DE60219306T2

DE60219306T2 - Formvorrichtung für formkörper aus thermoplastischem harz

Info

Publication number: DE60219306T2
Application number: DE60219306T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kyoto-shi SHIMURA; Hitoshi Kyoto-shi KAWAUCHI; Hiroyuki Kyoto-shi HIRANO
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: EP1393879A1; JP2002205319A; DE60219306D1; CN100369733C; KR100832819B1; WO2002055282A1; CN1455725A; US6652254B2; EP1393879B1; US20030044480A1; EP1393879A4; KR20020077524A; JP3425559B2; CA2403376A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Durchführung eines Formverfahrens zur Herstellung geformter Artikel aus thermoplastischem Harz gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruch 1.
Expansionsgeformte Artikel aus thermoplastischem Harz können durch ein Verfahren, bei dem ein chemisches Treibmittel verwendet wird (zur chemischen Expansion) oder durch ein Verfahren, bei dem ein Gas wie zum Beispiel ein Fluorchlorkohlenwasserstoff, Butan, Pentan, Kohlendioxid oder Stickstoff direkt zugeführt und in dem Harz gelöst wird, um es als ein Treibmittel zu verwenden (zur physikalischen Expansion) hergestellt werden. In den letzten Jahren besteht mit Hinblick auf die Gesundheitsvorsorge und die Umwelt eine wachsende Nachfrage nach der Herstellung von expansionsgeformten Artikeln aus thermoplastischem Harz unter Verwendung von Kohlendioxid, Stickstoff oder einem ähnlichen inerten Gas für die physikalische Expansion.
Mit Hinsicht auf die oben beschriebene Situation sind viele Studien bezüglich Verfahren zur Herstellung von expansionsgeformten Artikeln aus thermoplastischen Harz unter Verwendung von inerten Gasen durchgeführt worden (siehe zum Beispiel JP-A Nr. 10-230528/1998 ).
Allerdings erfordern viele der konventionellen Verfahren, welche das Problem lösen, expansionsgeformte Artikel mit feinen Zellen herzustellen, den Einsatz sehr komplexer Ausrüstungen mit einer Mehrzahl von Vorrichtungen. Um die physikalische Expansion zu realisieren, besteht der Bedarf, einen Zylinder, eine Schraube und eine Steuereinheit, die besonders ausgebildet sind, bei dem Gasimprägnierungsschritt des Schmelzens eines thermoplastischen Harzes zu verwenden, wobei dem geschmolzenen Harz ein inertes Gas zuzuführt und das Harz mit dem Gas durch Vermischen imprägniert wird. Die Ausrüstung benötigt dann Vorrichtungen, welche neu hergestellt werden oder eine wesentliche Änderung der vorhandenen Vorrichtungen erfordern, was zu dem Problem erhöhter Kosten führt.
Die DE-A-2034310 offenbart eine Einrichtung zur Herstellung von geformten Artikeln aus einem thermoplastischem Harz. Das thermoplastische Harz wird durch die Rotation einer Schraube, welche in einem Formmaschinenzylinder angeordnet ist, in den geschmolzenen Zustand gebracht, und die geschmolzene Form des Kunststoffharzes wird mit einem Gas imprägniert, welches von einer Gaszuführöffnung abgegeben wird, die in der Schraube bereitgestellt ist. Die Schraube umfasst einen harzschmelzenden Bereich an der stromaufwärtigen Seite. Dieser harzschmelzende Bereich ist in drei verschiedene Teile unterteilt, wobei der erste in einer stromaufwärtigen-stromabwärtigen Richtung ein Feststofftransportteil mit einem kleinen Schraubenschaftdurchmesser ist, der zweite ein Kompressions- Schmelzteil mit einem radial zunehmenden Schaftdurchmesser ist und der dritte ein Transportteil für geschmolzenes Harz mit einem konstanten großen Schraubenschaftdurchmesser ist. Weiterhin ist die Schraube mit einem mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereich versehen, um das Harz, welches von der Schraube transportiert wird, mit einem geringeren Druck als das Kohlendioxidgas an der Gaszuführöffnung zu versehen. Benachbart zu dem mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereich ist ein Gasimprdgnierbereich bereitgestellt, welcher das Gas zuführt und das geschmolzene Harz imprägniert. Die Schraube umfasst weiterhin in einem stromaufwärtigen Endbereich einen Gaseinlasskanal, welcher mit einem Gaszuführkanal kommuniziert, der sich durch die Schraube erstreckt. Die Gaszuführöffnung, welche in Kommunikation mit dem Gaszuführkanal ist, ist in dem Gasimprägnierbereich zwischen benachbarten Schraubengängen ausgebildet. Der Gasimprägnierbereich ist in zwei verschiedene Teile unterteilt. Ein erster Teil in einer stromaufwärtigen-stromabwärtigen Richtung ist konisch ausgebildet und weist einen radial zunehmenden Schraubenschaftdurchmesser auf, und der zweite Teil ist mit einem konstanten Schraubenschaftdurchmesser versehen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung der oben genannten Art mit einer verbesserten Funktionalität bereitzustellen, d.h. einem verlässlichen Transport des Harzes in fester Form, einem kompletten Aufschmelzen des Harzes und einer homogenen Vermischung des Harzes mit dem Gas.
