentlichen frei von Treibmitteln, und enthält Luftblasen, die durch Beschicken mit Luft in den Polyol-Bestandteil vor dem Vermischen mit dem Isocyanat-Bestandteil eingeführt wurden. Das Polyurethan-Mate rial M wird in die auf einen Druck über 6666 bis 93324 Pa evakuierte Formhöhlung (4) eingespritzt. Im Zentrum, das von der Wandoberfläche der Formhöhlung entfernt liegt, bildet das eingespritzte Polyurethan-Material M eine Kernzone (38) mit einem herausragend hohen Schäumungsgrad (wie in Fig. 12 gezeigt), während das Polyurethan-Material M nahe der Wand oberfläche eine feste, einstückig ausgebildete Haut (39) mit einem niedrigen Schäumungsgrad bildet, so daß praktisch keine Blasen übrig bleiben (wie in Fig. 12 gezeigt). So hat eine so formgeschäumte IS-Prallplatte (37) eine überlegene Erschei nung und bessere physikalische Eigenschaften.

Gemäß der zweiten Ausführungsform werden dieselben Vorteile wie gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform bereitgestellt.

Obwohl die Vorrichtung gemäß der Ausfüh rungsformen aus dem Formwerkzeug (1) und der Vakuumkammer (11), die voneinander getrennt sind, aufgebaut ist, kann das Formwerkzeug von einer Doppel-Wandstruktur sein, wobei die äu ßere Wand als die Vakuumkammer (11) wirkt, so daß der Raum in dem Formwerkzeug einstückig mit dem Formwerkzeug gebildet ist. Es ist möglich, eine Einkerbung (9) überall oder in Teilen des Rands der Formhöhlung (4) des Formwerkzeugs (1) zu bilden, wie in Fig. 13 gezeigt, so daß die Formhöhlung (4) durch diese Einkerbung (9) evakuiert wird. In diesem Fall wirkt die Ein kerbung (9) als der Raum. Diese Einkerbung (9) kann entweder in der festen Hälfte (2), der beweglichen Hälfte (3) oder in beiden gebildet sein. Es ist erwünscht, daß die Einkerbung (9) durch eine Abdichtung (10) von der Atmosphäre isoliert ist. Obwohl das in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen ver wendete Formwerkzeug ein Loch zur Be- und Entlüftung (5) hat, ist es möglich, das Formwerkzeug durch eines von einem anderen Typ mit einem porösen Kern anstelle des Lochs zur Be- und Ent lüftung zu ersetzen, wobei der poröse Kern mit der Formhöhlung abschließt und an einer Stelle positioniert ist, die das ein gespritzte Polyurethan-Material am Ende erreicht. Der poröse Kern läßt zu, daß das eingespritzte Polyurethan-Material ent gast wird, bevor der Formschäum-Vorgang beendet ist. Das Form werkzeug ist nicht auf das aus Metall beschränkt; sondern es kann durch ein keramisches Formwerkzeug oder Harz-Formwerkzeug ersetzt werden, das dem Schäumdruck Standhält.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Form schäumen eines halbharten Integralschaums, der eine einstückig ausgebildete Haut mit einem niedrigen Schäumungsgrad und eine Kernzone mit einem hohen Schäumungsgrad umfaßt, zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfaßt das Evakuieren einer Formhöh lung auf einen Druck über 6666 bis 93324 Pa; das Einspritzen ei nes Polyurethan-Materials, das einen Polyol-Bestandteil und einen Isocyanat-Bestandteil enthält, wobei durch Beschicken mit Luft Luftblasen in einer Menge von 1 bis 50 Vol.-% in das Material eingeleitet sind, im we sentlichen bei Abwesenheit eines Treibmittels, in die evaku ierte Formhöhlung; und Schäumen des Materials unter vollständiger Ausfüllung der Formhöhlung und dadurch Bildung des Integralschaums mit einer Kerndichte nicht über 0,6 g/cm³.

Claims

1. Verfahren zum Formschäumen eines halbharten Integral schaums, das die folgenden Schritte umfaßt:
Evakuieren einer Formhöhlung auf einen Druck von über 6666 bis 93324 Pa (50 bis 700 Torr);
Einspritzen eines Polyurethan-Materials, das im wesentli chen aus einem Polyol-Bestandteil und einem Polyisocyanat- Bestandteil besteht und durch Beschicken mit Luft in das Mate rial eingeführte Luftblasen in einer Menge von 1 bis 50 Vol.-% enthält, wobei das Material im wesentlichen frei von Treibmit teln ist, in die evakuierte Formhöhlung; und
Schäumung des Materials unter vollständiger Ausfüllung der Formhöhlung und dadurch Bildung des Integralschaums, wobei
die Dichte des Kerns des Integralschaums nicht über 0,6 g/cm³ beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Luftblasen in den Po lyol-Bestandteil eingeführt werden, bevor er mit dem Isocyanat- Bestandteil vermischt wird.