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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines
In-Mold-beschichteten
thermoplastischen Werkstücks.
Insbesondere betrifft das Verfahren die Schritte des Bildens eines
Substrats durch Spritzgießen
eines thermoplastischen polymeren Materials und des anschließenden Einspritzens
eines Beschichtungsmaterials in die geschlossene, bei einem konstanten
Klemmdruck gehaltene Form, die das Substrat enthält, sobald die Temperatur des
Substrats unter dessen Schmelzpunkt sinkt, um wenigstens einen Teil von
einer der Oberflächen
des Substrats mit dem Beschichtungsmaterial zu beschichten. Das
Substrat und die In-Mold-Beschichtung werden mittels bekannter Spritzgießverfahren
in die Form eingebracht.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
In-Mold-Beschichtung, manchmal als IMC bezeichnet, von Kunststoffformteilen,
insbesondere von Karosserieelementen von Kraftfahrzeugen und Lastwagen,
ist ein häufig
verwendetes, industriell geeignetes Produktionsverfahren. Bislang
wurden diese kommerziell annehmbaren Gegenstände nahezu alle durch Formpressen
unter Verwendung eines Substrats aus fiberglasverstärktem Kunststoff
(FRP) hergestellt. Die am häufigsten
verwendeten Verfahren sind diejenigen, die in dem
US-Patent 4 076 788 beschrieben sind.
Die dabei allgemein verwendeten In-Mold-Beschichtungsmaterialien
sind vom Typ, der in den
US-Patenten
5 658 672 ,
5 614 581 und
5 777 053 beschrieben ist.
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Die
Teile, die mittels der oben beschriebenen Verfahren und Materialien
hergestellt wurden, waren im Allgemeinen relativ groß und relativ
flach. Grund dafür
sind zum Teil die inhärenten
Einschränkungen
beim Aufbringen einer Beschichtung auf ein formgepresstes Teil,
so dass ein Verfahren, das eigentlich ein sehr nützliches Verfahren sein könnte, auf
relativ wenige Teile beschränkt
blieb.
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Bis
vor relativ kurzem gab es keine industriell annehmbaren Spritzgießverfahren
für In-Mold-Beschichtungen.
Kürzlich
jedoch wurde von einigen der Erfindern der vorliegenden Erfindung
eine Anmeldung erarbeitet, die ein Spritzgießverfahren und eine bei dem
Verfahren verwendete In-Mold-Beschichtung beschreibt, und diese
ist vollständiger
in der anhängigen
US-Patentanmeldung mit der Seriennummer
09/614 953 beschrieben.
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Ein
weiteres In-Mold-Beschichtungsverfahren, welches das Spritzgießen betrifft,
ist in
US-Patent 6 180
043B1 beschrieben. Bei diesem In-Mold-Beschichtungsverfahren
kommen mehrstufig variierende Klemmdrücke zum Einsatz. Das Szenarium
der Druckänderungen
bei diesem Verfahren ist zeitaufwändig und verringert dementsprechend
den Durchsatz der Spritzgießmaschine,
mit der es durchgeführt
wird. In anderen Worten, der Durchsatz der Maschine, d.h. die Anzahl
der pro Zeiteinheit erzeugten Gegenstände, ist nicht maximal.
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Ein
In-Mold-Beschichtungsverfahren ist auch aus dem Dokument
US-A-5902534 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung eines thermoplastischen
Werkstücks
mit einer daran haftenden Beschichtung, umfassend die Schritte des
Einspritzens eines thermoplastischen Materials, wie z.B. eines Polyolefins,
das über
seinen Schmelzpunkt hinaus erwärmt
wurde, mittels eines Fülldrucks in
eine geschlossene Form, die unter einem konstanten Klemmdruck gehalten
wird, bis die Form im Wesentlichen voll ist; des vollständigen Befüllens der
Form mit dem Material unter Verwendung eines Packdrucks, um ein
Werkstück
zu bilden; des Haltens des thermoplastischen Materials, während es
abkühlt,
unter einem Formdruck; des Einspritzens einer Beschichtungszusammensetzung
in die geschlossene Form unmittelbar nachdem sich das Werkstück auf seine
Schmelztemperatur, oder, wie es manchmal bezeichnet wird, auf seinen Schmelzpunkt,
abgekühlt
hat, um mit wenigstens einem Teil einer Oberfläche des Werkstücks in Kontakt
zu kommen. Nach dem wenigstens teilweise Härten der Beschichtungszusammensetzung
wird die Form geöffnet und
das Werkstück
entnommen.
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Entwickelt
wurde ein Verfahren zur Herstellung von Substraten aus einem Thermoplast
mit darauf befindlichen In-Mold-Beschichtungen. Durch Anwendung
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann erfolgreich die In-Mold-Beschichtung
eines Substrats oder Werkstücks
erfolgen, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein gutes Fließverhalten
und eine gute Bedeckung während
des Spritzgießens,
ein gute Haftung, eine einheitliche Färbung, eine gute Oberflächenqualität und, falls
notwendig, eine gute Lackierbarkeit besitzt.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Spritzgießverfahren
zur Verfügung
zu stellen, durch das Substrate mit In-Mold-Zusammensetzungen beschichtet
werden können,
um fertige Werkstücke
zu bilden, die sich zur Verwendung als solche in Endnut zeranwendungen
eignen oder die einer minimalen Oberflächen-Nachbehandlung bedürfen.
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Ein
weiteres Ziel ist es, die Durchsatzleistung der teuren Spritzgießapparatur
zu maximieren.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Zeit und Kosten
für die
Vorbehandlung eines Werkstücks,
damit dieses Lack oder eine andere Beschichtung darauf annimmt,
zu eliminieren.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Werkstücks
mit einer darauf befindlichen In-Mold-Beschichtung mit annehmbarem
Erscheinungsbild, welche lackähnliche
Eigenschaften besitzt, wie z.B. hohen Glanz, hohe Härte, eine
gute Haftung und eine gute Witterungsbeständigkeit.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Werkstücks
mit einer darauf befindlichen In-Mold-Beschichtung, welche während des
Spritzgießens
gute Fließeigenschaften
und eine gute Bedeckung aufweist und eine gute Haftung, eine einheitliche
Färbung,
gute Alterungsbeständigkeit,
gute Witterungsbeständigkeit,
gute Oberflächenqualitäten und
eine gute Lackierbarkeit besitzt.
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Die
Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 definiert.
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SPRITZGIEßEN
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Das
Spritzgießen
ist ein gut bekanntes und vermutlich das am häufigsten verwendete Verfahren
zur Erzeugung von Kunststoffteilen. Bei einem typischen Verfahren
wird Kunststoffmaterial in Pellet-, Granulat- oder Pulverform aus
einem Trichter in einen Heizzylinder gegeben. Dort wird es erweicht,
indem es üblicherweise
von einer Förderschnecke
durch den Heizzylinder gedrückt
wird. Der erweichte Kunststoff wird dann in eine geschlossene Form
gespritzt, wobei die Förderschnecke
meist als Kolben verwendet wird. Der Druck auf der Form und auf
dem Kunststoff wird aufrechterhalten, bis der Kunststoff einen Zustand
einnimmt, bei dem er ohne Verformung aus der Form genommen werden
kann.
