GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen
eines thermoplastischen Harzes, mit dem der Oberflächenzustand
einer Form genau auf die Oberfläche eines Formgegenstandes
übertragen werden kann.
Beschreibung des Standes der Technik
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Beim Formen eines thermoplastischen Harzes wird die Temperatur
der Form üblicherweise ausreichend niedriger als die
Temperatur gehalten, bei der das Formharz verfestigt. Dies ist
erforderlich für die Kühlung eines Harzmaterials in kurzer Zeit,
das eine sehr niedrige thermische Leitfähigkeit hat und bis zu
einer Temperatur in geschmolzenem Zustand ist, bei der das
Harz als Formgegenstand entfernt werden kann. Um den
Oberflächenzustand der Form auf die erhaltenen Formgegenstände genau
zu übertragen, ist es weiterhin erforderlich, ein Harz im
Zustand niedriger Viskosität unter hohem Druck in die Form zu
pressen. Wenn die Formtemperatur jedoch niedriger ist als die
Erstarrungstemperatur des Harzes, schreiten das Füllen des
Harzes und das Erstarren des Harzes gleichzeitig voran, und
das Harz, das die Form an seiner Vorderfront kontaktiert, wird
rasch abgekühlt und in seiner Viskosität erhöht. Außerdem wird
es, da das Harz in den Zustand, bei dem es auf die
Formoberfläche unter einem niedrigen Druck gepreßt wird, erstarrt,
schwierig, den Oberflächenzustand der Form auf die erhaltenen
Formgegenstände genau zu übertragen. Deshalb können bei dem
üblichen Spritzgießen ein schwaches Aussehen der
Formgegenstände aufgrund ungleichmäßigen Glanzes, Schweißlinien,
Fließmarken oder Verzerrungen resultieren, oder es kann zu einer
schlechten Übertragung feiner Teile bei Präzisionsformgegenständen
kommen, wie bei optischen Scheiben. Außerdem können
bei dünnwandigen Teilen Schadstellen auftreten.
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Um die Übertragbarkeit der Formoberfläche zu verbessern, ist
es notwendig, die Erstarrung des Harzes während des Einfüllens
des Harzes zu verhindern oder zu minimieren.
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Beim Spritzgießen oder dergleichen eines thermoplastischen
Harzes besteht immer der Bedarf, die Übertragbarkeit der
Formoberfläche ohne Verlängerung der Zykluszeit des Formens
auf wirtschaftliche Weise zu erhöhen. Für die Erhöhung der
Übertragbarkeit einer Formoberfläche sind die nachstehenden
Verfahren beispielhaft vorgeschlagen worden.
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1. Ein Verfahren, bei dem das Erhitzen und Kühlen der
Formoberfläche durch abwechselndes Durchleiten eines Heizmediums
und eines Kühlmediums durch die Form wiederholt werden
(Plastic Technology, Vol. 34 (Juni), 150 (1988) und andere).
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2. Ein Verfahren, bei dem die Formoberfläche durch
Radiofrequenzinduktionserhitzen unmittelbar vor dem Formen selektiv
erhitzt wird (USP 4439492 und andere).
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3. Ein Verfahren, bei dem eine Isolierschicht und eine
elektrisch leitende Schicht auf der Formoberfläche bereitgestellt
werden und ein Strom durch die elektrisch leitende Schicht
geleitet wird (Polym. Eng. Sci., Vol. 34 (11), 894 (1994) und
andere).
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4. Ein Verfahren, bei dem die Formoberfläche bestrahlt wird
(Gosei Jushi, Vol. 42 (1), 48 (1996) und andere).
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5. Ein Verfahren, bei dem die Formoberfläche mit einer
Wärmeisolierschicht beschichtet wird und das Formen unter Erhitzen
der Formoberfläche mit Hilfe des Formharzes an sich
durchgeführt wird (USP 5362226, WO97/04938 und andere).
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In dem Bericht von B. H, Kim (Polym. Plast. Technol. Eng.,
Vol. 25 (1), 73 (1986)) werden die vorstehenden Verfahren 1,
2, 3 und 4, in welchen die Formoberfläche durch externe
Energie, wie Elektrizität, unmittelbar vor dem Formen erhitzt
wird, als aktive Kontrollverfahren bezeichnet, und das
Verfähren 5, bei dem die Formoberfläche mit der Hitze des
Formharzes an sich ohne Anwendung äußerer Energie erhitzt wird,
wird als passives Kontrollverfahren bezeichnet.
