DE4415195A1

DE4415195A1 - Langfaserverstärkte Schrauben und Gewindestäbe aus thermoplastischen Kunststoffen, diese Schrauben und Gewindestäbe und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE4415195A1
Application number: DE4415195A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Prof Dipl Ing Kruedener
Original assignee: Rudolf Prof Dipl Ing Kruedener
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1994-04-30
Filing date: 1994-04-30
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2014-05-01
Also published as: JPH10500365A; DE4415195C2; WO1995029800A1; EP0758291A1

Description

Die Erfindung betrifft Schrauben und Gewindestäbe aus langfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen sowie das zu deren Herstellung entwickelte Verfahren.

Ausgangsmaterial ist ein thermoplastisches Granulat, in dem mittels eines Pultrusionsverfahrens die Fasern von ca. 8 µm Dicke, z. B. Glasfasern, über der gesamten Länge des Granulatkornes (10 bis 12 mm) achsparallel angeordnet und im Matrixmaterial eingebettet sind. Die Fasergehalte rei chen von 20 bis ca. 60 Gew.-%.

Gegenüber bereits auf dem Markt angebotenen Schrauben aus Thermoplasten mit Kurzglasfaserverstärkung wird sowohl eine höhere Zugfestigkeit als auch eine Verbesserung des Kriechverhaltens bei Dauerbelastung erreicht, indem die Langfasern auch im Spritzteil vorwiegend axial ausgerich tet eingebracht werden. Gegenüber verstärkten Schrauben mit duroplastischer Matrix ergibt sich der Vorteil einer höheren Schlagzähigkeit und der Vorteil der Wiederauf arbeitbarkeit zu kurzfaserverstärktem Granulat.

Entsprechend der beigefügten Figur wird mit einer üblichen Spritzgießmaschine die Kavität im Werkzeug von einer Seite her so gefüllt, daß sich eine Quellströmung ergibt. In Wandnähe werden die Fasern durch die dort sich einstellen de Scherströmung axial ausgerichtet und frieren ein. Die so orientierten Fasern bewirken eine Verbesserung der mecha nischen Eigenschaften in Schraubenlängsrichtung. Im zen tralen Bereich hingegen orientieren sich die Fasern vor wiegend quer zur Längsachse in parabolischer Form ent sprechend der Fließfront und tragen deshalb nicht zur Ver besserung der mechanischen Eigenschaften in Längsrichtung der Schraube bei. Um auch im inneren Bereich eine axiale Ausrichtung zu erreichen, wird die Schmelze über den ei gentlichen Füllvorgang hinaus durch einen zweiten Anschnitt bzw. Überlauf in einen Schmelzespeicher gepumpt, so daß an der bereits eingefrorenen Randschicht weitere Schmelze partien infolge Scherströmung mit axial ausgerichteten Fasern einfrieren.

Nach Ende des Füll- bzw. Überfüllvorganges, d. h. während der abschließenden Kühlphase im Werkzeug, wird die Schmel ze aus dem Speicher über einen temperierten Rücklauf in den Schneckenvorraum des Spritzaggregates zurückgepumpt. Dabei wird die Schnecke entweder gegen einen auf p = 0 bar eingestellten Staudruck oder mittels Dekompression zu rückgefahren. Sowohl im Spritzaggregat als auch im Werk zeug ergibt sich aufgrund verschiedender Bruchmechanismen ein Faserlängenabbau. Um diesen Abbau gering zu halten, ist beim Plastifizieren ohne Staudruck und ohne Verschluß düse zu arbeiten. Die Rückstromsperre sollte modifiziert und Umlenkungen im Werkzeug müssen so sanft wie möglich sein. Auch beim Überlauf in den Schmelzespeicher und bei der Rückführung der Schmelze von dort in den Schneckenvor raum ergeben sich Faserverkürzungen. Da jedoch gerade die anfangs in den Speicher überströmende Schmelze noch einen relativ großen Anteil an wenig eingekürzten Fasern ent hält, ist diese Rückführung in bezug auf Faserabbau nicht nachteilig.