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Die
Form, in die der Kunststoff gespritzt wird, besteht aus zwei Teilen;
einer ist stationär
und der andere ist beweglich. Die Formhöhlung hat im Allgemeinen eine
erste Oberfläche
auf der ersten Formhälfte,
auf der eine später
sichtbare oder fertige Oberfläche
des spritzgegossenen Gegenstandes ausgebildet werden wird, und eine
entsprechende oder gegenüber
liegende zweite Oberfläche
auf der zweiten Formhälfte.
Die Form wird üblicherweise
in einer vorgegebenen Zeitfolge entweder mechanisch oder hydraulisch
geöffnet
und geschlossen. Die stationäre
Hälfte
beherbergt normalerweise den Hohlraumbereich der Form und wird auf
der stationären
Platte in Kontakt mit dem Einspritzbereich des Zylinders der Spritzgießmaschine
montiert. Die bewegliche Formhälfte
enthält üblicherweise
den Kern und den Auswurfmechanismus. Das Einspritzen des Kunststoffmaterials
erfolgt unter Druck, wenn die Form sich in geschlossener Position
befindet. Der Klemmdruck, d.h. der Druck, der angelegt wird, um
die Form während
des Einspritzens des Kunststoffs geschlossen zu halten, muss größer sein
als der zum Einspritzen des Kunststoffs verwendete Druck.
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Spritzgießmaschinen
werden oft nach der maximalen Anzahl von Unzen gleichmäßig erwärmten Kunststoffs,
die mit einem kompletten Hub des Einspritzkolbens in die Form gespritzt
werden können,
klassifiziert. Die Einspritzmengen reichen typischerweise von etwa
10 bis 260 Unzen (0,28-7,37 kg), können jedoch auch kleiner oder
größer sein.
Ein weiteres Verfahren zur Messung des Leistungsvermögens der
Maschine ist die zur Verfügung
stehende Klemmkraft, üblicherweise
in Tonnen, um die Form während
der Hochdruck-Einspritzung geschlossen zu halten. Übliche Spritzgießdrücke reichen
von 10000 bis 30000 psi (68,9-206,8 MPa).
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Die
meisten Spritzgießmaschinen
sind vom Horizontal-Typ, manche sind jedoch vom Vertikal-Typ. Eine
weitere Maschinenvariante ist eine so genannte zweistufige Einspritzeinheit.
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Eine
weitere essentielle Komponente der Maschine ist die Klemmvorrichtung
(Formschließeinheit), welche
die Form öffnet
und schließt
und das fertige Teil auswirft und ferner verhindert, dass die Form
sich während
des Druckaufbaus, der durch das Einspritzen des zu formenden Materials
in die Formhöhlung
entsteht, öffnet.
Die heute verwendeten Formschließeinheiten können entweder
mechanisch, hydraulisch oder hydromechanisch sein. Der am meisten
verwendete Typ ist eine Kniehebel-Formschließeinheit. Bei dieser Anordnung
werden vor dem Einspritzen mechanische Verbindungsglieder in der
Formschließeinheit
gelöst
oder gelockert und die Form geöffnet.
Anschließend
wird Druck angelegt, so dass die Verbindungsglieder sich ausdehnen
müssen
und dann die Form schließen,
und in ihrer stärksten
Ausdehnung befinden sich die Verbindungsglieder in einer derartigen
Position, dass reiner mechanischer Druck die Form geschlossen hält. Hydroelektrische
Formschließeinheiten
und hydromechanische Formschließeinheiten
können
ebenfalls verwendet werden.
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Die
Durchführung
der Erfindung kann durch Verwendung irgendwelcher der verschiedenen
Arten von Spritzgießmaschinen
erfolgen, vorausgesetzt, dass Vorkehrungen zur Einspritzung der
In-Mold-Beschichtung getroffen werden.
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Die
Ausführung
dieser Erfindung erfordert das Aufbringen eines zweiten polymeren
Materials, allgemein als In-Mold-Beschichtung (IMC) bezeichnet,
auf wenigstens einen Teil des Substrats, das wie oben beschrieben
spritzgegossen wurde. Die zum Aufbringen dieses Materials benötigte zusätzliche
Apparatur ist eine zweite Einspritzeinrichtung, deren IMC-Einspritzdüse sich
vorzugsweise innerhalb der Werkzeug-Trennfuge und an einer von beiden
Formhälften
und vorzugsweise an der Formhälfte
gegenüber
den Auswurfsystemen und den Thermoplast-Einspritzangüssen oder
-anbindungen befindet. Die Formhöhlung
enthält
auch getrennte Öffnungen,
so dass die Einspritzeinrichtungen für die erste und die zweite
Zusammensetzung ihr Spritzgut in die Form spritzen können. Die
Einspritzeinrichtung kann sich in der beweglichen Formhälfte oder
in der stationären
Formhälfte
befinden. Die IMC wird direkt durch eine Düse in die Formhöhlung und
auf eine Oberfläche des
Substrats gespritzt. In manchen Fällen kann aufgrund der Komplexität des Substrats
mehr als eine Düse erforderlich
sein, um entweder das Substratpolymer oder die IMC oder beide einzuspritzen.
Während
des gesamten Spritzgießvorgangs
ist es essentiell, dass die Form in einer fest verschlossenen, d.h.
verriegelten Position bleibt, so dass kein Austritt von Substrat
oder IMC stattfinden kann.
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Eine
genaue Kontrolle der Verfahrensvariablen ist für ein erfolgreiches Spritzgießen essentiell.
Durch Maschinensteuerelemente werden Funktionen wie Temperaturen,
Zeiten, Geschwindigkeit, Hydraulik- und Schmelzdrücke und
Komponentenpositionen genau geregelt. Dies geschieht üblicherweise
durch Mikroprozessoren und Mikrocomputer, die eine Integration der
verschiedenen Maschinenfunktion ermöglichen, was etwas detaillierter
nachstehend erörtert
werden wird, und durch eine einzelne Systemsteuerungs- und -überwachungseinrichtung,
die sämtliche
Operationen der Formschließeinheit,
der Einspritzeinheit, des Einspritzmechanismus sowie von einigen
der zusätzlichen
Apparaturen steuert.
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Wie
es nachstehend genauer beschrieben ist, kann das Spritzgießen mit
im Wesentlichen allen thermoplastischen Harzen durchgeführt werden.
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IMC
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet In-Mold-Beschichtungen,
von denen viele im Handel erhältlich
sind. Solche Beschichtungen sind u.a. GlenGlaze® und
Stylecoat®,
In-Mold-Beschichtungen mit annehmbarem Erscheinungsbild, die von
Omnova Solutions Inc. erhältlich
sind, sowie andere. Diese und andere Beschichtungen sind im Stand
der Technik gut bekannt. Der Hauptvorteil von Acrylbeschichtungen
ist der hohe Grad an Beständigkeit
gegenüber
Hitze und Photooxidation und gegenüber der Hydrolyse, so dass Beschichtungen
erhalten werden, die eine hervorragende Farbbeständigkeit, Versprödungsbeständigkeit
und Haltbarkeit im Außenbereich
besitzen. Acrylharze mit niedrigem Molekulargewicht, die eine mittlere
Funktionalität
von zwei bis drei besitzen und die wenige Moleküle enthalten, die nichtfunktionell
oder nur monofunktionell sind, eignen sich bei der vorliegenden
Erfindung.
