-
Hintergrund der Erfindung
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß der Präambel von Anspruch 1 zum Erhalten eines
spritzgegossenen Produkts aus thermoplastischem Harz mit hochqualitativem
Aussehen. Solch ein Verfahren ist bekannt aus EP-A-0909626 und US-A-4340551.
-
2. Kurze Beschreibung
des Stands der Technik
-
Die
Technik, die Temperatur der Metallform und die Temperatur des gegossenen
Harzes durch Spritzguss eines thermoplastischen Harzes auf ein hohes
Niveau einzustellen, um ein hochqualitatives Aussehen zu erhalten,
ist auf dem Fachgebiet weit bekannt. Wenn die Temperatur der Metallform
und die gegossene thermoplastische Temperatur auf ein hohes Niveau
eingestellt sind, verursacht dies jedoch eine Beeinträchtigung
insofern, dass der Formzyklus länger
wird als in dem Fall von konventionellen Spritzgussverfahren.
-
Unter
Verwendung des Gussverfahrens, dargestellt in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit
der Publikationsnummer H10-100216, eine Anmeldung, die schon früher durch
den Anmelder der vorliegenden Erfindung eingereicht wurde, kann
man ein gegossenes Produkt mit einem hochqualitativen Aussehen erhalten.
Trotzdem hat dies den Nachteil einer längeren Formzykluszeit als im
Fall der weithin eingesetzten konventionellen Spritzgussverfahren.
-
EP-A-0909626
offenbart ein Verfahren für
das Spritzgießen
von Kunststoffen, in welchen, um Oberflächendefekte während der
Herstellung von spritzgegossenen Kunststoffprodukten zu verhindern,
die Oberflächentemperatur
der metallischen Form über
die Einspritztransfertemperatur des Kunststoffharzes erhöht wird, wenn
das Harz nicht kristallin ist, oder über die Schmelzpunkttemperatur,
wenn das Harz kristallin ist, unter Verwendung einer Temperaturanstiegsrate
größer als
120° C/min.
Diese Temperatur wird während
der Auffülldauer
des Harzes beibehalten, gefolgt durch Kühlung bei einer Abnahmerate
größer als
120° C/min. nach
Beendigung des Auffüllens.
Ebenso wird eine Temperaturanstiegsrate und – abnahmerate von 60° C/min. ins Auge
gefasst. Die Temperaturkontrolle wird unter Verwendung einer Regulierungskontrolle
mit einem Detektor zur Bestimmung der Oberflächentemperatur der metallischen
Form ausgeführt
und nahe der Oberfläche
der metallischen Form befestigt.
-
US-A-4340551
offenbart, dass beim Spritzguss von thermoplastischen Harzzusammensetzungen,
die verfestigende Materialien und/oder Füllmittel enthalten, hochqualitative
gegossene Artikel, die besseren Oberflächenglanz haben und im Wesentlichen
keine Oberflächendefekte
aufweisen, erhalten werden können
durch Anwendung einer technischen Maßnahme, bei welcher nur eine
oberflächliche
Schicht der inneren Oberflächenwand
der Form durch hochfrequentes Induktionserhitzen selektiv erhitzt
wird, bis zu einer Temperatur oberhalb der Formbeständigkeitstemperatur
der thermoplastischen Harzzusammensetzungen, die vor dem Spritzguss
und der Kühlung
und dem Erstarren des Harzes zugegeben wurden. Die Temperaturerhöhungsrate ist
80° C/min.
-
JP-A-04220309
offenbart eine Metallform, die ein Erwärmungs-/Kühlungsmedium
umfasst, welches in der Form zirkuliert, und ein elektrisches Heizelement,
welches in der Metallform angebracht ist. Die Form wird nur durch
die Verwendung des elektrischen Erwärmens erhitzt, wohingegen das
Erwärmungs-/Kühlungsmedium
nur für
das Kühlen
der Form gebraucht wird.