Wir haben die Forschung nicht von dem Standpunkt aus durchgeführt, wie man expansionsgeformte Artikel mit sehr feinen Zellen herstellen kann, sondern von dem Standpunkt, wie man die physikalische Expansion unter Verwendung eines inerten Gases, wie zum Beispiel Kohlendioxid oder Stickstoff, mit möglichst großer Leichtigkeit und mit so gering wie möglichen Kosten realisieren kann. Demzufolge haben wir die physikalische Expansion in einfacher Weise bei geringen Kosten realisiert, indem wir die Schraube dazu veranlasst haben, alle Funktionen des Schmelzen eines thermoplastischen Harzes, des Zuführens eines inerten Gases zu dem geschmolzenen Harz und des Mischens des Gases mit dem geschmolzenen Harzes zur Imprägnierung unter Verwendung eines Spritzgusszylinders und einer Steuereinheit, etc., welche vorhanden sind, wie sie sind, durchführen.
Der mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllte Bereich der Schraube ist ein Bereich, welcher durch Reduktion des Schraubenschaftdurchmessers oder durch Vergrößerung von dessen Gewindegangabstand ausgebildet ist. Die Bereitstellung des mit geschmolzenen Harz nicht aufgefüllten Bereichs bringt einen vergrößerten Raum hervor, welcher durch den Schraubengang, den Zylinder und den Schraubenschaft definiert ist, wodurch das Harz in diesem Raum mit einen geringeren Druck als das Gas an der Gaszuführöff nung versehen wird. Der mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllte Bereich erstreckt sich von dem stromabwärtigen Ende des harzschmezenden Bereichs bis zu einer Position stromabwärts hiervon, wo der Raum, welcher von dem Schraubengang, dem Zylinder und dem Schraubenschaft definiert ist, am größten ist. Der Raum, welcher von dem Schraubengang, dem Zylinder und dem Schraubenschaft gebildet wird, ist in dem Gasimprägnierbereich, welcher sich von dem stromabwärtigen Ende des nicht aufgefüllten Bereich erstreckt, kleiner als in dem mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereich, so dass der Imprägnierbereich allmählich mit dem geschmolzenen Harz, welches in dem nicht aufgefüllten Zustand war, aufgefüllt wird. Daher hat der Gasimprägnierbereich, wie dies in der 4 gezeigt ist, zwei Zustände, d.h. einen mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Zustand in einem stromaufwärtigen Bereich und einen mit geschmolzenem Harz aufgefüllten Zustand in einem stromabwärtigen Bereich. Da die Schraube die Gaszuführöffnung in dem Bereich eines solchen mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Zustand aufweist, kann die benötigte Menge des inerten Gases dem geschmolzenen Harz mit guter Stabilität zugeführt werden.
Wenn ein Versuch unternommen wird den Gasimprägnierbereich zusätzlich an dem vorderen Ende der Schraube einer konventionellen Einrichtung auszubilden, wird die Schraube um einen Betrag, der dem zugefügten Bereich entspricht, in der Gesamtlänge größer und der Zylinder einer existierenden Formmaschine kann nicht verwendet werden, wohingegen die Konstruktion der oben beschriebenen Erfindung es möglich macht den Gasimprägnierbereich bereitzustellen, wobei es der Schraube ermöglicht wird eine derartige Gesamtlänge beizubehalten, um die Verwendung des Zylinders einer existierenden Spritzmaschine zu ermöglichen.
Der harzschmelzende Bereich der Schraube umfasst einen Feststofftransportteil (im folgenden bedeutet „Feststoff" Pulver, Pellets oder ähnliches), welcher in einer stromaufwärtigen Position angeordnet ist und einen kleinen Schraubenschaftdurchmesser aufweist, einen Transportteil für geschmolzenes Harz, welcher in einer stromabwärtigen Position angeordnet ist und einen großen Schraubenschaftdurchmesser aufweist, und einen Kompressionsschmelzteil, welcher zwischen den zwei Teilen angeordnet ist und einen Schraubenschaftdurchmesser aufweist, welcher graduell stromabwärts zunimmt, wobei die Längen der Schraubenteile und -bereiche die folgenden Beziehungen zu dem Zylinderdurchmesser D haben:
Länge L₁ des Feststofftransportteils = 5D – 8D,
Länge L₂ des Kompressionsschmelzteils = 3D – 4D,
Länge L₃ des geschmolzenes Harz Transportteils = 1D – 2D,
Länge L₄ des mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereichs = 0,1D – 2D.
Das Harz kann dann durch Hitze und ebenfalls mit dem inerten Gas, welches einen zusätzlichen Plastifizierungseffekt hervorruft, plastifiziert werden mit dem Ergebnis, dass das geschmolzene Harz mit dem inerten Gas positiv imprägniert wird und mit dem inerten Gas effizienter plastifiziert wird. Der Plastifizierungseffekt, welcher durch das inerte Gas verursacht wird, geht auf den in der 3 gezeigten Effekt zurück, das Moleküle des inerten Gases (Kohlendioxid in der Darstellung), welche sich in dem Harz zwischen dessen Molekülketten lösen, die Räume zwischen den Molekülketten vergrößern, wodurch demzufolge das freie Volumen der Molekülketten vergrößert wird, um das Harz im wesentlichen in der selben Weise wie bei der Plastifizierung durch Hitze zu plastifizieren.
