DE69500795T2

DE69500795T2 - Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus wenigstens zwei thermoplastischen Materialien

Info

Publication number: DE69500795T2
Application number: DE69500795T
Authority: DE
Inventors: Denis Gille; Ludovic Girardot
Original assignee: Plastic Omnium SE
Current assignee: Plastic Omnium SE
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1995-07-21
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2015-07-22
Also published as: FR2722725A1; DE69500795D1; EP0693362B1; EP0693362A1; ES2109060T3; FR2722725B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus mindestens zwei thermoplastischen Materialien.
Gegenstände aus thermoplastischem Material besitzen eine Reihe von Vorteilen, insbesondere im Hinblick auf ihre Herstellung, ihre Leichtigkeit und ihre Stabilität im Verlaufe der Zeit.
Sie besitzen jedoch den wichtigen Nachteil, daß sie starken mechanischen Kräften nicht zu widerstehen vermögen.
Zur Überwindung dieses Nachteils ist bereits vorgeschlagen worden, sie mit Rippen zu versehen, sie zu überdimensionieren oder sie auf einem metallischen Kern aufzubauen, wobei diese Lösungen für die in dieser Weise erhaltenen Gegenstände die Folge haben, daß sich ihr Gewicht oder ihr Volumen erhöht ebenso wie ihre Herstellungskosten.
Wie in der FR-A-2 443 912 und der Präambel des Anspruchs 1 angegeben ist, ist weiterhin versucht worden, Gegenstände aus zwei thermoplastischen Materialien dadurch herzustellen, daß man nacheinander das Formen des ersten thermoplastischen Materials und dann das Formen des zweiten thermoplastischen Materials durchführt.
Diese Lösung führt jedoch zu einer erheblichen Steigerung der Herstellungszeit und damit einer beträchtlichen Erhöhung der Kosten.
Die vorliegende Erfindung ist nun darauf gerichtet, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren anzugeben, welches es ermöglicht, Gegenstände aus mindestens zwei verschiedenen thermoplastischen Materialien herzustellen und welches es insbesondere ermöglicht, sie lokal zu verstärken.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht weiterhin eine besonders einfache und wirtschaftliche Arbeitsweise.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Formen eines Gegenstands aus mindestens zwei verschiedenen thermoplastischen Materialien, gemäß dem man bestimmten Stellen der offenen Form ein erstes thermoplastisches Material mit hoher Viskosität bei der Verformungstemperatur und ein zweites thermoplastisches Material mit niedriger Viskosität bei der Verformungstemperatur zuführt, wobei die beiden thermoplastischen Materialiendazu in der Lage sind, bei der Verformung zu verschmelzen und in zur Ausfüllung der Form ausreichenden Mengen vorhanden sind, wobei die beiden thermoplastischen Materialien gleichzeitig in die Form extrudiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht somit darin, zwei thermoplastische Materialien mit deutlich verschiedener Viskosität gleichzeitig in ein und dieselbe Form einzuführen, wobei man Sorge dafür trägt, daß diese beiden thermoplastischen Materialien zu der gewünschten Stelle geführt werden, wo das thermoplastische Material mit hoher Viskosität verbleiben soll.
Hierzu kann man gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein koaxiales oder doppelschichtiges Extrusionsmundstück verwenden, welches man aus der geöffneten Form entnimmt, bevor man diese zum Formen des Gegenstands wieder verschließt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 beschrieben.
Von der Anmelderin durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, daß ein thermoplastisches Material mit niedriger Viskosität ein thermoplastisches Material mit hoher Viskosität nur wenig verdrängt und sich in dem Rest der Form verteilt, wobei die angewandten hohen Preßdrücke, die sich im Bereich von mehreren 100 kg/cm² erstrecken, vielmehr erwarten lassen würden, daß die beiden thermoplastischen Materialien dem Zufall folgend fließen würden und sich in der gesamten Form verteilen würden.
Diese Untersuchungen dienten der Bestätigung einer zufällig gefundenen Feststellung der Anmelderin beim Verdrängen eines ersten Kunststoffmaterials durch ein zweites Kunststoffmaterial in einer Extruderschnecke.
Bei der Bewegungsperiode, während der das erste Kunststoffmaterial noch nicht vollständig durch das zweite Kunststoffmaterial ausgetrieben worden ist, ergab das Extrusionsmundstück ein aus den beiden Kunststoffmaterialien gebildetes Coextrudat.
Beim Formen eines Gegenstandes aus diesem Extrudat hat sich gezeigt, daß eines der beiden Kunststoffmaterialien an der Stelle verblieben ist, an der das Extrudat abgeschieden worden ist, während das andere Kunststoffmaterial weitergeströmt ist und den Rest der Form ausgefüllt hat.