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Auch
Epoxidharze sind bei der vorliegenden Erfindung geeignet. Eine Hauptverwendung
von Epoxidharzen ist als eine Komponente in Zwei-Komponenten-Primerbeschichtungen.
Eine Komponente enthält
das Epoxidharz, und die andere Komponente enthält ein polyfunktionelles Amin.
Aminterminierte Polyamide, die gelegentlich Amidoamine genannt werden,
werden häufig
verwendet. Ein bevorzugtes Epoxidharz ist ein Oligomer auf Epoxidbasis
mit wenigstens zwei Acrylatgruppen und wenigstens einem copolymerisierbaren
ethylenisch ungesättigten
Monomer und wenigstens einer copolymerisierbaren monoethylenisch
ungesättigten Verbindung
mit einer -CO-Gruppe und einer -NH2-, NH-
und/oder -OH-Gruppe.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung von anderen Harzbeschichtungen,
wie z.B. Alkyden, Polyestern, Urethansystemen, Aminoharzen, Phenolharzen
und Silikonharzen. Siehe z.B. Kirk Othmer, Encyclopedia of Chemical
Technology, Band 6 (4. Aufl. 1993) auf S. 676-690.
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In-Mold-Beschichtungen,
die fünf
Komponenten enthalten, nämlich
- 1) ein gesättigtes
aliphatisches Polyester-Zwischenprodukt-Urethan,
- 2) einen aliphatischen Polyether,
- 3) einen Teil aus aliphatischem oder cycloaliphatischem (Meth)acrylat,
- 4) Hydroxyalkyl(meth)acrylate,
- 5) vinylsubstituierte Aromate,
erwiesen sich als in
der Praxis dieser Erfindung besonders geeignet. In der Praxis der
Erfindung geeignete In-Mold-Beschichtungszusammensetzungen werden
wie folgt hergestellt. Das Polyesterurethanacrylat wird mit den
vinylsubstituierten aromatischen Monomeren, wie z.B. Styrol, den
gesättigten
aliphatischen oder cycloaliphatischen (Meth)acrylaten, wie z.B.
Isobornylacrylat, und dem Hydroxyalkylmethacrylat, wie z.B. Hydroxypropylmethacrylat,
vermischt. Nach dem Vermischen dieser Verbindungen werden Füllstoffe
und Additive, wie z.B. Härtungsinhibitoren,
Lichtstabilisatoren, Gleitmittel usw., zugegeben und vermischt.
Am Ende wird der Radikale erzeugende Starter zugegeben. Der Polyacrylatester
eines Polyols kann in dem Polyesterurethanacrylat vom Zulieferer
enthalten sein. Diese In-Mold-Beschichtungszusammensetzung ist nach
dem Aushärten klar.
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Jede
der für
die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Beschichtungen
kann gefärbt
werden, indem ein Pigment, ein Farbmittel usw. in einer erwünschten
oder wirksamen Menge verwendet wird, um eine(n) erwünschte(n)
Färbung,
Farbton, Farbschattierung oder Opazität zu ergeben. Pigmente, Pigmentdispersionen,
Farbmittel usw. sind im Stand der Technik gut bekannt und sind u.a.
zum Beispiel Graphit, Titandioxid, Ruß, Phthalocyaninblau, Phthalocyaninrot,
Chrom- und Eisenoxide, Aluminium oder andere Metallblättchen und
dergleichen.
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Wenn
eine In-Mold-Beschichtung mit einer speziellen Farbe erwünscht ist,
können
ein oder mehrere Pigmente, Farbmittel usw. in geeigneten Mengen
verwendet werden. Wie im Stand der Technik bekannt, werden oftmals
verschiedene Pigmente oder Farbmittel mit einem Träger, zum
Beispiel einem Polyester, zugegeben, so dass sie leicht vermischt
werden können.
Jedes beliebige geeignete Mischgefäß kann verwendet werden, und
die verschiedenen Komponenten und Additive werden vermengt, bis
die Verbindungen vermischt sind. Selbst wenn in der Mischung keine
Pigmente enthalten sind, ist die Mischung zu diesem Zeitpunkt nicht klar.
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Alle
oben beschriebenen In-Mold-Beschichtungszusammensetzungen, die bei
der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, können andere Additive und Füllstoffe
usw. in im Stand der Technik bekannten Mengen enthalten. Zum Beispiel
können
auch verschiedene Härtungsinhibitoren,
wie z.B. Benzochinon, Hydrochinon, Methoxyhydrochinon, p-t-Butylcatechol
und dergleichen, verwendet werden. Andere Additive können einen
Beschleuniger, wie z.B. Cobaltoctoat, umfassen. Andere Klasse von
Beschleunigern sind u.a. Zink oder andere Metallcarboxylate. Verschiedene
Lichtstabilisatoren können
ebenfalls verwendet werden, zum Beispiel die verschiedenen gehinderten
Amine (HALS), substituierte Benzophenone und substituierte Benztriazole
und dergleichen. Im Allgemeinen werden Schmiermittel und Formtrennmittel
eingesetzt, wobei spezielle Beispiele u.a. verschiedene Metallstearate,
wie z.B. Zinkstearat oder Calciumstearat, oder Phosphonsäureester
sind. Verstärkende
Füllstoffe,
wie z.B. Talk, können
verwendet werden. Andere Additive sind u.a. Härter, Thixotropiermittel, wie
z.B. Silica, und Haftmittel, wie z.B. Polyvinylacetat.
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Einige
der von der vorliegenden Erfindung vorgesehenen In-Mold-Beschichtungen
werden durch die Verwendung eines Radikalstarters, wie z.B. eines
Peroxids, kettenverlängert.
Beispiele für
geeignete Radikalstarter sind u.a. tert.-Butylperbenzoat, tert.-Butylperoctoat in
Diallylphthalat, Diacetylperoxid in Dimethylphthalat, Dibenzoylperoxid,
Di(p-chlorbenzoyl)peroxid in Dibutylphthalat, Di(2,4-dichlorbenzoyl)peroxid
in Dibutylphthalat, Dilauroylperoxid, Methylethylketonperoxid, Cyclohexanonperoxid
in Dibu tylphthalat, 3,5-Dihydroxy-3,4-dimethyl-1,2-dioxacyclopentan,
t-Butylperoxy(2-ethylhexanoat),
Caprylylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di(benzoylperoxy)hexan, 1-Hydroxycyclohexylhydroperoxid-1,
t-Butylperoxy(2-ethylbutyrat), 2,5-Dimethyl-2,5-bis(t-butylperoxy)hexan,
Cumylhydroperoxid, Diacetylperoxid, t-Butylhydroperoxid, Di-tert.-butylperoxid,
3,5-Dihydroxy-3,5-dimethyl-1,2-oxacyclopentan und 1,1-Bis(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan und
dergleichen und Mischungen davon. Manchmal ist es wünschenswert,
Mischungen aus Startern zu verwenden, um ihre verschiedenen Zersetzungsgeschwindigkeiten
und -zeiten bei unterschiedlichen Temperaturen usw. auszunutzen.