-
Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
-
Zweck
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gussverfahren bereitzustellen,
bei welchem, in einem Gussverfahren zum Erhalten eines spritzgegossenen
Produktes, das das gewünschte
hochqualitative Aussehen hat, das die Probleme, die verbunden sind
mit konventionellen herkömmlichen
Spritzgussverfahren für thermoplastische
Harze löst,
die Formzykluszeit im Vergleich zu konventionellen herkömmlichen
Gussverfahren nicht bedeutend verlängert wird.
-
Das
durch die vorliegende Erfindung zu lösende Problem ist es, dass
vorteilhaft ein Temperaturgradient von 5–100° C/min. vorzugsweise 10–95° C/min. und
besonders bevorzugt 15–90° C/min. für das Erwärmen der
Metallform in einem Gussverfahren bereitgestellt wird, in welchem
man beim Einspritzen eines geschmolzenen thermoplastischen Harzes
in die Metallform die Temperatur der genannten Metallform auf ein
Niveau einstellt, das 0–100° C höher ist
als die thermische Verformungstemperatur des eingespritzten thermoplastischen
Harzes.
-
Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren wie in dem angehängten Anspruch
1 definiert bereit.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann man das Verfahren, ein Erwärmungs-/Kühlungsmedium
in Leitungen innerhalb der Metallform zu zirkulieren, als ein Mittel
zum Erwärmen und
gegebenenfalls Kühlen
der Metallform mit dem oben erwähnten
Temperaturgradienten anwenden. Beispiele solcher vorteilhafter Heizmedien
schließen
erwärmte
Flüssigkeiten
mit einer hohen thermischen Kapazität ein, wie Heizdampf, erwärmtes Wasser
und erwärmtes Öl, und Beispiele
von Kühlungsmedien
schließen gekühltes Wasser
oder gekühltes Öl ein. Ein
Beispiel einer Vorrichtung, die eingesetzt werden kann um dieses Ziel
zu erreichen, ist die Vorrichtung, die in 1 gezeigt
wird, welche in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der
Publikationsnummer H10-100216 dargestellt ist, eine frühere Anmeldung,
eingereicht durch den Anmelder der vorliegenden Erfindung. Ein elektrisches
Erwärmungselement,
das im Innern der Metallform angebracht ist, wird ebenso eingesetzt,
um ein schnelleres Erwärmen
zu erreichen. Außerdem
sollte, um schnelles Erwärmen
und gegebenenfalls Kühlen
durch das Verfahren, ein Erwärmungs-/Kühlungsmedium in
die Leitungen innerhalb der Metallform zirkulieren, das Fließvolumen
des Mediums, das in den Erwärmungs-/Kühlungsleitungen
zirkuliert wird, vorzugsweise 3 Liter/min. oder mehr sein, vorzugsweise
5 Liter/min. oder mehr, und besonders bevorzugt 7 Liter/min. oder
mehr. Darüber
hinaus wird das Erwärmen
durch den zusätzlichen
Gebrauch eines elektrischen Erwärmungselements,
das im Inneren der Metallform angebracht ist, durchgeführt. Der
Grund hierfür
ist, dass die Zeitverzögerung,
die durch das Schalten von Ventilen des Erwärmungs-/Kühlungsmediums verursacht wird,
mit Hilfe eines elektrischen Erwärmungselements
kompensiert werden kann, wobei die Zeitdauer des Erwärmens unabhängig kontrolliert
werden kann.
-
Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von einem vorteilhaften
Arbeitsbeispiel erklärt, aber
der Bereich der vorliegenden Erfindung auf keinen Fall durch dieses
Beispiel limitiert.
-
Dieses
Arbeitsbeispiel wurde durchgeführt
unter Verwendung der Legierung Cycoloy C6600 (Handelsname; hergestellt
durch Niehorn G. E. Plastics K. K.) erhalten durch Schmelzkneten
der thermoplastischen Harze Polycarbonat und ABS-Harz, welches ein
so genanntes Nicht-Füllmittel-Material
(non-filler material) ist, nicht gefüllt mit faserverstärkenden
Materialien etc., mit einer thermischen Verformungstemperatur von
90°C.