Der Feststofftransportteil ist mit einer Länge L₁ von 5D – 8D versehen, da beim Entwurf des Teils für geschmolzenes Harz eine Verringerung des Feststofftransportteils aufgrund des Dosierungshubs berücksichtigt wurde. Wenn L₁ kleiner als 5D ist wird es unmöglich, das Harz mit guter Stabilität in der Form nicht geschmolzener Pellets oder Pulver von dem Trichter zu transportieren, wohingegen wenn L₁ größer als 8D ist, die Schraube eine vergrößerte Gesamtlänge aufweist, was Schwierigkeiten bei der Verwendung des existierenden Zylinders mit sich bringt.
Der Kompressionsschmelzteil ist mit einer Länge L₂ von 3D – 4D versehen, da, wenn L₂ kleiner 3D ist, ein zufriedenstellender geschmolzener Zustand nicht erhalten werden kann, und wenn weiterhin L₂ größer als 4D ist, die Schraube eine vergrößerte Gesamtlänge aufweist. Der Transportteil für geschmolzenes Harz ist mit einer Länge L₃ von 1D – 2D versehen, da, wenn L₃ kleiner 1D ist, es unmöglich ist, das inerte Gas daran zu hindern in den Harzzuführtrichter zu entweichen, und wenn weiterhin wenn L₃ kleiner als 2D ist, die Schraube eine vergrößerte Gesamtlänge aufweist. Um Variationen des Harzdruckes von dem stromabwärtigen Ende des geschmolzenen Harz Transportteils zu unterdrücken und ein befördertes Schmelzen sicherzustellen, ist es generell wünschenswert, dass L₃ größer ist, wohingegen es bei der vorliegenden Erfindung lediglich notwendig ist zu verhindern, dass das inerte Gas an dem stromabwärtigen Ende des geschmolzenes Harz Transportteils in den Harzzuführtrichter entweicht. Die gewünschte Leistung ist vollständig erzielbar, wenn L₃ bis zu 4D beträgt.
Der mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllte Bereich ist dafür vorgesehen, einen mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Zustand bereitzustellen, um eine stabilisierte Zufuhr von inertem Gas sicherzustellen. Eine zufriedenstellende Leistung kann erzielt werden, wenn dessen Länge L₄ bis zu 2D beträgt (vorzugsweise bis zu 1D). Wenn L₄ größer 2D ist, weist die Schraube eine vergrößerte Gesamtlänge auf.
Die Länge L₅ des Gasimprägnierbereichs beträgt 4D – 10D (optimal ungefähr 7D). Wenn L₅ kleiner als 4D ist, ist es unmöglich zu verhindern, dass das Gas aufgrund des Entweichens des Gases in die Injektionsdüse heraus gedrückt wird, wohingegen, wenn L₅ größer 10D ist, die Schraube eine vergrößerte Gesamtlänge hat. Es ist wünschenswert, dass die Länge L₆ des konischen Teils mindestens 0,5 bis zu 3D beträgt, um den mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Zustand und den mit geschmolzenem Harz aufgefüllten Zustand zu stabilisieren.
Indem die Schraube mit der oben beschriebenen Konstruktion versehen wird, kann die Schraube dazu veranlasst werden, alle Funktionen des Schmelzens eines thermoplastischen Harzes, des Zuführen eines inerten Gases zu dem geschmolzenen Harz und des Imprägnierens des geschmolzenen Harzes mit dem Gas durch Vermischen durchführen. Weiterhin können die existierenden Spritzgußzylinder und Steuereinheiten verwendet werden, da die Schraube mit einer kurzen Gesamtlänge ausgebildet werden kann. Daher kann die physikalische Expansion einfach und bei geringen Kosten unter Verwendung der Schraube, welche die oben genannten Funktionen aufweist, realisiert werden.
Der Gasimprägnierbereich umfasst einen konischen Teil, welcher graduell im Schraubenschaftdurchmesser von den stromabwärtigen Ende des mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereichs zunimmt, und einen stromabwärts zu diesem Teil angeordneten durchgehenden Zylinderteil, welcher einen konstanten Schraubenschaftdurchmesser aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Länge L₆ des konischen Teils die Beziehung L₆ = 0,5D – 3D zu dem Zylinderdurchmesser D auf. Das geschmolzene Harz, welches von dem harzschmelzenden Bereich (wo der Raum, welcher von den Schraubengang, den Zylinder und den Schraubenschaft definiert wird, am kleinsten ist) in den mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereich (wo der Raum am größten ist) abgegeben wird, wird in den konischen Teil, wo der Raum, welcher von dem Schraubengang, dem Zylinder und dem Schraubenschaft gebildet wird, kleiner als in dem nicht aufgefüllten Bereich ist, und dann in den durchgehenden Zylinderbereich, wo der Raum größer als in dem harzschmelzenden Bereich ist, abgegeben. Demzufolge hat das geschmolzene Harz, wie dies in der 4 gezeigt ist, zwei Zustände, d.h. einen nicht aufgefüllten Zustand in dem konischen Teil und in dem stromaufwärtigen Bereich des durchgehenden Zylinderteils und einen aufgefüllten Zustand in dem stromabwärtigen Bereich des durchgehenden Zylinderteils. Das geschmolzene Harz wird dazu gebracht zwei Zustände aufzuweisen, um eine stabilisierte Zufuhr von Gas in den mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Zustand zu realisieren und um eine Abgabe des Gases aufgrund eines Entweichens in die Injektionsdüse in dem mit geschmolzenem Harz aufgefüllten Zustand zu verhindern.
