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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen verbesserten Entwurf eines Anschnitts für das Spritzgießen von
Kautschukmischungen zur Bildung von Gummigegenständen. Insbesondere bezieht
sich die vorliegende Erfindung auf einen verbesserten Anschnittentwurf
für das
Spritzgießen
von faserhaltigen Kautschukmischungen mit einer erhöhten Anschnitt-Heizleistung,
einer verkürzten
Taktzeit während
des Spritzens des Kautschukteils und einer verbesserten Faserorientierung
in dem Gummigegenstand.
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Technischer
Hintergrund
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Das Patent US-A-4790992 offenbart
eine Kunststoffspritzgussmaschine, bei der chemische Komponenten
vor dem Eintritt in den Spritzanschnitt in einem Angussverteiler
gemischt werden.
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In einem typischen Kautschukspritzprozess,
siehe 9, wird die nicht
vulkanisierte viskose Kautschukmischung bei Umgebungstemperaturen
in die lang gestreckte Trommel 12 einer Spritzgussmaschine 10 eingeführt. Sie
wird gewöhnlich
entweder durch eine sich drehende Förderschnecke oder einen sich
hin und her bewegenden Stößel oder
Kolben 14, die bzw. der in der Trommel 12 angeordnet
ist, durch die Trommel 12 hindurch in Richtung einer auf
der Ausgangsseite angeschlossenen Heizform 20 vorwärts bewegt.
Beim Vordringen wird die Kautschukmischung durch Wärmeleitung
und Erwärmung
durch mechanische Scherung in der Trommel
12 erwärmt, um
ihre Viskosität
zu verringern und den Kautschuk für das nachträgliche Spritzen in
die Heizform 20 fließfähiger und
gefügiger
zu machen. Je weniger viskos die Kautschukmischung ist, desto leichter
fließt
sie üblicherweise
durch das herkömmliche
Anschnittsystem 16 und desto leichter füllt sie den Formenhohlraum 18,
um einen zufrieden stellend gespritzten Gegenstand zu ergeben.
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Verbundgegenstände, die aus einer elastomerer
Basis und aus Verstärkungsfasern
gebildet sind, sind an sich bekannt. Die Verstärkungsfasern verleihen dem
Gegenstand verbesserte mechanische Eigenschaften wie etwa Abriebfestigkeit,
Zugfestigkeit, Druckfestigkeit und dergleichen. Die Faserverteilung
und die Faserorientierung sind wichtige Faktoren, die solche Eigenschaften
beeinflussen. Das Steuern der Faserorientierung ist deshalb eine
wichtige Erwägung
für das
Schaffen eines verstärkten
Gegenstands mit den gewünschten
mechanischen Eigenschaften.
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Ein bekannter Verbundgegenstand ist
ein Reifenlaufstreifen. Bekanntlich können kurzfaserverstärkte Laufstreifen
mit senkrecht zur Laufstreifenoberfläche orientierten Fasern eine
erhöhte
Verschleißfestigkeit
und einen ausgezeichneten Seitenführungshalt aufweisen. Leider
besitzen Laufstreifen, die in einem herkömmlichen Spritzprozess gefertigt
worden sind, Fasern, die in der Spritzrichtung, d. h. in der Umfangsrichtung
des Reifens, orientiert sind.
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Um die Richtung der Faserorientierung
zu ändern,
wurde eine Expansions-Spritzmundstück-Technik entwickelt. Diese
Technik wird angewandt, um kurzfaserverstärkte Laufstreifenextrusionen
mit zur Laufstreifenoberfläche
senkrecht orientierten Fasern herzustellen. Diese Technik ist in
WO-A-98/13185 offenbart.
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Bei der Expansions-Spritzmundstück-Technik
sind zwei Schritte beteiligt. Zuerst wird zur Orientierung von Fasern
in Spritzrichtung (oder parallel zur Laufstreifenoberfläche) ein
flacher Anschnitt verwendet. Dann wird die Richtung der Orientierung
der Fasern, durch die Faltwirkung des Expansions-Spritzmundstücks bedingt,
zur Richtung der Normalen (oder zur Laufstreifenoberfläche senkrechten
Richtung) verändert.