-
Das
gegossene Produkt, das in dem Arbeitsbeispiel verwendet wurde, war
ein dünnes
schalenförmiges
Material mit einer Dicke von 1.2 mm, einer Höhe von 204.0 mm, einer Breite
von 280.3 mm und einer Kante, die 15.0 mm misst, wobei dieses Material
in 2 als gegossenes Produkt A gezeigt wird. Außerdem war das
gegossene Produkt B, wie in 3 gezeigt,
ein dosengeformtes Material mit einer Dicke von 1.5 mm, 80.0 mm
Höhe und
150.0 mm Breite und einer Kantenhöhe von 12.0 mm. Die Vorrichtung,
die in dem Arbeitsbeispiel verwendet wurde, war die oben genannte
Vorrichtung, abgebildet in 1, dargestellt
in der japanischen ungeprüften
Patentanmeldung mit der Publikationsnummer H10-100216. In dieser Vorrichtung können das
Erwärmungsmedium
von der Temperaturregelvorrichtung 2 und das Kühlungsmedium
von dem Kühler 3,
welche zu der Metallform 1 zuführen und zurückkommen,
schematisch dargestellt in dem Diagramm, schnell umgeschaltet werden
anhand eines Aufnahmeventils (VEN) und einem Rückventil (VR), welche innerhalb
der Schaltungs-/Steuerungseinheit 4 befestigt
sind. Darüber
hinaus werden die Erwärmungs-/Kühlungsmedien
durch die Zulauföffnung 5 zu
der Metallform zugeführt
und werden durch die Rücklaufsöffnung 6 zurückgeführt. Zusätzlich kann,
obwohl dies nicht in der Fig. gezeigt wird, ein elektrisches Erwärmungselement
in der Metallform angebracht werden, und dieses Element wird verwendet
in Kombination, um den Temperaturgradienten während des Erwärmens weiter
zu erhöhen.
-
Um
den Effekt, der in dem Arbeitsbeispiel zu sehen war, zu bestätigen, wurde
ein konventionelles Spritzgussverfahren, das kein Erwärmen/Kühlen umfasst,
als Referenzbeispiel genommen und das Gießen wurde durchgeführt, nachdem
die Verbesserungen der vorliegenden Erfindung gemacht wurden, wobei
Erwärmungs-/Kühlungsgießen vor
den Verbesserungen als ein Vergleichsbeispiel genommen wurde. Zusätzlich wurde
das Gießen
auch bei den gleichen Gussbedingungen bei der Metallformtemperatur,
die konventionell beim Spritzgießen verwendet wird durchgeführt, und
Vergleiche wurden durchgeführt.
-
Die
Aufnahme der Temperaturgradientenkontrolle in den Erwärmungs-/Kühlungszyklus
der vorliegenden Erfindung macht es möglich, das Gießen vorteilhaft
durchzuführen.
Tabelle 1 zeigt einen Vergleich, in welchem das gegossene Produkt
A, mit einer Formzykluszeit von 33 Sekunden und einem gegossenen
Produkt B, mit einer Zeit von 45 Sekunden, die durch ein konventionelles
Gussverfahren hergestellt wurden, bei welcher ein Erwärmungs-/Kühlungszyklus
nicht verwendet wurde (Vergleichsbeispiel) und ein Arbeitsbeispiel
wurde durchgeführt,
in welchem der Temperaturgradient vorher auf 10–50° C/min. eingestellt wurde. Darüber hinaus
wurden die Formzykluszeiten in dem konventionellen Erwärmungs-/Kühlungsgussverfahren,
in welchem der Temperaturgradient nicht kontrolliert wurde, mindestens
3 Minuten bzw. 3 Minuten und 20 Sekunden, wie in dem Vergleichsbeispiel
gezeigt.
-
Während die
Zeiten in dem Vergleichsbeispiel, in welchem der Temperaturgradient
nicht kontrolliert wurde, jeweils 3 Minuten oder mehr waren, waren
die entsprechenden Zeiten in dem Arbeitsbeispiel, in welchem der
Temperaturgradient, wie oben ausgeführt kontrolliert wurde, 35
Sekunden und 50 Sekunden, wobei diese Zeitzyklen jeweils nahe jener
des Referenzbeispiels lagen. Das Aussehen des gegossenen Produkts
war vergleichbar mit dem, das in konventionellen Gussverfahren unter
Verwendung eines Erwärmungs-/Kühlungszyklus
erreicht wird.