Ein zur Verwendung bevorzugter Starter ist tert.-Butylperbenzoat.
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Azo-Starter,
die für
die nichtwässrige
Verwendung dieser Erfindung geeignet sind, sind u.a.: 2,2'-Azobis(2,4-dimethylpentannitril),
2,2'-Azobis(2-methylpropannitril),
2,2'-Azobis(2-methylbutannitril),
1,1'-Azobis(cyclohexancarbonitril),
2,2'-Azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitril),
Dimethyl-2,2'-azobisisobutyrat, 2-(Carbamoylazo)isobutyronitril,
2,2'-Azobis(2,4,4-trimethylpentan),
2-Phenylazo-2,4-dimethyl-4-methoxyvaleronitril) und 2,2'-Azobis(2-methylpropan).
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Die
Starter sollten in einer Menge verwendet werden, die ausreicht,
um jegliche Wirkung irgendwelcher verwendeter Inhibitoren zu kompensieren
und eine Härtung
der ethylenisch ungesättigten
Verbindungen herbeizuführen.
Im Allgemeinen wird der Peroxidstarter in einer Menge von bis zu
etwa 5 Gew.-% oder von etwa 0,25 bis etwa 5 Gew.-%, wünschenswerterweise
von etwa 0,5 bis etwa 2 Gew.-% und vorzugsweise von etwa 0,5 bis
etwa 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aller ethylenisch ungesättigten
Komponenten, die in den In-Mold-Beschichtungszusammensetzungen eingesetzt
werden, verwendet.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung sieht eine Reaktion der In-Mold-Beschichtungszusammensetzungen
in Gegenwart eines Starters vor. Bei dem vorliegenden Verfahren
sind die Aktivierungstemperaturen der verwendeten Starter niedriger
als die Schmelztemperatur des Substrats. Diese Starter "treten" den Radikalstarter
solange nicht los, bis die IMC in die geschlossene Form, die ein
spritzgegossenes Substrat enthält, gespritzt
wird. Zu diesem Zeitpunkt hat sich das Substrat auf eine Temperatur
unterhalb von dessen Schmelzpunkt abgekühlt.
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Es
existiert eine Beziehung zwischen der Schmelztemperatur des als
das Substrat verwendeten Thermoplasts und der Halbwertszeit des
in der In-Mold-Beschichtung verwendeten Starters. Die Halbwertszeit
des Starters bei einer bestimmten Temperatur muss derart sein, dass
sie die Reaktion der In-Mold-Beschichtung bei einer Temperatur unterhalb
der Schmelztemperatur des Substrat-Thermoplasts in Gang setzt und
die Reaktion nahezu vollständig
ablaufen lässt,
bevor das beschichtete Werkstück
aus der Form genommen wird.
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SUBSTRATE
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Die
als Substrate in der Praxis der Erfindung verwendeten Harze sind
mannigfaltig, sie müssen
jedoch thermoplastisch sein. Die einzige Bedingung ist, dass das
Substratharz in einer im Handel erhältlichen Apparatur spritzgegossen
werden kann. In der Praxis der Erfindung geeignete Harze sind u.a.
PET oder Polyethylenterephthalat, Polystyrol, PBT oder Polybutylenterephthalat
und PBT-Verbundmaterialien, Polypropylen, Polyurethan, ABS oder
Acrylonitrilbutadienstyrolcopolymer, PVC oder Polyvinylchlorid,
Polyester, Polycarbonate, PP/PS oder Polypropylen-Polystyrol-Verbundmaterialien,
Polyethylen, Nylon, Polyacetal, SAN oder Styrolacrylonitril, Acrylharze,
Celluloseharze, Polycarbonat-Verbundmaterialien und PP- oder Propylen-Verbundmaterialien.
Andere Kombinationen aus diesen Materialien können ebenfalls verwendet werden.
Die obige Liste soll nicht erschöpfend
sein, sondern lediglich als Veranschaulichung der verschiedenen
Materialien dienen, welche in der Praxis dieser Erfindung geeignet
sind.
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Nachstehend
in Tabelle 1 angegeben sind die Schmelztemperaturen (wie sie in
Plastics Digest Edition 20, Band 1, angegeben sind) einer Reihe
von Thermoplasten, die in der Praxis dieser Erfindung geeignet sind. Wenn
Mischungen verwendet werden oder wenn die Schmelztemperatur eines
speziellen Polymers nicht zur Verfügung steht, kann sie mittels
ASTM D3418 ermittelt werden. Tabelle 1 Thermoplast-Schmelztemperaturen
| Material | Schmelztemperatur |
| °F | °C |
| Polyester | 485 | 251 |
| Polystyrol | 350 | 177 |
| PBT-Copolymer | 525 | 274 |
| Polypropylen | 400 | 204 |
| TPUs
(thermoplastisches Polyurethan) | 550 | 288 |
| ABS | 450 | 232 |
| PVC | 450 | 193 |
| Polycarbonate | 545 | 285 |
| PP/PS-Verbundmaterialien | 610 | 321 |
| Polyethylen | 350 | 177 |
| Nylon | 560 | 293 |
| Polyacetal | 330 | 166 |
| SAN | 400 | 204 |
| Acrylharze | 350 | 177 |
| PC-Verbundmaterialien | 545 | 285 |
| PP-Verbundmaterialien | 400 | 254 |
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
der Spritzgießapparatur
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Querschnitt einer ein spritzgegossenes Substrat enthaltenden
Formhöhlung
und zeigt den Ort einer Einspritzeinrichtung für eine zweite Zusammensetzung
in der Spritzgießapparatur.
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3 ist
ein Querschnitt einer hypothetischen ersten oder stationären Formhälfte des
in 1 gezeigten Typs.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
typische Spritzgießapparatur,
die sich in der Praxis der vorliegenden Erfindung eignet, ist nachstehend
im Detail beschrieben. Im folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug
genommen, bei denen gleiche Ziffern gleiche oder entsprechende Teile
innerhalb der Figuren bedeuten; eine Spritzgießapparatur ist in 1 gezeigt
und wird im Allgemeinen als 10 gekennzeichnet.
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Die
Spritzgießapparatur 10 umfasst
eine erste Formhälfte 20,
die in einer stationären
oder festen Position relativ zu einer zweiten beweglichen Formhälfte 30 bleibt. 1 zeigt
die Formhälften
in einer offenen Position. Die erste Formhälfte und die zweite Formhälfte sind
so hergerichtet, dass sie durch Verschieben ineinander greifen und
eine Formhöhlung 40 bilden.
Die Formhälften
stoßen
entlang der Oberflächen 24 und 34 aneinander,
wenn die Formhälften
sich in geschlossener Stellung bilden, wobei die Trennfuge 42 erzeugt
wird.