Die Ergebnisse zeigten, dass diese Technik infolge der Faltwirkung
des Expansions-Spritzmundstücks verhindert, dass
sich die Fasern in der Spritzrichtung orientieren. Jedoch wurde
festgestellt, dass die Fasern nicht ausschließlich senkrecht zur Laufstreifenoberfläche orientiert
sind, sondern auch eine seitliche Orientierung der Fasern in Breitenrichtung
des Laufstreifens besteht.
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Der Hauptgrund für die seitliche Orientierung
in Breitenrichtung ist durch den flachen Anschnittentwurf kombiniert
mit dem Expansions-Spritzmundstück
bedingt. Der Druckabfall durch den mittleren Pfad des Spritzmundstücks ist
infolge des zusätzlichen
Druckabfalls durch den Angussverteiler kleiner als an dem seitlichen Pfad.
Dies führt
zu einem schnelleren Kautschukfluss in der Mitte des Anschnitts,
der einen in Breitenrichtung verlaufenden geringfügigen Fluss
und eine seitliche Faserorientierung bewirkt.
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Ein weiterer Typ von herkömmlichem
Anschnitt ist der in WO-A-98/56559 offenbarte Gitteranschnitt. Der
Gitteranschnitt von WO-A-98/56559 minimiert die Temperatur- und
Druckunterschiede, was zu einem parabolischen Kautschukfluss durch
den Anschnitt führt.
Dies wird durch eine Folge von gekreuzten Strömungskanälen erreicht. Jedoch gelingt
es dem Gitteranschnitt beim Spritzen von faserhaltigen Mischungen
mit einer bestimmten Faserorientierung nicht, eine bestimmte Faserorientierung
zu erzielen. Infolge der Neigungswinkel der Strömungskanäle und des Flus ses des Kautschuks
durch die Kanäle
werden die Fasern unter Winkeln orientiert, die den Strömungskanälen entsprechen.
Die faserhaltigen Bänder,
die aus den Kanälen
kommen, verheddern sich in einer Zufallsstruktur, die zu einer zufälligen Faserorientierung
führt.
Somit kann der Gitteranschnitt allein nicht zur Fertigung von Mischungen
mit einer spezifischen Faserorientierung verwendet werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung liefert
ein Verfahren zum Spritzgießen
von faserhaltigem Kautschuk und ein Anschnittsystem für das Spritzgießen von
Kautschuk in einen Formenhohlraum, wie sie in den Ansprüchen definiert
sind.
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Wenn der faserhaltige Kautschuk den
erfindungsgemäßen Spritzanschnitt
durchquert, werden die Fasern zuerst in den quer bzw. über. Kreuz
verlaufenden Strömungswinkeln
orientiert und dann zur Fließrichtung, die
zur Fließrichtung
des Kautschuks durch den gesamten Spritzanschnitt parallel ist,
umorientiert.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung
stehen die Strecke des in Bezug auf eine Mittellinie des Anschnitts
in schräger
Richtung verlaufenden Kautschukflusses und die Strecke des in Bezug
auf die Mittellinie des Anschnitts in Parallelrichtung verlaufenden
Kautschukflusses in einem Verhältnis
von 2 : 1 bis 1 : 2 zueinander.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung
umfasst den Schritt, in dem der Kautschuk durch einen Spritzanschnittaustritt
in einen Formenhohlraum geleitet wird, um eine Folge von Faltebenen
zu bilden, die senkrecht zur Fließrichtung durch den Spritzanschnittaustritt
sind.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die Erfindung wird beispielhalber
und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, worin:
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1 eine
Stirnansicht von in einem Kombinationsanschnitt gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildeten Kautschuk ist;
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2 eine
schematische Darstellung ist, die den erfindungsgemäßen Kombinationsanschnitt
zeigt;
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2A eine
Ansicht längs
der Linie 2A-2A in 2 ist;
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3 eine
Stirnansicht einer Hälfte
des Kombinationsanschnitts auf der Angussseite oder der Seite der
festen Heizform ist;
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4 eine
Ansicht längs
der Linie 4-4 in 3 ist;
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5 eine
Ansicht längs
der Linie 5-5 in 3 ist;
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6 eine
Stirnansicht der anderen Hälfte
des Kombinationsanschnitts auf der Seite der beweglichen Heizform
ist;
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7 eine
Ansicht längs
der Linie 7-7 in 6 ist;
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8 eine
perspektivische Querschnittsansicht einer exemplarischen Heizform
ist, die das Einführen von
Formmischung in die Heizform zeigt; und
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9 eine
Querschnittsansicht eines herkömmlichen
Kautschuk-Extruder-
und Anschnittsystems ist.