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Sowohl beim aktiven Kontrollverfahren als auch beim passiven
Kontrollverfahren wird das Formen unter Erhitzen der
Formoberfläche zum Zeitpunkt des Spritzgießens durchgeführt. Das
heißt, wenn das eingespritzte geschmolzene Harz an die
Wandoberfläche der Form gepreßt wird, wird die Formoberfläche auf
eine Temperatur erhitzt, die höher als die
Erstarrungstemperatur des Harzes ist, wodurch die Übertragbarkeit der
Formoberfläche verbessert wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren, bei dem sein
Ziel durch einen Mechanismus erreicht wird, der sich deutlich
von diesen herkömmlichen Formmechanismen zur Verbesserung der
Übertragbarkeit der Formoberfläche unterscheidet. Das heißt,
ein Verfahren zum Erzielen eines deutlichen Effekts durch eine
neue Idee, die sich von herkömmlichen Techniken unterscheidet.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage dieses
Ergebnisses gemacht.
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Im folgenden wird der Stand der Technik, welcher für die
vorliegende Erfindung relevant ist, erklärt.
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Das sogenannte Gegendruckverfahren umfaßt das Spritzgießen
eines schäumbaren Harzes, das ein Schäumungsmittel oder Wasser
enthält, in einem mit Druck beaufschlagten Zustand durch
Spritzen eines unter Druck stehenden Gases in einen
Formhohlraum vor dem Einfüllen des Harzes, wodurch Oberflächendefekte,
wie Schliermarken, auf den Formgegenständen aufgrund des
Druckgases vermieden werden. Nach diesem Verfahren wird ein
Gasdruck auf einen Formhohlraum ausgeübt, um das Auftreten von
Oberflächendefekten aufgrund des Platzens des Schaums, der
durch das Druckgas oder verdampftes Wasser an der Fließfront
des geschmolzenen Harzes, welches durch den Formhohlraum
fließt, hergestellt wird, zu verhindern. Die in diesem Fall
eingesetzten Gase können solche sein, die keine Schädigung des
Harzes aufgrund von Oxidation verursachen, Im allgemeinen wird
Luft eingesetzt, und jedes beliebige Inertgas kann in diesen
Formverfahren eingesetzt werden. Das Gegendruckverfahren wird
für das Spritzgießen von Harzen, die Schäumungsmittel
enthalten, oder von Harzen eingesetzt, die nicht trocken genug sind.
Wenn das Gegendruckverfahren zum Formen von im allgemeinen
nicht schäumbaren Harzen eingesetzt wird, können die Probleme
auftreten, daß das Gas, das in dem Formhohlraum vorhanden ist,
zwischen das geschmolzene Harz und die Form gerät, so daß die
Übertragung verhindert wird, oder in dem Fall, wenn das Gas
Luft ist, ist die Luft in dem Zustand einer hohen
Sauerstoffkonzentration bei hohen Temperaturen in dem Teil, wo die Luft
durch das Harz in dem Hohlraum verdichtet wird, wodurch eine
Beeinträchtigung des Harzes aufgrund von Oxidation auftritt.
Somit kommt es zu keiner Wirkung, bei der die Übertragbarkeit
der Formoberfläche verbessert wird. Um den Zustand der
Formoberfläche auf die erhaltenen Formgegenstände genauer zu
übertragen, wird die Form nur zu dem Zeitpunkt des Einfüllens
des Harzes leicht geöffnet, um die Luft in dem Formhohlraum zu
entlassen, oder der Druck in der Form wird mit einer
Vakuumpumpe vermindert.
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JP-A-62-231715 offenbart ein Verfahren zum Spritzgießen einer
Wasser enthaltenden Polymerlegierung unter Einsatz des
Gegendruckverfahrens und offenbart Inertgase, wie Luft, Stickstoff
und Kohlendioxid, als Gase, die für die vorherige
Unterdrucksetzung des Formhohlraums eingesetzt werden, es legt jedoch
nicht die Idee der nachstehend beschriebenen vorliegenden
Erfindung nahe.