Die Formmaschine der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Verwendung bei Spritzguss beschränkt, sondern ist ebenfalls für Stangenpressen, Blasformen, Injektionsblasformen, Filmgießen, etc. verwendbar.
Das bei der vorliegenden Erfindung zu verwendende thermoplastische Harz ist nicht besonders begrenzt. Beispiele derartige Harze sind Harze, welche eine hohe Schmelzviskosität haben und die daher schwierig in einem geschmolzenen Zustand zu formen sind, Harze, welche einfach thermisch zersetzbar sind, Harze, welche ein Additiv mit einem niedrigen Siedepunkt oder ein Additiv, welches leicht thermisch zersetzbar ist enthalten und die schwierig zu formen sind etc.
Beispiele für Harze, welche eine hohe Schmelzviskosität aufweisen und daher schwierig in einem geschmolzenen Zustand zu formen sind, sind Polyethylen mit extrem hohem Molekulargewicht, Polyvinylchlorid, welches ein extrem hohen Polymerisationsgrad aufweist, Polytetrafluroethylen, Polyimid und ähnliche Harze zur Verwendung als Maschinenkunststoffe.
Beispiele für einfach thermisch zersetzbare Harze sind Polymilchsäure, Polyhydroxybutyrat und ähnliche biologische abbaubare Harze, Polyvinylchlorid mit einem hohen Chlorierungsgrad, Polyacrylnitril, etc.
Das bei der vorliegenden Erfindung zu verwendende inerte Gas ist nicht besonders begrenzt, insofern dass das Gas nicht mit dem Harz reagiert und das Harz nicht zersetzt oder einen nachteiligen Effekt bei diesen bewirkt. Beispiele für derartige Gase sind Kohlendioxid, Stickstoff, Argon, Neon, Helium, Sauerstoff und ähnliche anorganische Gase, Fluorchlorkohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Molekulargewicht und ähnliche organische Gase.
Unter diesen Gasen sind anorganische Gase bevorzugt, da es bei ihnen weniger wahrscheinlich ist, dass sie einen nachteiligen Effekt in der Umwelt verursachen und sie nach der Verwendung nicht gesammelt werden müssen. Kohlendioxid ist von dem Standpunkt aus besonders bevorzugt, dass das Gas sehr löslich in Harzen, welche schwierig zu formen sind, sehr effektiv beim Schmelzen der Harze und weitesgehend ohne Verursachung von Schäden in die Atmosphäre direkt abgebbar ist. Inerte Gase können einzeln verwendet werden oder zumindest zwei Arten von Gasen sind in Kombination verwendbar.
1 ist ein teilweise weg gebrochene Seitenansicht, welche eine Ausführungsform der Formeinrichtung der Erfindung zur Herstellung von geformten Artikeln aus thermoplastischem Harz zeigt.
2 ist ein teilweise weg gebrochene Seitenansicht, welche allgemein eine Spritzgussmaschine der Formeinrichtung in ihrer Gesamtheit zeigt.
3 ist ein Diagramm, welches das Konzept des Plastifizierungseffekts von thermoplastischem Harz durch inertes Gas zeigt.
4 ist eine vergrößerte Seitenansicht, welche einen Gasimprägnierbereich, wie er nicht mit einem Harz aufgefüllt und wie er mit diesem aufgefüllt ist, zeigt.
5(a) ist eine Ansicht im vertikalen Schnitt, welche eine Ausführungsform einer Form zur Verwendung in der Formeinrichtung der Erfindung für geformte Artikel aus thermoplastischem Harz zeigt, und 5(b) ist eine Ansicht derselben im Querschnitt.
Beispiele der Erfindung werden unten im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Beispiel 1
Die Zeichnungen zeigen eine Ausführungsform einer Formeinrichtung gemäß der Erfindung.
Die Formeinrichtung A ist dafür ausgelegt, um beim Spritzguss eines thermoplastischen Harzes verwendet zu werden. Wie dies in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst die Einrichtung eine Spritzgussmaschine 1 und einen Gasinjektor B, um der Maschine ein Gas zuzuführen. Die Spritzgussmaschine 1 umfasst im wesentlichen einen Zylin der 2 und eine Schraube 3, welche in dessen Inneren angeordnet ist.
Die Schraube 3 innerhalb des Zylinders 2 umfasst einen harzschmelzenden Bereich C, welcher in einem stromaufwärtigen Bereich des Zylinders angeordnet ist, um das Harz durch Rotation zu schmelzen, einen mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereich E, welcher integral mit der stromabwärtigen Seite des harzschmelzenden Bereichs C ist, um das Harz mit einem geringeren Druck als ein inertes Gas an einer Zuführsöffnung 5 zu versehen, und einem Gasimprägnierbereich D, welcher integral mit der stromabwärtigen Seite des mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereichs E ist, um das inerte Gas zuzuführen und das geschmolzene Harz mit dem inerten Gas zu imprägnieren.