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Die
bewegliche Formhälfte 30 bewegt
sich auf einer horizontalen Achse relativ zur ersten oder festen Formhälfte 20 durch
Einwirkung eines Formschließmechanismus 70 mit
einem Formschließantrieb 72,
wie z.B. durch einen hydraulischen oder mechanischen Antrieb, wie
er im Stand der Technik bekannt ist, hin und her. Der vom Formschließmechanismus 70 ausgeübte Klemmdruck
hat einen Betriebsdruck, der über
den während des
Spritzgießens
erzeugten Drücken
liegt.
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In 2 sind
die Formhälften 20 und 30 in
einer geschlossenen Position gezeigt, und sie enthalten ein Werkstück 35 angrenzend
oder anliegend an der Trennfuge 42. Wie veranschaulicht,
weist die Formhöhlung einen
Querschnitt auf. Die Gestalt der Formhöhlung kann in Bezug auf Größe und Form
gemäß dem zu
formenden Endprodukts stark variieren. Die Formhöhlung besitzt eine erste Oberfläche 44 auf
der ersten Formhälfte,
auf der eine später
sichtbare Oberfläche
eines Gegenstandes gebildet werden wird, und eine entsprechende
oder gegenüberliegende
zweite oder später
nicht sichtbare Oberfläche 46 auf
der zweiten Formhälfte. Die
Formhöhlung
kann auch getrennte Öffnungen
enthalten, die das Einspritzen durch mehr als eine Einspritzeinrichtung
ermöglichen.
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Wie
in 1 gezeigt, ist die Einspritzeinrichtung 50 für die erste
Zusammensetzung eine typische Spritzgießapparatur, die den Fachleuten
gut bekannt ist und die in der Lage ist, eine thermoplastische oder duroplastische
Zusammensetzung in die Formhöhlung
zu spritzen. Die Einspritzeinrichtung für die erste Zusammensetzung
ist in einer zurückgesetzten
Position gezeigt, es ist jedoch leicht zu verstehen, dass diese
in horizontaler Richtung bewegt werden kann, so dass die Düse oder
der Harzauslass 58 in die Formhälfte 20 greift und
in die Formhöhlung 40 spritzen
kann. Lediglich für
Veranschaulichungszwecke ist die Einspritzeinrichtung für die erste
Zusammensetzung in 1 eine Maschine mit Kolbenschnecke,
wobei eine erste Zusammensetzung in einen Einfülltrichter 52 gegeben
werden kann und die sich drehende Schnecke 56 die Zusammensetzung
durch den Extruder-Heizzylinder 54 führt, wo das Material über seinen
Schmelzpunkt hinaus erwärmt
wird. Wenn sich das Material am Ende des Zylinders ansammelt, dient
die Schnecke als Einspritzkolben und drückt das Extrudat durch die
Düse 58 in
die Form. Die Düse
besitzt an der Düsen-
oder Schneckenspitze im Allgemeinen ein Rückschlagventil, um einen Rückfluss
in die Schnecke zu verhindern. Die Düse kann auch Mittel zum Erwärmen oder
Abkühlen
enthalten, um die Temperatur und damit die Fließeigenschaften des Extrudats
besser steuern zu können.
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In
manchen Fällen
kann aufgrund der Größe und/oder
Komplexität
des gebildeten Teils das Extrudat von mehr als einem Ort aus in
die Form gespritzt werden. Um den Fluss des Extrudats durch diesen
Verteiler zu steuern, kann es notwendig sein, das Extrudat zu erwärmen, um
es leichter und schneller fließen
zu lassen. Diese Verteilerkanäle
können
als Heißkanäle oder
Verteilersysteme bezeichnet werden und sind detailliert in 3 gezeigt.
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Die
Einspritzeinrichtung für
die erste Zusammensetzung soll nicht auf die in 1 gezeigte
Ausführungsform
beschränkt
sein, vielmehr kann sie eine beliebige Apparatur sein, die in der
Lage ist, eine thermoplastische oder duroplastische Zusammensetzung
in die Formhöhlung
zu spritzen. Geeignete Spritzgießmaschinen sind von Cincinnati
Milacron, Battenfeld, Toshiba, Engel, Husky und anderen erhältlich.
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Beim
Betrieb wird eine vorbestimmte Menge einer ersten Zusammensetzung 80 aus
der Einspritzeinrichtung 50 für die erste Zusammensetzung
in die Formhöhlung
gespritzt, wodurch ein Substrat oder Werkstück gebildet wird.
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Das
aus der ersten Zusammensetzung in der Formhöhlung gebildete Substrat besitzt
wenigstens eine später
sichtbare Oberfläche 82 und
eine gegenüberliegende
Oberfläche 84.
Eine zweite Zusammensetzung 90, die eine In-Mold-Beschichtungszusammensetzung
ist, wird anschließend
aus der zweiten Einspritzeinrichtung 60 in die Formhöhlung gespritzt.
Mit diesem Einspritzen wird in der Praxis dieser Erfindung begonnen, nachdem
das zuvor eingespritzte Material abzukühlen begonnen hat. Diese Zeit
ist vorher festgelegt, wie es nachstehend detaillierter beschrieben
ist. Wie in 2 gezeigt, befindet sich die
zweite Einspritzeinrichtung 60 in der Formhälfte, die
die Einspritzeinrichtung 50 für die erste Zusammensetzung
nicht enthält.
Insbesondere befindet sich die Einspritzeinrichtung 50 für die erste
Zusammensetzung in der festen Formhälfte 20, und die Einspritzeinrichtung
für die
zweite Zusammensetzung befindet sich in der beweglichen Formhälfte 30.
-
Wie
in 2 gezeigt, wird die In-Mold-Beschichtungszusammensetzung 90 durch
Düse 62 in
die Formhöhlung 40 gespritzt.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Form nicht geöffnet oder
von ihr die Klemmen gelöst
werden, bevor die In-Mold-Beschichtung aufgetragen wurde. Das heißt, die
Formhälften
behalten eine Trennfuge bei und verbleiben in einer geschlossenen
Position währen
des Einspritzens beider Zusammensetzungen.
-
Die
In-Mold-Beschichtung verteilt sich und überzieht einen vorbestimmten
Teil oder Bereich der später sichtbaren
Substratoberfläche 82.
-
3 zeigt
eine hypothetische erste oder stationäre Formhälfte mit der in 1 gezeigten
allgemeinen Gestalt. Die Zeichnung zeigt ein typisches Kanalsystem
im Inneren der Form, das zum Einbringen des Kunststoffs in die Formhöhlung verwendet
wird, und veranschaulicht die zwei Arten von Angüssen, nämlich denjenigen, der als Punktanguss
bezeichnet wird, und denjenigen, der als Verschlussdüsenanguss
bezeichnet wird. In 1 ist 100 eine Formhälfte. Das
zu verarbeitende Polymer wird aus der Einspritzeinheit durch die Buchse 112 eingebracht.
Ein Punktangusssystem ist durch 160 angezeigt, und ein
Verschlussdüsenangusssystem
durch 170. Die Höhlungsplatte 110 ist
der Teil der Form neben dem zu formenden Teil. Ein Düsenspitzenisolator,
dessen Funktion es ist, zu verhindern, dass die Höhlungsplatte
als Kühlkörper fungiert,
ist durch 114 angezeigt. Die Düsenheizeinrichtung 115 ist
ebenfalls Teil des Systems, um die richtige Temperatur des eingespritzten
Kunststoffs aufrecht zu erhalten.