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Genaue Beschreibung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf den Entwurf eines weiterentwickelten Anschnittsystems zur Verbesserung
der Mischeinheitlichkeit, der Temperaturgleichmäßigkeit und der Faserorientierung
des das Anschnittsystem verlassenden Kautschuks. 1 ist ein geformter Kautschukabschnitt 22,
der dem inneren Strömungskanal
durch das erfindungsgemäße Anschnittsystem 24 entspricht.
Das erfindungsgemäße Anschnittsystem 24 ist
eine Kombination aus einem Gitterbereich 26 und einem flachen
Bereich 28. Der Eintrittsabschnitt 30 des Anschnitts 24 ist
ein Gitterbereich 26, der für eine gleichmäßigere Verteilung
der Kautschukmischung sorgt. Der Austrittsabschnitt 32 ist
ein flacher Bereich 28, der die Fasern in der Spritzrichtung
orientiert. Dieses einmalige Kombinationsanschnittsystem 24 bewirkt
einen gleichmäßig verteilten
Kautschukfluss zum Formenhohlraum 18 und verbessert bei
Verwendung einer faserhaltigen Mischung den Grad der Faserorientierung
in dieser.
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Das in 2 gezeigte
verbesserte Anschnittsystem 24 umfasst einen Angusskanal 34,
einen ersten Verteilungskanal 36, einen Gitterbereich 26 mit
sich überkreuzenden
Kautschuk-Strömungskanälen 38, 40,
einen zweiten Verteilungskanal 44 und einen flachen Bereich 28.
Der Kautschuk 22 fließt
vom Angusskanal 34 in den ersten Verteilungskanal 36 und
in die sich überkreuzenden
Strömungskanäle 38, 40.
Die sich überkreuzenden
Kautschuk-Strömungskanäle 38, 40 zwingen
der Kautschuk 22 zu einem Fließen durch den Gitterbereich 26 des
Anschnittsystems 24. Aufgrund dieser Struktur ist der Kautschuk 22,
wenn er den Gitterbereich 26 verlässt und in den Kanal 44 eindringt,
gleichmäßig verteilt.
Mit dem Eindringen in den flachen Bereich 28 sind alle
in dem Kautschuk 22 vorhandenen Fasern wegen der Fließrichtung
des Kautschuks 22 in Richtung des Anschnittaustritts 46 so
umorientiert, dass sie parallel zur Kautschuk-Fließrichtung
sind.
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Die Komponenten des Kombinationsanschnittsystems 24 sind
in den 3–7 deutlicher gezeigt. 3 zeigt eine Stirnansicht
der Innenfläche 48 der
Anschnittplatte 50, die einer Hälfte des Kombinationsanschnitts 24 auf
der Angussseite entspricht. Die Platte 50 umfasst eine
Angussbohrung 52, die von der Außenfläche 54 zur Innenfläche 48 verläuft. Die
mehreren Strömungskanäle 38,
die in der Innenfläche 48 der
Platte 50 gebildet sind, sind zueinander parallel und unter
Winkeln von etwa 30° bis
etwa 70°,
vorzugsweise unter Winkeln von etwa 45° bis etwa 60°, zu einer Mittellinie 56 geneigt.