Der harzschmelzende Bereich C umfasst einen Feststofftransportteil 21, welcher in einer stromaufwärtigen Position angeordnet ist und einen kleinen Schraubenschaftdurchmesser aufweist, einen Kompressionsschmelzteil 22, welcher integral mit der stromabwärtigen Seite des Feststofftransportteils 21 ist und einen Schraubenschaftdurchmesser aufweist, welcher graduell stromabwärts zunimmt, und einen Transportteil 23 für geschmolzenes Harz, welcher integral mit der stromabwärtigen Seite des Kompressionsschmelzteil 22 ist und einen großen Schraubenschaftdurchmesser aufweist.
Der mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllte Bereich E ist ein Bereich, welcher einen Raum aufweist, der von dem Schraubengang 9, dem Zylinder 2 und dem Schaft der Schraube 3 gebildet wird und vergrößert wird, indem der Schaftdurchmesser der Schraube 3 graduell oder schrittweise kleiner als der Schraubenschaftdurchmesser an dem stromabwärtigen Ende des harzschmelzenden Bereiches C gemacht wird. Das geschmolzene Harz, welches von dem Raum innerhalb des Zylinders um den harzschmelzenden Bereich C herum zu dem Zylinderraum um den mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereich E transportiert wird, ist in einem Zustand, bei dem es diesen Raum um den Bereich E hierherum nicht ausfüllt, mit dem Ergebnis, dass das Harz in diesem Zylinderraum um den Bereich E herum mit einem geringeren Druck als das Gas an der Gaszuführöffnung 5 versehen wird. Der mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllte Bereich E erstreckt sich über den mit L₄ in der 2 bezeichneten Bereich, d.h. von dem stromabwärtigen Ende des harzschmelzenden Bereichs C zu einer Position (dem stromaufwärtigen Ende des Gasimprägnierbereichs D) stromabwärts hiervon, wo der Raum, welcher von den Schraubengang 9, dem Zylinder 2 und dem Schaft der Schraube 3 definiert wird am größten, ist.
Der Gasimprägnierbereich D umfasst einen konischen Teil 24, welcher graduell im Schraubenschaftdurchmesser von dem stromabwärtigen Ende des mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereichs E zunimmt, und einen durchgehenden Zylinderteil 25, welcher stromabwärts von diesem Teil an geordnet ist und einen konstanten Schraubenschaftdurchmesser aufweist. Wie dies in der 2 gezeigt ist, ist die Gaszuführöffnung 5 in der Schaftoberfläche der Schraube 3 an dem stromaufwärtigen Ende des durchgehenden Zylinderteils 25 des Gasimprägnierbereichs D ausgebildet.
Das geschmolzene Harz, welches von dem harzschmelzenden Bereich C (wo der Raum, welcher von dem Schraubengang 9, dem Zylinder 2 und dem Schraubenschaft gebildet wird am kleinsten ist) in den mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereich E (wo der Raum am größten ist) abgegeben wird, wird in den konischen Teil 24, wo der Raum, welcher von dem Schraubengang 9, dem Zylinder 2 und dem Schaft der Schraube 3 gebildet wird, kleiner als in dem nicht aufgefüllten Bereich E ist, und dann in den durchgehenden Zylinderbereich 25, wo der Raum größer als in dem harzschmelzenden Bereich C ist, abgegeben. Demzufolge weist das geschmolzene Harz in dem Gasimprägnierbereich D, wie in der 4 gezeigt, zwei Zustände auf, d.h. einen nicht aufgefüllten Zustand in dem konischen Teil 24 und in dem stromaufwärtigen Bereich des durchgehenden Zylinderteils 25 und einen aufgefüllten Zustand in dem stromabwärtigen Bereich des durchgehenden Zylinderteils 25. Das geschmolzene Harz wird dazu veranlasst zwei Zustände aufzuweisen, um eine stabile Zufuhr des Gases in das geschmolzene Harz in dem nicht aufgefüllten Zustand zu realisieren und eine Abgabe des Gases aufgrund eines Entweichens in die Düse durch das geschmolzene Harz in dem aufgefüllten Zustand zu verhindern.
Dichtungsringe 26, 27 werden bereitgestellt, um jeweils das stromabwärtige Ende des harzschmelzenden Bereichs C und das stromabwärtige Ende des Gasimprägnierbereichs D abzudichten. Das Gas wird durch den Dichtungsring 26 und das geschmolzene Harz um den geschmolzenen Harz Transportteil 23 herum daran gehindert stromabwärts zu entweichen, und das stromabwärtige Entweichen des Gases wird durch das geschmolzene Harz in dem aufgefüllten Zustand um den Gasimprägnierbereich D und durch den Dichtungsring 27 verhindert.