Nach Ende der Rückführung der Überlaufschmelze in den Schneckenvorraum fördert die Schnecke in üblicher Weise als Reibungspumpe weiteres Material in den Schneckenvor raum. Beim Einspritzen gelangt dann das im Umlauf zurück geführte Material mit kürzeren Fasern zuerst in die Kavi tät und friert in den Randschichten ein. Die kürzeren Fa sern eignen sich gut für die Ausbildung der Gewindegänge und für die Übertragung der dort auftretenden Querbean spruchungen im späteren Einsatz.

Der Kolben des Schmelzespeichers wird während des Über füllvorganges und einige Zeit danach so mit dem Hydrozylin der beaufschlagt, daß sich im Spritzling keine Lunker bil den. Um ein frühes Einfrieren der beiden Anschnitte zu ver hindern, dürfen diese nicht zu eng sein. Notfalls kann eine Temperierung der Anschnittbereiche vorgesehen werden. Die Füllgeschwindigkeit wird während des Füllvorganges ent sprechend dem sich verringernden Strömungsquerschnitt re duziert.

Gegenüber dem für Klöckner-Ferromatik Desma GmbH unter der Nr. DE-PS 38 10 954 patentierten Gegentaktspritzgießen, mit dem ebenfalls ein Schichtbildungsvorgang erreicht werden kann, hat das hier beschriebene Verfahren zwei Vorteile:

1. Die gleichgerichtete Füllströmung bewirkt keinen Wechsel der parabolischen Faserorientierung im noch flüssigen Kern und damit keine zusätzliche Biege-Bruch beanspruchung der Fasern;
2. Der Schichtaufbau kann kontinuierlich, d. h. ohne "Jahresringe" erfolgen. Durch die gleichförmige Durch strömung kommt es nicht so schnell zum Einfrieren der Anschnitte und/oder Angüsse wie bei der diskontinuier lichen Strommumkehr des Gegentaktverfahrens.

Claims

1. Langfaserverstärkte Schrauben und Gewindestäbe mit thermoplastischem Matrixmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern achsparallel, d. h. in Richtung des Kraft flusses angeordnet sind.

2. Verfahren zur Herstellung der Schrauben und Gewinde stäbe entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber einem üblichen Spritzgießvorgang die Schmel ze nach dem eigentliche Füllvorgang im Gleichstrom und kontinuierlich solange durch die Kavität gefördert wird, bis sich infolge Scherströmung schichtweise die unter 1 ge nannte achsparallele Faserausrichtung ergibt.

3. Verfahren entsprechend Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Überströmschmelze in einen druckbeaufschlag ten, beheizten Schmelzespeicher gepumpt und von dort wie der in den Schneckenvorraum der Spritzeinheit zurückge führt wird, um gemeinsam mit neu aufbereiteter Schmelze in einem weiteren Spritzgießzyklus verarbeitet zu werden.

4. Verfahren entsprechend Anspruch 2 und 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Überfüllvorgang diskontinuierlich bzw. pulsierend durchgeführt wird.

5. Verfahren entsprechend Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß anstelle des Schmelzespeichers weitere Kavitäten, z. B. weitere Schrauben oder andere Bauteile mit vermin derter Faserausrichtung in Reihenschaltung spritzgegossen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeich net, daß mehrere Schrauben oder Gewindestäbe in einem Mehrfachwerkzeug gleichzeitig parallel spritzgegossen wer den.

7. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeich net, daß anstelle von Schrauben und Gewindestäben andere längliche Bauteile mit runden, rechteckigem oder anderem Querschnitt, z. B. Gelenkstangen, gefertigt werden können.

8. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeich net, daß mittels einer Zweikomponenten-Spritzgießmaschine die Kavität(en) über den Anguß vorab mit Kurzglasfasern beaufschlagt wird, die sich dann als Komponente A in den Gewindegängen und im Kopfbereich anordnen. Danach wird in einem zweite Spritzaggregat durch den gleichen Anguß die mit Langfasern gefüllte Schmelze als Komponente B in be schriebener Weise nach- bzw. überfüllt.

9. Schrauben und Gewindestangen nach Anspruch 1 und Bau teile nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese hohl spritzgegossen werden, d. h., daß ein entsprechender Kern im Werkzeug vorzusehen ist.