Wenn der Winkel der parallelen Strömungskanäle 38 zur Mittellinie 56 zunimmt,
nimmt die Zeit, die der Kautschuk 22 für den Durchgang von der Einlassseite 58 zur
Auslassseite 60 der Platte 50 benötigt, ebenfalls
zu und umgekehrt. Die Strömungskanäle 38 sind mit
einem halbkreisförmigen
Querschnitt gezeigt; jedoch liegt es im Umfang dieser Erfindung,
die Strömungskanäle 38 wie
gewünscht
mit anderen Querschnitten wie etwa elliptischen, dreieckigen oder
quadratischen auszubilden.
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Die Strömungskanäle 38 münden in
den Verteilungskanal 61. An den Verteilungskanal 61 grenzt
ein gezackter flacher Bereich 62 an, wie in den 4 und 5 zu sehen ist. Der Kautschuk fließt direkt
von den Kanälen
38 zum Verteilungskanal 61 und in den flachen Bereich 62 in
Richtung der Auslassseite 60 der Angussplatte 50.
Die Tiefe des Verteilungskanals und die Tiefe des flachen Bereichs
können
gleich oder unterschiedlich, wie gezeigt ist, sein.
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In 6 ist
nun eine Stirnansicht der ebenen Innenfläche 64 der anderen
Hälfte
der Kombinationsanschnittplatte 66 mit einer Einlassseite 68 und
einer Auslassseite 70 gezeigt. Eine Angusseinlass-Schulterbohrung 72 erstreckt
sich in die Innenfläche 64 und
ist zwischen der Einlassseite 68 und der Auslassseite 70 der Platte 66 positioniert.
Wie in 7 gezeigt ist,
steht die Angusseinlass-Schulterbohrung 72 mit einem verlängerten
Verteilungskanal 74, der sich teilweise über die
Länge der
Platte 66 und parallel zu dieser zur Auslassseite 70 erstreckt,
in Strömungsverbindung.
In der Innenfläche 64 der
Platte 66 sind mehrere Strömungskanäle 40 ausgebildet.
Die Strömungskanäle 40 sind ähnlich wie
die an der Patte 50 ausgebildeten Kanäle 38 ausgebildet.
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An die Strömungskanäle 40 grenzt ein zweiter
verlängerter
Verteilungskanal 76 an, der parallel zum ersten verlängerten
Verteilungskanal 74 verläuft. Ein gezackter flacher
Bereich 78 ist ausgebildet, der sich vom zweiten Verteilungskanal
zur Auslassseite 70 der Platte 66 erstreckt. Vermischter
Kautschuk fließt
von dem Kanälen 40 zum
zweiten Verteilungskanal 76 in Richtung der Auslassseite 70 der
Platte 66. Wie in 7 zu sehen
ist, besitzen die Verteilungskanäle 74, 76 außerdem eine
Tiefe, die größer als
die Tiefe der Kanäle 40 oder
des gezackten flachen Abschnitts 78 ist.
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In den 2 und 2A ist das erfindungsgemäße Anschnittsystem 24 so
gezeigt, dass die flache Innenfläche 48 der
angussseitigen Anschnittplatte 50 an der flachen Innenfläche 64 der
Anschnittplatte 66 auf der anderen Seite anliegt und an
dieser durch herkömmliche
Mittel wie etwa Verschrauben befestigt ist. Nach dem Verbinden der
Platten 50, 66 kreuzen sich die Angussbohrung 52 und
die Angusseinlass-Schulterbohrung 72, um den Angusskanal 34 zu
bilden. Außerdem
liegt die Innenfläche 48 der
Platte 50 an dem verlängerten
Verteilungskanal 74 an, um den ersten Verteilungskanal 36 zu
bilden. Die Kanäle 38 und 40 stoßen aneinander. Da
die Kanäle 38, 40 in
den Platten 50, 66 in derselben Richtung geneigt
sind, sind sie beim Umdrehen einer Platte, derart, dass die zwei
Innenflächen 48, 64 der
Platten 50, 66 aneinander liegen, in über Kreuz
verlaufenden Richtungen orientiert, so dass den Gitterbereich 26 bilden.