Die Schraube 3 wird durch einen Antriebsmotor 13 gedreht und vorgeschoben oder zurückgezogen. Wie dies in der 2 gezeigt ist, hat der Schraubengang 9 der Schraube 3 einen größeren Abstand auf dem Gasimprägnierbereich D als auf dem harzschmelzenden Bereich C. Da die Schraube 3 derart ausgebildet ist, kann das geschmolzene Harz von dem Gasimprägnierbereich mit der ungefähr 1,2- fachen Menge zugeführt werden, d.h. der Zuführrate durch den harzschmelzenden Bereich C. In diesem Fall, wo die Zuführrate des geschmolzenen Harzes einstellbar ist indem der Gegendruck und die Rotationsgeschwindigkeit der Schraube variiert wird, muss der Abstand nicht immer geändert werden.
Die Schraube 3 weist einen Gaseinlasskanal 11, welcher in ihrem stromaufwärtigen Ende ausgebildet ist, und einen Gaszuführkanal 6 auf, welcher sich durch die Schraube längs zu dieser erstreckt und mit dem Einlasskanal 11 kommuniziert. Die Gaszuführöffnung 5, welche in der Schraubenoberfläche des Gasimprägnierbereichs D ausgebildet ist, kommuniziert mit dem Gaseinlasskanal 11 durch den Gaszuführkanal 6. Der Gaszuführkanal 6 ist mit einem Rückschlagventil 7 versehen, welches nahe zu der Gaszuführöffnung 5 angeordnet ist und dafür vorgesehen ist geschmolzenes Harz daran zu hindern in den Gaszuführkanal 6 von der Zuführöffnung 5 aus einzudringen. Der Gasinjektor B ist mit dem Gaseinlasskanal 11 durch ein Gaseinlassrohr 16 verbunden. Das Rohr 16 ist mit einer Dichtungsbox 12 verbunden, welche den Gaseinlasskanal 11 abdeckt. Der geschlossene Raum innerhalb der Dichtungsbox 12 ist in Kommunikation mit dem Einlasskanal 11.
An dem stromaufwärtigen Ende des durchgehenden Zylinderteils 25 des Gasimprägnierbereichs D weist der Gaszuführkanal 6 ein Gasauslassende auf, welches zwischen benachbarten Schraubengangbereichen 9 und nah zu dem stromabwärtigen Schraubengangbereich angeordnet ist. Eine Stiftdüse 10, welche von der Schaftoberfläche der Schraube 3 vorragt, ist mit dem Auslassende verbunden. Die so bereitgestellte Gaszuführöffnung 5 ist in der Form einer Hülle ausgebildet, welche von der Schaftoberfläche der Schraube 3 an dem stromaufwärtigen Ende des durchgehenden Zylinderteils 25 des Gasimprägnierbereichs D vorragt. Die Gaszuführöffnung 5 weist einen Innendurchmesser von ungefähr 1,5 mm auf.
Das Harzmaterial wird von einem Trichter 17 dem Zylinder 2 der Spritzgusseinrichtung A mit der dargestellten Konstruktion durch einen Vorschubeinlass 15 zugeführt und in Richtung des vorderen Ende des Zylinders 2 abgegeben, während es durch die Rotation der Schraube 3 geschmolzen und geknetet wird. Das geschmolzene und geknetete Harz wird in einen Druckentspannungsbereich abgeben, d.h. den Gasimprägnierbereich D.
Auf der anderen Seite tritt Kohlendioxid, welches aus dem Gasinjektor B ausströmt, in die Dichtungsbox 12 über das Einlassrohr 16 ein und erreicht die Gaszuführöffnung 5, welche einer Hülle ähnelt, über den Gaseinlasskanal 11, den Gaszuführkanal 6 und das Rückschlagventil 7. Das Gas wird aus der Öffnung 5 dem Inneren des Zylinders an dem stromaufwärtigen Ende des Gasimprägnierbereichs D zugeführt. Demzufolge wird das geschmolzene Harz, welches stromabwärts durch den Imprägnierbereich D abgegeben wird, mit dem Gas imprägniert. Da die Gaszuführöffnung 5 in der Form einer Hülle, welche von der Schaftoberfläche der Schraube 3 vorragt, ausgebildet ist, ist es unwahrscheinlich, dass die Öffnung 5 von dem geschmolzenen Harz bedeckt wird. Aufgrund der Bereitstellung des mit geschmolzenen Harz nicht aufgefüllten Bereichs E weist das geschmolzene Harz in dem nicht aufgefüllten Zustand einen geringeren Druck als das Gas an der Gaszuführöffnung 5 auf, so dass nicht die Wahrscheinlichkeit besteht, dass geschmolzenes Harz die Gaszufuhr stört, wodurch ermög licht wird das geschmolzene Harz mit dem Gas bei einen relativ niedrigem Druck zu imprägnieren.
Bei dem kontinuierlichen Transport des geschmolzenen Harzes zu dem vorderen Ende des Zylinders 2 wird die Schraube 3 in Übereinstimmung mit der Zuführrate des Harzes graduell zurückgezogen, und ein Messbereich an dem vorderen Ende des Zylinders 2 misst eine festgelegte Menge von geschmolzenem Harz.
Das so gemessene gasimprägnierte geschmolzene Harz wird in eine Spritzgussform aus einer Düse 4 an dem vorderen Ende der Spritzgussmaschine 1 abgeben, um einen expansionsgeformten Artikel zu erhalten.