Spätere experimentelle Untersuchungen haben diese Möglichkeit bestätigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet man mit Vorteil ein erstes thermoplastisches Material, welches bei der Formtemperatur eine solche Viskosität besitzt, daß sich eine Fließstrecke von etwa 100 mm ergibt, und ein zweites thermoplastisches Material, welches bei der Formtemperatur eine solche Viskosität aufweist, daß sich eine minimale Fließlänge von 600 mm ergibt, wobei diese Fließlängen oder Fließstrecken für jedes Kunststoffmaterial definiert sind als die Strecke, die das thermoplastische Material durchläuft, wenn es bei einem Druck von 1,2 10&sup8; Pa in eine spiralförmige Form injiziert wird, wie sie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist.
Diese Spirale umfaßt drei Gänge mit einem Abstand E von 10 mm. Der spiralförmige Kanal, der in der in der Fig. 6 dargestellten Schnittansicht sichtbar ist, umfaßt einen trapezoldalen Abschnitt mit einer Dicke e von 3 mm, einer kleinen Basis 1 von 10 mm und einer großen Basis L von 11 mm.
Es ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Vefahren es insbesondere ermöglicht, in wirtschaftlicher Weise das Problem der mechanischen Festigkeit von Gegenständen aus thermoplastischem Material zu lösen.
Insbesondere genügt es zur lokalen Verstärkung eines Gegenstandes, das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise durchzuführen, daß man als thermoplastisches Material hoher Viskosität ein thermoplastisches, gegebenenfalls kostspieliges Material verwendet, welches in kaltem Zustand eine erhebliche mechanische Festigkeit aufweist, und als thermoplastisches Material niedriger Viskosität ein kostengünstiges thermoplastisches Material einsetzt, welches dazu in der Lage ist, während des Formvorgangs mit dem Material hoher Viskosität zu verschmelzen und die nicht verstärkten Bereiche des herzustellenden Gegenstandes zu bilden.
Als Beispiele für thermoplastische Materialien mit guter mechanischer Festigkeit in kaltem Zustand kann man jene nennen, die mit Verstärkungsfasern gefüllt sind.
In nicht einschränkender Weise kann man hierzu Fasern aus Leinen, Kohlenstoff, Kevlar, Glas oder Polypropylen einsetzen.
Diese Fasern können kurz oder lang und isotrop oder gemäß einer gegebenen Richtung orientiert sein.
Das verstärkte thermoplastische Material kann weiterhin durch Coextrusion der Verstärkungsfasern mit dem thermoplastischen Material erhalten werden.
In diesem Fall wird das erhaltene Extrudat seinerseits mit dem Kunststoffmaterial niedriger Viskosität coextrudiert in der Weise, daß die Verstärkungsfasern in Richtung der Beanspruchungslinien des herzustellenden Gegenstandes geführt werden.
Die Verwendung eines verstärkten thermoplastischen Materials führt zu dem Vorteil, daß die Anwesenheit der verstärkenden Fasern nicht nur der Steigerung der mechanischen Festigkeit dieses verstärkten thermoplastischen Materials in kaltem Zustand dient, sondern auch die Viskosität dieses thermoplastischen Materials bei der Verformungstemperatur erhöht, in der Weise, daß das gleiche, jedoch nicht mit dem Füllstoff versehene thermoplastische Material als thermoplastisches Material niedriger Viskosität verwendet werden kann, da sich ein erheblicher Unterschied zwischen der Viskosität des mit dem Füllstoff versehenen thermoplastischen Materials und der Viskosität des nicht mit dem Füllstoff versehenen thermoplastischen Materials ergibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin geeignet zur Herstellung von Gegenständen aus thermoplastischem Material, welche Bereiche mit einer guten thermischen Beständigkeit aufweisen.
Ganz allgemein ist das erfindungsgemäße Verfahren dazu geeignet, in einfacher und wirtschaftlicher Weise Gegenstände herzustellen, welche lokal unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
Hierzu genügt es, ein thermoplastisches Material hoher Viskosität bei der Verformungstemperatur auszuwählen, welches in kaltem Zustand die gewünschten Eigenschaften besitzt, und ein thermoplastisches Material geringer Viskosität, welches vorzugsweise kostengünstig ist und dazu in der Lage ist, während des Formens mit dem Material hoher Viskosität zu verschmelzen, einzusetzen und in dieser Weise sich ergänzende Bereiche des Formgegenstandes auszubilden.
Die Erfindung besitzt weiterhin den Vorteil, daß das Verformungsverfahren in sehr kurzer Zeit durchgeführt werden kann dadurch, daß die beiden thermoplastischen Materialien in der gleichen Zeit zugeführt werden, welche dazu erforderlich wäre, ein einziges Kunststoffmaterlal zuzuführen.