Der Verteilungskanal 61 der Platte 50 stößt gegen
den Verteilungskanal 76 der Platte 66, um den zweiten Verteilungskanal 44 zu
bilden. Der gezackte flache Bereich 62 der Platte 50 liegt
an dem gezackten flachen Bereich 78 der Platte 66 an,
um den flachen Bereich 28 mit einer konstanten Dicke t
zu bilden.
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Ein wichtiger Aspekt der Erfindung
bezieht sich auf die Konfiguration der Strömungskanäle 38, 40 und des
flachen Bereichs 28 nach dem Zusammenbau des Anschnittsystems 24.
Die Strömungskanäle 38, 40 sind so
angeordnet, dass sie sich unter einem Winkel von etwa 60° bis etwa
140°, vorzugsweise
unter einem Winkel von etwa 90° bis
etwa 120°,
schneiden. Außerdem
sind Abschnitte der Strömungskanäle 38, 40 der
Platte 50 bzw. der Platte 66 teilweise halbkreisförmig oder
ellipsenförmig, üblicherweise,
ausgebildet, was daher rührt, dass
sie an der ebenen Innenfläche 48, 64 der
gegenüberliegenden
Platte 50 oder 66 anliegen. Die übrigen Abschnitte
der Strömungskanäle 38, 40 sind
an deren Überschneidungen 42 ausgebildet
und in 2A mit einer
elliptischen Form gezeigt. Der Gitterabschnitt 26 des erfindungsgemäßen Anschnittsystems 24 bewirkt effektiv
ein stärkeres
physisches Durchmischen, ein stärkeres
Erwärmen
des Kautschuks durch gegenseitiges Scheren und ein stärkeres thermisches
Durchmischen als in dem flach gestalteten Abschnitt 28 des
Anschnittsystems 24.
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Der flache Bereich 28 sorgt
für eine
bevorzugte Faserorientierung in der Kautschukmischung 22.
Infolge des Flusses des Kautschuks 22 durch die Gitterkanäle 38, 40 besitzen
die Fasern in der Mischung, die die Kanäle 38, 40 verlässt und
in den zweiten Verteilungskanal 44 eintritt, eine Orientierung,
die dem Kanalneigungswinkel in Bezug auf die Mittellinie 56 der
Anschnittplatten 50, 60 entspricht. Um einen Kautschukfluss und
somit eine Faserorientierung zu erreichen, die parallel zur Mittellinie 56 der
Anschnittplatten 50, 66 sind, muss die Fließrichtung
des Kautschuks um 60° bis
20° oder
45° bis
30°, wenn
die Kanäle 38, 40 die
bevorzugten Neigungswinkel besitzen, umorientiert werden. Die erforderliche
Umorientierung des Kautschuks und der Fasern ist geringer als jegliche
geforderte Umorientierung der Fasern bei herkömmlichen flachen Anschnittentwürfen.
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Nach dem Zusammenbau der Platten 50 und 66 besitzt
der flache Bereich 28 eine Dicke t und eine dieser zugeordnete
Länge 1F, siehe 2 und 2A. Sowohl die Dicke t als
auch die Länge
1F sind so optimiert, dass sie eine Umorientierung
der Fasern ermöglichen,
die in dem Kautschuk 22, der durch den flachen Bereich 28 des
Anschnittsystems 24 fließt, mitgeführt werden. Wegen der Spannweite
der Faserlänge
muss die Dicke t des flachen Bereichs 28 des Anschnitts 24 in
Bezug auf die im Stand der Technik bekannten Einlassöffnungen vergleichsweise
schmal sein, damit die Mehrzahl der Fasern mit der Fließrichtung
F des Kautschuks 22 ausgerichtet wird (siehe auch 8). Außerdem kann der Kautschuk 22,
wenn die Länge
1F zu groß ist, in dem Anschnitt anvulkanisieren.