Wie es in der 5 gezeigt ist, umfasst die Spritzgussform 30 beispielsweise ein stationäres Formelement 31 und ein bewegliches Formelement 32 und weist einen Hohlraum 33 in der Form einer Scheibe, einen konischen Düsenanschlag 34, welcher sich von dem Hohlraum 33 in der Richtung der Reflektion erstreckt, und einen Anguss 35 auf, welcher an dem vorderen Ende des Düsenanschlags 34 bereitgestellt ist, um mit der Injektionsdüse 4 verbunden zu werden.
Das mit der so konstruierten Spritzgusseinrichtung A durchzuführende Formungsverfahren ist dafür ausgelegt ein geschmolzenes Harz mit einem Gas in einer kurzen Zeitperiode einheitlich zu imprägnieren, wodurch ein expansi onsgeformter Körper bereitgestellt wird, welcher eine homogene Qualität und feine Zellen bei hoher Produktivität aufweist.
Beispielsweise haben die Bereiche oder Teile der Komponenten die folgenden Ausmaße. Die Schraube hat einen Schaftdurchmesser von 60 mm und einen Schraubengangabstand von 60 mm. Unter der Annahme, dass der Zylinderdurchmesser D ist, ist die Länge L₁ des Feststofftransportteils 8D, die Länge L₂ des Kompressionsschmelzteils 4D, die Länge L₃ des Transportteils für geschmolzenes Harz (2D), die Länge L₄ des mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereichs 1D, die Länge L₅ des Gasimprägnierbereichs 7D und die Länge L₆ des konischen Teils 1D. Das verwendete thermoplastische Harz war ein Polypropylen, welches von der Nippon Polychem CO., Ltd. (Grad: Novatic PPMA 2) hergestellt wird, und das verwendete inerte Gas war Kohlendioxid. Von dem Endmessbereich wurde eine Menge gemessen, die ½ der Kapazität des Hohlraums 33, welcher in der 5 gezeigt ist und der eine Dicke von 6 mm und einen Durchmesser von 200 mm hat, entsprach.
Leistungsauswertungstest
Die Einrichtung wurde mit einem Gas mit dem Gasdruck der Gaszuführöffnung 5 gereinigt, um den Trichter 17 und die Düse 4 auf eine Gasabgabe und auf ein Gasleck hin zu überprüfen. Das thermoplastische Harz, zu welchem Kohlendioxid hinzugefügt war, wurde in den Hohlraum 33 durch den Düsenanschlag 34 eingefüllt, für 120 Sekunden gekühlt und danach wurde die Form 30 geöffnet, um das Harz hieraus herauszunehmen. Der erhaltene expansionsgeformte Artikel aus thermoplastischem Harz wurde zur Auswertung auf den Zustand der Expansion untersucht. Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Auswertung.
Beispiel 2
Das selbe Verfahren wie bei dem Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme durchgeführt, das ABS, welches von der Denki kakuku kogyo (Grad: Denka ABS CL 30 1 Q) hergestellt wurde, als das thermoplastische Harz verwendet wurde, woran sich die Auswertung in der selben Weise wie oben beschrieben anschloss.
Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Auswertung.
Beispiel 3
Das selbe Verfahren wie bei dem Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme durchgeführt, dass ein Polyethylen, welches von der Nippon Polychen CO., Ltd. (Grad: Novatic HDHJ 381) hergestellt wurde, als das thermoplastische Harz verwendet wurde, woran sich die Auswertung in der selben Weise wie oben beschrieben, anschloss. Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Ausweichung.

Das selbe Verfahren wie bei dem Beispiel 1 wurde durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die Konstruktion der Schraube, wie dies unten beschrieben wird, modifiziert wurde. Bei unverändertem Schraubenschaftdurchmesser wurden die Schraubenbereiche und -teile mit den folgenden Längen versehen: Länge L₁ ist Feststofftransportteils = 8D, Länge L₂ des Kompressionsschmelzteils = 5D, Länge L₃ des geschmolzenes Harz Transportteils = 3D, Länge L₄ des mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereichs = 1D, Länge L₅ des Gasimprägnierbereichs = 5D und Länge L₆ des konischen Teils = 2,5D. Die Auswertung erfolgt in der selben Weise wie bei dem Beispiel 1. Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Auswertung. Tabelle 1 Ergebnisse der Leistungsauswertungstests

Harz	Gegenstand	Ergebnis der Evaluation
	Gasleck	keine Gasabgabe von dem Trichter und der Düse
Bsp. 1 PP (Novatic PPMA2)
	Zustand der Expansion	Verhältnis zweifach, gute Expansion, einheitliche Zellengröße
	Gasleck	keine Gasabgabe von dem Trichter und der Düse
Bsp. 2 ABS (Denka ABS CL301Q)
	Zustand der Expansion	Verhältnis zweifach, gute Expansion, einheitliche Zellengröße
	Gasleck	keine Gasabgabe von dem Trichter und der Düse
Bsp. 3 PE (Novatic HDHJ381)
	Zustand der Expansion	Verhältnis zweifach, gute Expansion, einheitliche Zellengröße
	Gasleck	keine Gasabgabe von dem Trichter und der Düse
Bsp. 4 PP (Novatic PPMA2)
	Zustand der Expansion	Verhältnis zweifach, gute Expansion, einheitliche Zellengröße
PP: Polypropylen		PE: Polyethylen

Wie dies aus der Tabelle 1 hervorgeht, war es bei allen Beispielen 1, 2, 3 und 4 möglich geschmolzene mit Kohlendioxid imprägnierte Harze herzustellen, ohne dass ein Gasleck zu den Harzzuführtrichter und der Injektionsdüse auftrat, und aus dem gasimprägnierten Harzen expansionsgeformte Artikel aus thermoplastischem Harz herzustellen, welche einen zufriedenstellenden Zustand der Expansion (frei von Lücken oder Hohlräumen) und eine einheitliche Zellgröße aufwiesen.