Vorzugsweise scheidet man das thermoplastische Material hoher Viskosität direkt gegen die Wand der Form ab, d.h. ohne daß man eine Schicht aus dem niedrigviskosen thermoplastischen Material zwischen der Form und dem thermoplastischen Material hoher Viskosität zwischenschaltet.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform wendet man die sogenannte Spritz- Preß-Technik an. Hierzu verschließt man die Form teilweise und injiziert die beiden thermoplastischen Materialien in geeigneter Menge durch die Spritzöffnungen ein, welche auf vorbestimmte Bereiche der Form gerichtet sind.
Diese Art der Injektion kann als eine Extrusion angesehen werden aufgrund der Tatsache, daß das thermoplastische Material beim Erreichen der Form dem Atmosphärendruck unterliegt, was bei einer Extrusion der Fall ist.
Nach der Injektion erfolgt das vollständige Verschließen der Form, wobei sie durch das Fließen des thermoplastischen Materials niedriger Viskosität ausgefüllt wird.
Man kann bei dieser Ausführungsform auch die Form gleichzeitig schließen, indem man die beiden thermoplastischen Materialien einspritzt.
Die Erfindung sei im folgenden beispielhaft und in nicht einschränkender Weise unter Bezugnahme auf eine in der beigefügten Zeichnung dargestellte Ausführungsform erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1 eine schematische perspektivische Unteransicht einer Kraftfahrzeugmotorverkleidung.
- Fig. 2 eine Schnittansicht einer zweiteiligen Form zur Herstellung der in Fig. 1 dargestellten Motorverkleidung, wobei die Schnittansicht dem Schnitt längs der Linie II-II durch die in der Fig. 1 dargestellte Verkleidung entspricht,
- Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende analoge Ansicht, welche eine erste Stufe der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht,
- Fig. 4 eine analoge Ansicht zu der Fig. 2, welche eine zweite Stufe der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht, und
- Fig. 5 und 6 eine spiralförmige Form, welche die Fließlänge der thermoplastischen Materialien zu bestimmen geeignet ist.
Die Fig. 1 zeigt eine Kraftfahrzeugmotorverkleidung, d.h. einen Gegenstand, der unterhalb des Motors angeordnet wird, um den Motor gegen den Steinschlag von der Straße zu schützen.
Diese Verkleidung liegt in Form einer Platte 1 vor, welche zwei seitliche Ausnehmungen 2 für die Fahrzeugaufhängung und eine zentrale Ausnehmung 3 aufweist, welche nach hinten offen ist und Platz für das Ende des Motorblocks läßt.
Die dargestellte Verkleidung umfaßt zwei plane horizontale Abschnitte, nämlich einen abgesenkten Umfangsbereich 4 und einen erhöhten inneren Bereichs, welche durch den geneigten Abschnitt 6 verbunden sind.
Diese Ausbildung der Verkleidung dient dazu, ihr eine bestimmte Steifigkeit zu verleihen.
Die vordere Innenkante der Verkleidung umfaßt eine in bezug auf die Zeichenebene nach oben gerichtete Leiste 7.
Die gesamte Verkleidung wird üblicherweise in einem einzigen Schritt geformt.
Nicht dargestellte Öffnungen oder Löcher können später vorgesehen werden, um die Befestigung der Verkleidung am Fahrgestell des Fahrzeugs zu ermöglichen.
Die Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht durch die Form für die Herstellung der dargestellten Verkleidung, wobei die Schnittansicht längs der Linie II-II der Fig. 1 gezeigt ist.
Bei der in dieser Zeichnung dargestellten Stellung befindet sich die Form in halbgeöffnetem Zustand, d.h. ihr unterer Teil 8 und ihr oberer Teil 9 sind voneinander entfernt.
Der Formhohlraum umfaßt den Bereich 7', welcher der Randleiste 7 entspricht, den Bereich 5', der dem oberen planen Bereich 5 entspricht, den Bereich 6', der dem geneigten Bereich 6 entspricht, und den Bereich 4', der dem unteren flachen Abschnitt der Verkleidung entspricht.
Erfindungsgemäß führt man durch Coextrusion zwei thermoplastische Materialien mit unterschiedlicher Viskosität, die miteinander verschmolzen werden können, jenen Bereichen der Form zu, die dem Abschnitt 12 der Verkleidung entsprechen, den man mechanisch zu verstärken wünscht.
Aufgrund dieser Tatsache scheidet man, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, die beiden thermoplastischen Materialien 10, 11 durch gleichzeitige Extrusion in dem Bereich 12' der Form ab, und zwar mit Hilfe eines beweglichen Zweischicht- Extrusionsmundstücks, welches in der Zeichnung nicht dargestellt ist und zwei Versorgungskanäle aufweist.