Wenn die Länge
1F zu klein ist, können die Fasern vor ihrem Eintritt
in den Formenhohlraum 18 nicht vollständig in der Fließrichtung
F orientiert werden. Da die Fasern in dem Kautschuk 22 beim Eintritt
in den zweiten Verteilungskanal eine Umorientierung von lediglich
70° bis
30° erfordern,
kann die Länge 1F gegenüber
der in WO 98/13185 offenbarten Länge
herabgesetzt werden. Wenn der Kautschuk 22 in Richtung
des Flusses F durch den flachen Bereich 28 des Anschnitts 24 fließt, werden
die Fasern parallel zur Mittellinie 56 der Anguss- und
Anschnittplatten 50, 66 orientiert.
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Nach dem Durchgang durch das Anschnittsystem 24 in
den Formenhohlraum 18 wird die Fließrichtung des Kautschuks 22 verändert. Wie
in
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8 gezeigt
ist, ist die Öffnung
für den
Kautschuk 22 am Anschnittaustritt 80, der sich
am Übergang vom
Anschnittsystem 24 zum Formenhohlraum 18 befindet,
in der zur Dicke des Anschnittsystems 24 parallelen Richtung
stark erweitert. Die Kautschukmischung 22 faltet sich über sich
selbst, wodurch eine Folge von Ebenen 82 geschaffen wird,
die im Allgemeinen senkrecht zur Anfangsrichtung F sind, wenn der
Kautschuk 22 den Formenhohlraum 18 füllt.
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Der Versatz d zwischen dem Anschnittaustritt 80 und
den Innenwänden 84, 86 des
Formenhohlraums 18 kann ebenfalls die Orientierung der
Fasern beeinflussen. Wenn der Versatz d zwischen dem Anschnittaustritt 80 und
den Innenwänden 84, 86 zu
klein ist, kann der Kautschuk 22 an der nächstgelegenen
Innenwand 84, 86 hängen bleiben oder vorübergehend
haften. Obwohl manche Kautschukmischungen 22 unter bestimmten
Bedingungen erfolgreich laufen, wenn der Versatz d gleich null ist,
sollte der Versatz d im Allgemeinen größer als ein Viertel der Formenhohlraumweite
w betragen. Jedoch kann bei bestimmten Anwendungen weder die Art
noch die Anzahl von Falten, die erforderlich sind, um die gewünschte Faserorientierung
zu erreichen, eintreten, solange der Versatz d nicht zwischen einem
Viertel und der Hälfte
der Formenhohlraumweite w beträgt.
Für nähere Einzelheiten
hinsichtlich der verschiedenen Parameter der verschiedenen Anwendungen, siehe
WO-A-98/ 13185.
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Vergleichsprüfung
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Zwischen einem flachen Anschnitt
und dem erfindungsgemäßen Kombinationsanschnitt 24 wurden Vergleiche
durchgeführt.
Sowohl mit einem flachen Anschnitt als auch mit dem erfindungsgemäßen Kombinationsanschnitt 24 wurden
Proben aus einer eine Kevlar-Masse enthaltenden Kautschukmischung
hergestellt. Der Kombinationsanschnitt 24 besaß eine Gittereintrittsstruktur 30 von
45/20/0,031''/0,51'' oder 45/20/0,7 mm/ 13 mm (Kanalwinkel/Anzahl
von Kanälen/Kanalradius/Länge) und
eine Flachanschnitt-Austrittsstruktur 32 von 0,010''/0,5'' oder 0,25 mm/ 12,7
mm (Dicke/Länge).