-
Die
Verteilerheizeinrichtung 118 dient dazu, den Verteiler
heiß zu
halten. Der Angussisolator 120 fungiert als Teil des Temperaturaufrechterhaltungssystems.
Die Düsenspitze 122 ist
der Punkt, an dem der Kunststoff tatsächlich in die Form eingebracht
wird, und befindet sich im Düsengehäuse 124.
Kühlleitungen,
durch die Wasser oder Öl
zirkuliert, um zu heizen oder zu kühlen, je nachdem, wie es das
verwendete Polymer benötigt,
sind durch 126 und 128 angezeigt. Die Verteilerheizeinrichtung 130,
der Düsenisolator 132 und
der Luftspalt 134 sind alles Teile des Temperaturaufrechterhaltungssystems.
Der Lokalisierring 136 wird verwendet, um die Form relativ
zur Einspritzdüse
zu lokalisieren. Das Angussheizelement 138 befindet sich
an der Angussbuchse 142. Der Verteiler 140 ist
im Allgemeinen die Basis oder Grundlage für das gesamte System. Der Verschlussdüsenanguss 144 ist
Teil des Speisesystems für
die Düsenspitze 122.
Er wird durch Luftöffnungsleitung 150 und
Luftschließleitung 148 angetrieben.
Der Druckmesser 180 misst den Druck in der Form, und es
wird im Allgemeinen mehr als ein solches Messgerät verwendet. Ein Temperaturfühler 182 wird
zur Bestimmung der Temperatur in der Form verwendet. Es wird im
Allgemeinen mehr als ein solcher Fühler verwendet.
-
Die
Praxis der Erfindung hängt
nicht von einer speziellen Art von Harzeinspeisesystem ab, sondern
es kann jedes der derzeit in kommerzieller Verwendung befindlichen
Systeme verwendet werden.
-
Das
Einspritzen des zur Bildung des Substrats verwendeten Kunststoffs
in die Form in der Praxis dieser Erfindung kann als ein dreistufiges
Verfahren betrachtet werden. Die erste Stufe wird üblicherweise
als Füll-Einspritzung
bezeichnet. Der optimale zum Einspritzen des Kunststoffs aus der
Einspritzmaschine in die Form verwendete Druck wird durch Versuche
ermittelt, er muss jedoch ausreichend hoch sein, damit die Form zu
wenigstens etwa 75% ihres Fassungsvermögens befüllt wird. Der Druck, die Zeit,
der Kunststoff, die Formgröße und die
Konfiguration können
alles bestimmende Faktoren sein. Im Allgemeinen wird der Druck erhöht, bis
an der Trennfuge der Form ein Grat beobachtet wird, dann wird er
leicht verringert.
-
Die
nächste
Stufe der Einspritzung wird als Pack-Einspritzung bezeichnet. Auch
sie muss durch eine Reihe von Versuchen ermittelt werden und muss
von einer Größen ordnung
sein, so dass nach ihrer Beendigung die Formhöhlung zu wenigstens 99 Prozent
ihres Fassungsvermögens
gefüllt
ist.
-
Anschließend wird
der Einspritzdruck verringert. Diese Stufe wird als Halte-Einspritzung bezeichnet und
wird, wie bei den anderen zwei Stufen, durch Versuch ermittelt.
Sie dient dazu, eine Verformung des Werkstücks zu verhindern.
-
In
der Praxis der Erfindung ist es wichtig, die letztendlichen Maschinenbedingungen
für die
Verwendung in einer bestimmten Maschine unter Verwendung einer speziellen
Form, eines speziellen Substratmaterials und einer speziellen IMC
zu ermitteln. Bei der Konfiguration der Maschine muss eine große Zahl
von Variablen aufeinander abgestimmt werden, um annehmbare Teile
in einer minimalen Zeit zu erzeugen.
-
Drücke, Zeiten
und andere Einstellungen der Einspritzmaschine variieren mit der
Konfiguration der Form, d.h. mit der Gestalt des herzustellenden
Teils, und mit dem verwendeten Polymermaterial. Um diese und andere
kritischen Betriebsparameter des Einspritzverfahrens zu optimieren,
ist es notwendig, eine Reihe von Versuchen mit der Form und einem
speziellen Polymermaterial durchzuführen. Das Volumen einer beliebigen vorgegebenen
Form kann berechnet werden. Auf der Grundlage dieser Berechnung
und anhand der Dichte des Polymers kann die Größe der Charge ermittelt werden.
Verschiedene Maschinenvariablen werden ausprobiert, bis eine optimale
vollständige
Befüllung
der Form in einer minimalen Zeit ermittelt ist. Vorzugsweise ist bei
diesen Versuchen die Form mit Messgeräten ausgestattet, die Druck
und/oder Temperatur messen, wenn die verschiedenen Maschinenvariablen,
z.B. Einspritzgeschwindigkeiten und -drücke, verändert werden.
-
Im
Stand der Technik ist bekannt, dass Schwankungen bei der eingespritzten
Menge an Harz in einer Menge von ± 1½% des Gesamtgewichts der
Charge tolerierbar sind. Solche Schwankungen treten zum Teil auf,
da das Harz komprimierbar ist, und innerhalb dieses Bereichs werden
annehmbare Teile erzeugt.
-
Wie
im Stand der Technik bekannt, ist die Ermittlung der optimalen Betriebsvariablen
beim Spritzgießen
eines neuen Teils hauptsächlich
eine Versuchs-und-Irrtums-Methode.
Obwohl ein erfahrener Techniker einige Vorstellungen haben kann,
was benötigt
wird, muss er/sie dennoch darauf vorbereitet sein, eine bestimmte
Menge an Abfallprodukten bei jeder neuen Konfiguration zu erzeugen.
Aus diesen Variablen wird eine Auswahl getroffen, zum Beispiel Zylindertemperatur,
Formtemperatur, Fülleinspritzdruckgrenze,
Einspritzhaltedruck, Einspritzgeschwindigkeit, Befüllungszeit
und Haltezeit. Extreme Anpassungen werden gemacht, um zu versuchen,
die Betriebsbedingungen einzuklammern, welche feinabgestimmt werden
können.
-
Eine
Reihe von Versuchen wurde unter Verwendung einer Cincinnati-Milacron-850-Tonnen-Spritzgießmaschine
mit hydraulischer Formschließeinheit
durchgeführt,
um die optimalen Maschineneinstellungen in Bezug auf eine Reihe
von Substratmaterialien zu ermitteln. Die Substratmaterialien und
die Maschineneinstellungen, mit denen optimale Ergebnisse erzielt
wurden, sind in der nachstehenden Tabelle II angegeben. Wie oben
erwähnt,
wurden diese Einstellungen durch Versuch und Irrtum unter Verwendung
eines Einklammerverfahrens ermittelt.