Die anfänglich von dem Coextrudat ausgefüllte Oberfläche ist in der Fig. 1 mit der gestrichelten Linie dargestellt.
Die Verschiebung des Extrusionsmundstücks längs des Bereichs 12' der Form ermöglicht es, die Verstärkungsfasern des ersten thermoplastischen Materials 10 parallel zu der Kante der Verkleidung 1 auszurichten.
Als Beispiele für Kombinationen von für die Herstellung der dargestellten Verkleidung verwendbaren thermoplastischen Materialien kann man die folgenden Produkte nennen:
Wie aus der Fig. 3 zu erkennen ist, wird das erste thermoplastische Material 10 in einer geringeren Menge als das zweite thermoplastische Material 11 in die Form eingebracht.
Die beiden Materialien werden in dieser Weise nebeneinander derart in die Form eingebracht, daß das thermoplastische Material hoher Viskosität 10 direkt mit der Form in Kontakt steht.
Das Verhältnis der Mengen von erstem und zweitem thermoplastischem Material wird in Abhängigkeit von dem Anteil bestimmt, der nach dem Abkühlen der thermoplastischen Materialien in dem fertigen Gegenstand vorhanden sein soll.
Bei der dargestellten Ausführungsform führt man die etwa 2,5-fache Menge des zweiten thermoplastischen Materials 11 in bezug auf das erste thermoplastische Material 10 zu.
Erfindungsgemäß muß die Gesamtmenge des der Form zugeführten thermoplastischen Materials im wesentlichen gleich oder größer sein als das Volumen des herzustellenden Gegenstandes, wobei es sich versteht, daß man das Schrumpfen der Kunststoffmaterialien berücksichtigen muß.
Nachdem eine ausreichende Menge der beiden thermoplastischen Materialien in die geöffnete Form eingebracht worden ist, schließt man diese, was zur Folge hat, daß die beiden thermoplastischen Materialien fließen, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist.
Erfindungsgemäß hat die deutliche Differenz der Viskosität der beiden thermoplastischen Materialien zur Folge, daß das erste Material im wesentlichen im Bereich 12' der Form verbleibt, während das zweite Material den Rest der Form ausfüllt.
Nach dem Verfestigen der beiden thermoplastischen Materialien erhält man die in der Fig. 1 dargestellte Verkleidung, an der man deutlich erkennt, daß das verstärkende thermoplastische Material 10 sich im wesentlichen im Bereich 12 der Verkleidung befindet, während das nicht verstärkte thermoplastische Material 11 den Rest der Verkleidung bildet.
Aufgrund der Tatsache, daß die beiden thermoplastischen Materialien durch gleichzeitige Extrusion in der Form abgeschieden werden, ist die Maßnahme der Abscheidung nicht länger, als wenn die Verkleidung aus einem einzigen thermoplastischen Material hergestellt würde.
Mit anderen Worten ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren ohne Verlängerung der Herstellungszeit und damit ohne merkliche Erhöhung der Kosten die Herstellung einer Verbund-Verkleidung mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit aus zwei thermoplastischen Materialien.
Es versteht sich, daß die oben beschriebene Ausführungsform keinerlei Einschränkung darstellen soll und daß sämtliche wünschenswerten Modifizierungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen niedergelegt ist.

Claims

1. Verfahren zum Formen eines Gegenstands aus mindestens zwei verschiedenen thermoplastischen Materialien, gemäß dem man bestimmten Stellen der offenen Form (8, 9) ein erstes thermoplastisches Material (10) mit hoher Viskosität bei der Verformungstemperatur und ein zweites thermoplastisches Material (11) mit niedriger Viskosität bei der Verformungstemperatur zuführt, wobei die beiden thermoplastischen Materialien (10, 11) dazu Inder Lage sind, bei der Verformung zu verschmelzen und in zur Ausfüllung der Form (8, 9) ausreichenden Mengen vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden thermoplastischen Materialien (10, 11) gleichzeitig in die Form (8, 9) extrudiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Extrusion der beiden thermoplastischen Materialien das thermoplastische Material mit hoher Viskosität (10) direkt gegen die Wand der Form (8, 9) abgeschieden wird.

3. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 2 zur Ausbildung von lokal verstärkten Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß man als thermoplastisches Material mit hoher Viskosität ein thermoplastisches Material verwendet, welches in abgekühltem Zustand eine erhebliche mechanische Festigkeit besitzt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als thermoplastisches Material mit hoher Viskosität (10) ein mit Verstärkungsfasern, wie Leinen-, Kohlenstoff-, Kevlar-, Glas- oder Polypropylenfasern verstärktes thermoplastisches Material verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als thermoplastisches Material mit hoher Viskosität (10) ein Coextrudat aus Verstärkungsfasern und thermoplastischem Material verwendet.