Der flache Anschnitt besaß eine
Struktur von 0,010''/ 1,0'' oder 0,25 mm/25,4 mm (Dicke/Länge). Die
Trommeltemperaturen, Spritztemperaturen und die Spritzgeschwindigkeit
für beide
Proben. Es wurden sowohl eine Blockprobe von 5'' × 5'' × 7/8'' oder 127 mm × 127 mm × 22,23 mm als auch eine Tafelprobe
von 5'' × 5'' × 1/10'' oder 127 mm × 127 mm × 2,54 mm hergestellt.
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Prüfprobe 1
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Den Anschnitten wurden fünf Proben
der Tafelproben mit 1,0'' entnommen. Die fünf Proben
waren kreisförmige
Proben, die über
die Breite der Tafelprobe beabstandet waren. Die x-Richtung ist
die seitliche Richtung der Tafel, während y die Spritzrichtung
der Tafel ist; die gewünscht
Orientierung ist y. Das folgende Diagramm zeigt die Ergebnisse der
Orientierung der Fasern in den Proben im Vergleich zum Ort der Probe. Die
in der Tabelle angegebenen Lösungsmittelquellungsverhältnisse
sind ein Mittelwert aus drei Proben und wurden durch Dividieren
der Länge
in y-Richtung durch die Länge
in x-Richtung erhalten. Das Quellungsverhältnis ist als kurze Achse dividiert
durch die die lange Achse bei einer kreisförmigen faserhaltigen Kautschukprobe,
die in Toluol im Gleichgewichtszustand zu einer ovalen Form angequollen
ist, definiert. Die Richtung der kurzen Achse ist zur Richtung der
Faserorientierung parallel. Da Fasern in der kurzen Achse orientiert
sind, ist die Richtung der Orientierung x, wenn das Quellungsverhältnis größer als
1,0 ist, und y, wenn das Quellungsverhältnis kleiner als 1,0 ist.
Je kleiner das Quellungsverhältnis
ist, desto höher
ist der Grad der Faserorientierung.
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Es ist ersichtlich, dass Proben,
die mit dem Kombinationsanschnitt 24 hergestellt wurden,
eine relativ gleichmäßige Faserorientierung
aufwiesen. Die Lösungsmittelquellungsverhältnisse
lagen im Bereich von 0,86 bis 0,90. Andererseits besaßen Proben,
die mit dem flachen Anschnitt hergestellt wurden, mit Lösungsmittelquellungsverhältnissen
von 0,918 bis 1,280 in der Mitte eine relativ starke Orientierung
in seitlicher Richtung (x). Die Orientierung veränderte sich in Richtung der
Seiten der Probe allmählich
zur Spritzrichtung (y), was eine Ungleichmäßigkeit in der Faserorientierung
angab. Die Standardabweichungen der Lösungsmittelquellungsverhältnisse
betragen 0,019 und 0,142 für
den Kombinationsanschnitt bzw. den flachen Anschnitt. Die Ergebnisse
der Tafelproben zeig ten, dass der Kombinationsanschnitt 24 bei
der Herstellung von Spritzteilen mit einer gleichmäßigen Faserorientierung
und somit mit einheitlicheren physikalischen Eigenschaften viel
besser ist.
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Prüfprobe 2
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Von Blockproben, die durch den Kombinationsanschnitt 24 und
einen flachen Anschnitt hergestellt wurden, wurde an einer Stelle,
die ein Zoll von dem Anschnitt entfernt war, eine dünne Scheibe
abgeschnitten, wobei fünf
Proben genommen wurden, um die Faserorientierung in der Dickenrichtung
(z) des Blocks zu prüfen.