-
Die
bei diesem Verfahren verwendete Form ähnelt einer Ventilabdeckung
für einen
Kraftfahrzeugmotor. Im Wesentlichen hat es die Form einer offenen
Schachtel mit nach unten geklappten Seiten. TABELLE II
| | Bsp. 1 | Bsp. 2 | Bsp. 3 |
| Substratharz | Impelet1 Polyester EKX215 | Impelet1 EKX-230 | Fortron2 4184L6 |
| Maschinen-Einstellwerte | °F | °C | °F | °C | °F | °C |
| Düse | 502 | 261 | 502 | 261 | 580 | 304 |
| Zylinder-Temperatur | Zone A
Zone B
Zone C
Zone
D | 509 | 265 | 509 | 265 | 598 | 314 |
| 511 | 266 | 511 | 266 | 588 | 309 |
| 511 | 266 | 511 | 266 | 587 | 308 |
| 509 | 265 | 509 | 265 | 577 | 303 |
| Form-Temperatur | Zone 1
Zone 2
Zone 3
Zone
4
Zone 5
Zone 6
Zone 7
Zone 8 | 500 | 260 | 500 | 260 | 580 | 304 |
| 500 | 260 | 500 | 260 | 580 | 304 |
| 300 | 149 | 300 | 149 | 300 | 149 |
| 500 | 260 | 500 | 260 | 580 | 304 |
| 300 | 149 | 300 | 149 | 300 | 149 |
| 500 | 260 | 500 | 260 | 580 | 304 |
| 500 | 260 | 500 | 260 | 580 | 304 |
| 500 | 260 | 500 | 260 | 600 | 316 |
| Temperatur
der stationären
Form | 242 | 117 | 242 | 117 | 272 | 133 |
| Temperatur
der beweglichen Form | 275 | 135 | 275 | 135 | 297 | 147 |
| Zeit in
Sekunden |
| Füll-Einspritzung | 10,00 | 10,00 | 10,00 |
| Pack-Einspritzung | 4,00 | 4,00 | 3,00 |
| Halte-Einspritzung | 4,00 | 4,00 | 2,00 |
| Abkühlen | 90,00 | 60,00 | 60,00 |
| Klemme offen | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| Auswerfer
Vorwärts-Haltezeit | 0,99 | 0,00 | 0,00 |
| Extruder-Verzögerung | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| Kernhärtung | 0,80 | 0,80 | 0,80 |
| Pfund pro
Inch2 (MPa) |
| Druckgrenze
für Füll-Einspritzung | 2200 | 15,1 | 2200 | 15,1 | 2200 | 15,1 |
| Druck bei
Pack-Einspritzung #1 | 1000 | 6,9 | 1100 | 7,6 | 800 | 5,5 |
| Druck bei
Pack-Einspritzung #2 | 1000 | 6,9 | 1100 | 7,6 | 800 | 5,5 |
| Druck bei
Halte-Einspritzung #1 | 900 | 6,2 | 900 | 6,2 | 700 | 4,8 |
| Druck bei
Halte-Einspritzung #2 | 900 | 6,2 | 900 | 6,2 | 700 | 4,8 |
| Inch (cm) |
| Einspritzmenge | 3,10 | 7,9 | 3,05 | 7,7 | 2,70 | 6,9 |
| Transferposition | 1,40 | 3,6 | 0,70 | 1,8 | 1,20 | 3,0 |
| Dekompression
vorher | 0,00 | 0,0 | 0,00 | 0,0 | 0,00 | 0,0 |
| Dekompression
nachher | 0,30 | 0,76 | 0,30 | 0,76 | 0,30 | 0,76 |
| Einspritzprofil: | Geschwin digkeit | %
der Einspritzmenge | Geschwin digkeit | %
der Einspritzmenge | Geschwin digkeit | %
der Einspritzmenge |
| Sequ. 1 | 1,25 | 80 | 1,25 | 80 | 1,00 | 80 |
| Sequ. 2 | 1,10 | 60 | 1,10 | 60 | 1,00 | 60 |
| Sequ. 3 | 1,00 | 40 | 1,00 | 40 | 1,00 | 40 |
| Sequ. 4 | 1,00 | 20 | 0,60 | 20 | 1,00 | 20 |
| Sequ. 5 | 0,60 | X-FER | 0,60 | X-FER | 0,60 | X-FER |
- 1Ein zu 30% glasgefüllter Polyester,
von Ticona bezogen.
- 2PPS, von Ticona bezogen.
TABELLE III | | Bsp. 4 | Bsp. 5 | Bsp. 6 |
| Harz/Substrat | Fortron2 1140L7 | Xenoy-23903 | NNP-30-20004 |
| Maschinen-Einstellwerte | °F | °C | °F | °C | °F | °C |
| Düse | 580 | 304 | 550 | 288 | 522 | 272 |
| Zylinder- Temperatur | Zone A
Zone B
Zone C
Zone
D | 598 | 314 | 550 | 288 | 539 | 282 |
| 588 | 309 | 550 | 288 | 540 | 282 |
| 587 | 308 | 550 | 288 | 528 | 276 |
| 577 | 303 | 550 | 288 | 522 | 272 |
| Form-Temperatur | Zone 1
Zone 2
Zone 3
Zone
4
Zone 5
Zone 6
Zone 7
Zone 8 | 580 | 304 | 550 | 288 | 522 | 272 |
| 580 | 304 | 550 | 288 | 522 | 272 |
| 300 | 147 | 550 | 288 | 522 | 272 |
| 580 | 304 | 550 | 288 | 522 | 272 |
| 300 | 149 | 550 | 288 | 522 | 272 |
| 580 | 304 | 550 | 288 | 522 | 272 |
| 580 | 304 | 550 | 288 | 522 | 272 |
| 600 | 316 | 550 | 288 | 522 | 272 |
| Temperatur
der stationären
Form | 272 | 133 | 228 | 109 | 186 | 86 |
| Temperatur
der beweglichen Form | 297 | 147 | 288 | 141 | 246 | 119 |
| Zeit in
Sekunden |
| Füll-Einspritzung | 10,00 | 10,00 | 08,00 |
| Pack-Einspritzung | 3,00 | 3,00 | 2,00 |
| Halte-Einspritzung | 2,00 | 2,00 | 2,00 |
| Abkühlen | 60,00 | 120,00 | 140,00 |
| Klemme offen | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| Auswerfer
Vorwärts-Haltezeit | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| Extruder-Verzögerung | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| Kernhärtung | 0,80 | 0,80 | 0,80 |
| Pfund pro
Inch2 (MPa) |
| Druckgrenze
für Füll-Einspritzung | 2200 | 15,1 | 2200 | 15,1 | 2200 | 15,1 |
| Druck bei
Pack-Einspritzung #1 | 800 | 5,5 | 1200 | 8,3 | 1400 | 9,7 |
| Druck bei
Pack-Einspritzung #2 | 800 | 5,5 | 1200 | 8,3 | 1400 | 9,7 |
| Druck bei
Halte-Einspritzung #1 | 700 | 4,8 | 1050 | 7,2 | 1200 | 8,3 |
| Druck bei
Halte-Einspritzung #2 | 700 | 4,8 | 1050 | 7,2 | 1200 | 8,3 |
| Inch (cm) |
| Einspritzmenge | 2,70 | 6,9 | 3,10 | 7,9 | 3,30 | 8,4 |
| Transferposition | 1,20 | 3,0 | 0,80 | 2,0 | 0,80 | 2,0 |
| Dekompression
vorher | 0,00 | 0,0 | 0,00 | 0,0 | 0,00 | 0,0 |
| Dekompression
nachher | 0,30 | 0,76 | 0,30 | 0,76 | 0,22 | 0,56 |
| Einspritzprofil: | Geschwin digkeit | %
der Einspritzmenge | Geschwin digkeit | %
der Einspritzmenge | Geschwin digkeit | %
der Einspritzmenge |
| Sequ. 1 | 1,00 | 80 | 2,25 | 80 | 2,75 | 80 |
| Sequ. 2 | 1,10 | 60 | 2,50 | 60 | 2,50 | 60 |
| Sequ. 3 | 1,00 | 40 | 2,25 | 40 | 2,25 | 40 |
| Sequ. 4 | 1,00 | 20 | 0,40 | 20 | 2,00 | 20 |
| Sequ. 5 | 0,60 | X-FER | 0,60 | X-FER | 1,00 | X-FER |
- 1Ein PPS, von
Ticona bezogen.