Die Formeinrichtung der Erfindung zur Herstellung geformter Artikel aus thermoplastischem Harz verwendet eine Schraube, welche eine Gesamtlänge aufweist, welche die Verwendung von existierenden Formmaschinenzylindern wie sie sind, erlaubt, und die geeignet ist bei geringen Kosten den Gasimprägnierschritt des Imprägnierens eines geschmolzenen Harzes mit einem Gas, welches diesem kontinuierlich mit einem relativ niedrigen Druck bei guter Stabilität zugeführt wird, zu realisieren, um geformte thermoplastische Harzartikel durch physikalische Expansion herzustellen.

Claims

Eine Einrichtung (A) zur Verwendung bei der Durchführung eines Formverfahrens zur Herstellung geformter Artikel aus thermoplastischem Harz, welches den Gasimprägnierschritt, bei dem Kohlendioxidgas aus einer Gaszuführöffnung (10) einem thermoplastischen Harz zugeführt wird, welches durch die Rotation einer Schraube (3) innerhalb eines Zylinders (2) der Formmaschine aufgeschmolzen wird, um das geschmolzene Harz mit Kohlendioxidgas zu imprägnieren, und den Formschritt, bei dem ein expansionsgeformt Artikel aus dem gasimprägnierten geschmolzenen Harz erhalten wird, umfasst, wobei die Schraube (3) zur Verwendung bei dem Gasimprägnierschritt umfasst einen harzschmelzenden Bereich (C), welcher in einer stromaufwärtigen Position angeordnet ist, um das Harz zu schmelzen, einen mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereich (E), welcher integral mit einer strömabwärtigen Seite des harzschmelzenden Bereiches (C) ist, um das Harz mit einem geringeren Druck als das Kohlendioxidgas an der Gaszuführöffnung (10) zu versehen, einen Gasimprägnierbereich (D), welcher integral mit einer stromabwärtigen Seite des mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereichs (E) ist, um Kohlendioxidgas zuzuführen und das geschmolzene Harz mit dem Kohlendioxidgas zu imprägnieren, einen Gaseinlasskanal (11), welcher in einem stromaufwärtigen Ende von ihr ausgebildet ist, und einen Gaszuführkanal (6), welcher mit dem Gaseinlasskanal (11) kommuniziert und sich durch die Schraube (3) längs zu dieser erstreckt, und welcher an dem stromaufwärtigen Ende des durchgehenden Zylinderteils (25) des Gasimprägnierbereichs (D) ein Gasauslassende aufweist, das zwischen benachbarten Schraubengangbereichen (9) und nah zu dem stromabwärtigen Schraubengangbereich angeordnet ist, und wobei der harzschmelzende Bereich der Schraube (3) umfasst einen Feststofftransportteil (21), welcher in einer stromaufwärtigen Position angeordnet ist und einen kleinen Schraubenschaftdurchmesser aufweist, einen Kompressionsschmelzteil (22), welcher integral mit einer stromabwärtigen Seite eines Pulvertransportteils ist und einen Schraubenschaftdurchmesser aufweist, der graduell stromabwärts zunimmt, und einen Transportteil (23) für geschmolzenes Harz, welcher integral mit einer stromabwärtigen Seite des Kompressionsschmelzteils (22) ist und einen großen Schraubenschaftdurchmesser aufweist, und wobei der Gasimprägnierbereich (D) umfasst einen konischen Teil (24), welcher graduell im Schraubenschaftdurchmesser von einem stromabwärtigen Ende des mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereichs (E) zunimmt, und einen durchgehenden Zylinderteil (25), welcher stromabwärts zu dem konischen Teil (24) angeordnet ist und einen konstanten Schraubenschaftdurchmesser aufweist dadurch gekennzeichnet, dass der Gaszuführkanal (6) mit einem Rückschlagventil (7) versehen ist, und die Längen der Schraubenteile und -bereiche die folgenden Beziehungen zu dem Zylinderdurchmesser (D) haben: Länge L₁ des Feststofftransportteils (21) = 5D – 8D, Länge L₂ des Kompressionsschmelzteils (22) = 3D – 4D, Länge L₃ des geschmolzenes Harz Transportteils (23) = 1D – 2D, Länge L₄ des mit geschmolzenem Harz nicht aufgefüllten Bereich (C) = 0,1D – 2D, und Länge L₅ des Gasimprägnierbereichs (D) = 4D – 10D.
Eine Einrichtung (A) gemäß Anspruch 1, wobei die Länge L₆ des konischen Teils (24) die Beziehung von L₆ = 0,5D – 3D zu dem Zylinderdurchmesser (D) hat.