-
Tabelle
1 Formzykluszeiten
mit einem durch ein Erwärmungs-/Kühlungsverfahren
kontrollierten Temperaturgradienten
-
Darüber hinaus
wird, wie in Tabelle 2 gezeigt, eine Formzykluszeit von 2 bis 3
Minuten in dem konventionellen Gussverfahren benötigt, in dem der oben genannte
Erwärmungs-/Kühlungszyklus
verwendet wird, in welchem die Fließgeschwindigkeit des Mediums,
das in den Kühlungsleitungen
zirkuliert, gut unterhalb von 1 L/min. liegt. In dem Erwärmungs-/Kühlungsgussverfahren
der vorliegenden Erfindung wurde jedoch, wie in 2 gezeigt,
in welcher das Arbeitsbeispiel mit einer Fließgeschwindigkeit des Mediums
in der Kühlungsleitung
30 L/min. oder mehr war, die Formzykluszeit des gegossenen Produkts
A auf 35 Sekunden verkürzt, günstig im
Vergleich mit der Formzykluszeit von 33 Sekunden für das konventionelle
herkömmliche
Spritzgussverfahren (Referenzbeispiel).
-
Obwohl
dieser Wert nahezu der gleiche ist wie für die Formzykluszeit des gewöhnlichen
Spritzgussverfahrens, in dem keine Erwärmungs-/Kühlungskontrolle
verwendet wird (Referenzbeispiel), wurde ein gegossenes Produkt
mit einem hochqualitativen Aussehen erhalten. Darüber hinaus
war, betrachtet man das andere gegossene Produkt B, wie in 3 gezeigt,
die Formzykluszeit in dem gewöhnlichen
Spritzgussverfahren (Referenzbeispiel) 45 Sekunden, mit einer Zeit
von 2 Minuten 30 Sekunden für
das konventionelle Erwärmungs-/Kühlungsgussverfahren,
aber das Gießen
gemäß des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung wurde mit einer Formzykluszeit von 50
Sekunden durchgeführt.
-
Tabelle
2 Formzykluszeiten
mit variabler Fließgeschwindigkeit
des Erwärmungs-/Kühlungswasser
-
Mit
Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Aufgabe zu lösen Produkte
mit einem außerordentlich
hochqualitativen Aussehen durch Spritzgussverfahren für thermoplastische
Harze unter Verwendung von konventionellen Erwärmungs-/Kühlungszyklen, wie in dem Verfahren
dargestellt in der japanischen nicht geprüften Patentanmeldung mit der
Publikationsnummer H10-100216, stabil durch Giessen herzustellen, ohne übermäßige Verlängerung
des konventionellen Formzyklus. Dieser Effekt kann nicht nur das
in dem Arbeitsbeispiel verwendete thermoplastische Harz sondern
auch auf andere thermoplastischen Harzen angewendet werden. Insbesondere
kann durch Kontrollieren des Temperaturgradienten für die Erwärmung (Temperaturanstieg)
und Kühlung
bei 10–50° C/min. gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie deutlich durch die Resultate in Tabelle 1 gezeigt,
der Formzyklus fast identisch zu dem in konventionellen Spritzgussverfahren
sein, die Erwärmen/Kühlen nicht
umfassen.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
ein Blockdiagramm, welches ein Beispiel der Zusammensetzung einer
Einheit darstellt, ausgestattet mit einer Erwärmungsquelle, einer Schaltungs-/Regelungseinheit
und einer Metallform, geeignet für das
Gussverfahren der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist
ein erklärendes
Diagramm, welches die Zusammensetzung des gegossenen Produkts A
darstellt, welches in dem Arbeitsbeispiel der vorliegenden Erfindung
verwendet wurde.
-
3 ist
ein erklärendes
Diagramm, welches die Zusammensetzung des gegossenen Produkts B
darstellt, welches in dem Arbeitsbeispiel der vorliegenden Erfindung
verwendet wurde.