- 3PC/PBT-Verbundmaterial, von General
Electric bezogen.
- 4Polystyrol, von Nova Chemicals bezogen.
-
Diese
Ergebnisse sind nicht notwendigerweise auf eine andere Maschine übertragbar;
vielmehr wäre eine
neue Testreihe erforderlich. Dies gilt auch für den Fall einer anderen Form
oder eines anderen Substrats; ähnliche
Test müssten
durchgeführt
werden, um optimale Bedingungen zu finden.
-
Im
Anschluss an die Bestimmung der Betriebsparameter für die Herstellung
des Substrats muss durch Zuhilfenahme geeigneter Tabellen oder durch
Messung die Schmelztemperatur des Substrats ermittelt werden, so
dass die IMC zur richtigen Zeit eingespritzt werden kann.
-
Durch
Verwendung der oben für 3 genannten
Messfühler
ist es möglich,
zu ermitteln, wann die Schmelztemperatur des spritzgegossenen Substrats
erreicht ist. Dies erfolgt durch Verwendung von Messfühlern, um
zu erkennen, wann die Temperatur des Substrats die Schmelztemperatur
des Substrats erreicht. Alternativ kann die Schmelztemperatur indirekt
durch Beobachtung des Drucks ermittelt werden, d.h., wenn das Formteil
seine Schmelztemperatur erreicht, beginnt es etwas zu schrumpfen,
wobei der Druck verringert wird. Wie oben angegeben, ist die Schmelztemperatur
bei jedem einzelnen Polymermaterial verschieden.
-
Da
Messfühler
bei der Produktion nicht routinemäßig eingesetzt werden, wird
der Zeitpunkt des Erreichens der Schmelztemperatur und des Beginns
der IMC-Einspritzung zeitlich gesteuert. Das heißt, die Zeitspanne, die von
dem Zeitpunkt, an dem die Form schließt, bis zu dem Zeitpunkt, an
dem das Substrat seine Schmelztemperatur erreicht hat, benötigt wird,
wird ermittelt und zur Steuerung des Starts der IMC-Einspritzung
verwendet.
-
BEISPIELE
-
Eine
Reihe von Versuchen unter Verwendung von Impet 430 als Substrat
und dem Stylecoat®-X-Primer als die IMC
wurde durchgeführt.
Durch Temperaturmessungen wurde festgestellt, dass sich das Impet-Substratharz
50 Sekunden nach dem Schließen
der Form ausreichend bis unter seine Schmelztemperatur abgekühlt hatte.
Drei Teile wurden unter Verwendung einer Härtungszeit für die IMC
von 90 Sekunden erzeugt. Diese Teile wiesen eine gute Beschichtung
und ein gutes Fließverhalten
auf. Weitere 33 Teile wurden hergestellt, um diese Maschineneinstellungen
zu bestätigen,
und alle Teile waren annehmbar, d.h. sie wiesen ein gutes Erscheinungsbild
und eine gute Haftung auf. Ein weiterer Probelauf wurde durchgeführt, wobei
die IMC nur 30 Sekunden nach dem Schließen der Form eingespritzt wurde
und die Härtungszeit
nur 60 Sekunden betrug. Dieses Teil war nicht annehmbar, da die
Beschichtung helle Bereiche aufwies. Dieses Beispiel zeigt tendenziell
die Korrektheit der vorherigen Maschineneinstellungen.
-
Eine
weitere Reihe von Teilen wurde mittels Vandar 9114 als ein Substratharz
durchgeführt.
Das Substratharz hatte sich 30 Sekunden nach dem Schließen der
Form auf unter seine Schmelztemperatur abgekühlt. Diese Teile wiesen alle
ein gutes Erscheinungsbild, d.h. eine gute gleichmäßige Bedeckung,
und eine gute Haftung auf.
-
VERGLEICHSBEISPIELE
-
Um
die Notwendigkeit der Einspritzung der IMC zum richtigen Zeitpunkt
unmittelbar nach dem Abkühlen
der Oberfläche
des Substratharzes auf dessen Schmelztemperatur näher zu veranschaulichen,
verglichen mit einer Einspritzung, die zu früh oder zu spät erfolgt,
wurde eine Reihe von Versuchen mit einer Toshiba-950-Spritzgießmaschine
unter Verwendung einer Hydraulik-Formschließeinheit durchgeführt. Das
Substratharz war Vandar AB700, und die IMC war Stylecoat. Die Maschineneinstellungen
wurden wie oben beschrieben ermittelt und waren identisch, bis auf
den Zeitpunkt, an dem die IMC eingespritzt wird, d.h. bis auf das
Intervall in Sekunden zwischen dem Schließen der Form und dem Beginn
der IMC-Einspritzung. Vandar AB700 Lot# LV10327351
| Anzahl
der Teile | Verzögerung in Sekunden nach
dem Schließen
der Form | Härtungszeit Sekunden | Beschichtereinstellung | Beschichtergeschwindigkeit | Bemerkungen: |
| 5 | 10 | 160 | 235 | Langsam | Teile
mit schlechtem Erscheinungsbild, Beschichtung mit Substrat vermischt |
| 5 | 15 | 160 | 235 | Langsam | Teile
mit schlechtem Erscheinungsbild, Beschichtung mit Substrat vermischt |
| 5 | 25 | 160 | 235 | Langsam | Teile
mit schlechtem Erscheinungsbild, Beschichtung mit Substrat vermischt |
| 5 | 40 | 160 | 225 | Langsam | Teile
mit gutem Erscheinungsbild, längere Härtungszeit, damit
die Mitte der Teile eine gute Härtung aufweist |
| 5 | 100 | 160 | 235 | Langsam | Teile
mit schlechtem Erscheinungsbild, Beschichtung besitzt keine gute
Haftung oder Bedeckung |
| 5 | 120 | 160 | 235 | Langsam | Teile
mit schlechtem Erscheinungsbild, Beschichtung besitzt keine gute
Haftung oder Bedeckung |
-
Die
obigen Beispiele zeigen deutlich die Notwendigkeit des Einspritzens
der IMC zum richtigen Zeitpunkt, wenn die Oberflächentemperatur des Substrats
auf dessen Schmelztemperatur absinkt.