Die fünf
Proben waren kreisförmige
Proben, die über
die Breite der dünnen
Scheibe beabstandet waren. Drei unter gleichen Bedingungen hergestellte
Proben wurden verwendet, um die Streuung der Lösungsmittelquellungsdaten zu
erhalten. Wie oben angemerkt wurde, ist der Grad der Faserorientierung
umso höher,
je kleiner das Quellungsverhältnis
ist.
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Die Ergebnisse zeigten, dass die
von dem Kombinationsanschnitt 24 hergestellten Blockproben
einen höheren
Grad an Faserorientierung in der Dickenrichtung besaßen. Die
mittleren Lösungsmittelquellungsverhältnisse
betragen 0,678 und 0,758 für
den Kombinationsanschnitt bzw. den flachen Anschnitt. Die Standardabweichung
der Lösungsmittelquellungsverhältnisse
beim Kombinationsanschnitt ist also niedriger, 0,015 gegenüber 0,044,
was eine gleichmäßigere Faserorientierung
innerhalb der Probe angibt.
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Der gezeigte Anschnitt hat einen
Gitterbereich 26 und einen flachen Bereich 28,
die im Wesentlichen die gleiche Länge 1L,
1F besitzen. Obwohl dies das bevorzugte
Längenverhältnis des
Gitterbereichs 26 und des flachen Bereichs 28 ist,
kann das Verhältnis
des Gitterbereichs 26 zum flachen Bereich 28 zwischen
2 : 1 und 1 : 2 liegen und dennoch den gewünschten hohen Grad an Faserorientierung
in dem Kautschuk, der das Anschnittsystem 24 verlässt, erzielen.
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Die Fasern in dem in das Kombinationsanschnittsystem 24 injizierten
Kautschuk 22 können
irgendwelche herkömmlichen
Fasern sein, die bei der Herstellung von faserverstärkten Kautschukgegenständen verwendet
werden. Dies schließt
kurze Fasern mit einer Länge
im Bereich von 0,1 μm
bis 103 μm
und Fasern mit einer Länge
von bis zu und einschließlich
0,5 Zoll (1,2 cm) ein. Um Fasern mit den größeren Längen korrekt zu orientieren,
können
die effektive Länge
des Anschnitts 24, der Durchmesser der Strömungskanäle 38, 40 und
die Dicke t des flachen Bereichs 28 vergrößert werden,
um die oben besprochene Durchmischung und Umorientierung zu erreichen.
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Außerdem ist Fachleuten klar,
dass, obwohl die offenbarte Erfindung eine Heizform mit geschlossenem
Hohlraum zeigt, diese eine Form mit offener Seite sein kann. In
einer solchen Heizform bleiben die definierten Beziehungen zwischen
dem Anschnittaustritt 80 und den Heizformwänden 84,
86,
wie sie oben beschrieben wurden, gültig; jedoch gibt es dann keine
Stirnwand, die die Bewegung des nicht vulkanisierten Kautschuks
durch die Heizform begrenzt. Nichtvulkanisierter Kautschuk fließt durch
den Anschnittaustritt 80, wobei er die übereinander liegenden (Falt-)Ebenen 82 bildet,
und setzt sich durch den Hohlraum fort, um einen durch die übereinander
gelegten Ebenen 82 gebildeten durchgängigen Kautschukstreifen zu
bilden, wodurch ein Kautschuk mit orientierten Fasern erzeugt wird.
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Der erfindungsgemäße Gitter-/Flachkombinationsanschnitt 24 bietet
sowohl die Vorteile der Gitter- und Flachanschnitte als auch den
unerwarteten Nutzen eines höheren
Grads an Faserorientierung in der Dickenrichtung und eine gleichmäßigere Faserorientierungsverteilung.
Weder der erzielte höhere
Grad an Faserorientierung könnte
erreicht werden, wenn lediglich der Gitteranschnitt oder lediglich
der flache Anschnitt verwendet wird, noch dürfte ein solcher höherer Grad
an Orientierung bei der bloßen
Kombination aus den zwei Anschnittentwürfen erwartet werden.