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Außerdem offenbart JP-A-61-213111 ein Spritzgießverfahren,
welches das Mischen von zwei Monomeren und das Spritzgießen
des Gemisches umfaßt, wobei das Formen durchgeführt wird,
nachdem die innere Atmosphäre des Formhohlraums durch
Kohlendioxid unter Atmosphärendruck ersetzt worden ist, wodurch die
durch die in das Harz beim Einfüllen des Harzes einverleibte
Luft hergestellten Hohlräume vermindert werden. Dieses
Spritzgießen, bei dem die Schmelztemperatur höher ist als die
Temperatur des Ausgangsmaterialgemisches von zwei oder mehr
Monomeren, unterscheidet sich jedoch hinsichtlich des technischen
Gebiets deutlich vom erfindungsgemäßen Verfahren zum Formen
eines thermoplastischen Harzes, und somit offenbart dieser
Stand der Technik nicht ein Verfahren zum Verbessern einer
schlechten Übertragbarkeit der Formoberfläche, die während des
Einfüllens des Harzes durch das Erstarrendes Harzes
verursacht wird.
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Andererseits ist, wie in vielen Literaturstellen gezeigt,
beispielsweise in J. Appln. Polym. Sci., Vol. 30, 2633 (1985),
bekannt, daß wenn Kohlendioxid in ein Harz aufgenommen wird,
dieses als Weichmacher für das Harz wirkt und die
Glasübergangstemperatur verringert, dies ist jedoch nicht häufig auf
das Formen von Harzen angewandt worden. Als eines der wenigen
Beispiele offenbart DE-A-4314869 ein Verfahren, bei dem
Kohlendioxid oder ein Kohlenwasserstoff im überkritischen Zustand
in einem bioabsorbierbaren Polyester in einem Hochdruckgefäß
gelöst wird, um dessen Glasübergangstemperatur zu verringern,
und das Harz bei einer niedrigen Temperatur von etwa 50ºC
geschmolzen wird. Da dieses Verfahren jedoch eine Erniedrigung
der Glasübergangstemperatur des gesamten Harzes verursacht,
ist es für das Formen erforderlich, eine Schmelztemperatur
einzusetzen, die niedriger ist als die übliche Temperatur der
Glasübergangstemperatur, so daß nicht bewirkt werden kann, daß
die schlechte Übertragbarkeit aufgrund der Erstarrung während
des Einfüllens des Harzes verhindert werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
zum Formen von thermoplastischen Harzen bereitzustellen, bei
dem der Zustand der Formoberfläche genau auf die
Formgegenstände dadurch übertragen wird, daß das Erstarren oder das
Erhöhen der Viskosität des Harzes während des Einfüllens des
Harzes verhindert wird.
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Als Ergebnis der zum Lösen dieser Aufgabe von den Erfindern
durchgeführten Untersuchungen wurde gefunden, daß der Zustand
einer Formoberfläche sehr genau auf die Formgegenstände durch
ein Verfahren übertragen werden kann, daß sich von dem
herkömmlichen Verfahren zur Verbesserung der Übertragbarkeit der
Formoberfläche durch Erhitzen vollständig unterscheidet.
Genauer gesagt umfaßt die vorliegende Erfindung folgende
Verfahren:
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1. Ein Verfahren zum Formen eines thermoplastischen Harzes
durch Einfüllen eines geschmolzenen thermoplastischen Harzes
in eine Form, welches das Durchführen des Formens des Harzes
umfaßt, während die Erstarrungstemperatur der Oberfläche des
Harzes, die mit der Form während des Füllens des Harzes in
Berührung kommt, verringert wird.
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2. Ein Verfahren nach dem vorstehenden Punkt 1, wobei das
thermoplastische Harz ein amorphes Harz ist und die
Erstarrungstemperatur die Glasübergangstemperatur ist.
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3. Ein Verfahren nach den vorstehenden Punkten 1 oder 2, wobei
das thermoplastische Harz in einen Formhohlraum gefüllt wird,
der mit einem Gas mit einer Löslichkeit in dem
thermoplastischen Harz gefüllt worden ist, die mindestens doppelt so
hoch ist wie die von Luft und/oder Stickstoff bei der
Erstarrungstemperatur des Harzes.
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4. Ein Formverfahren nach dem vorstehenden Punkt 3, wobei das
Gas Kohlendioxid ist.
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5. Ein Formverfahren gemäß den vorstehenden Punkten 3 oder 4,
wobei das Gas in dem Formhohlraum unter einem Druck vorhanden
ist, bei dem mindestens 0,1 Gew.-% des Gases in dem Harz bei
der Erstarrungstemperatur des Harzes gelöst ist, und dann das
geschmolzene Harz in den Formhohlraum gefüllt wird, um das
Formen durchzuführen.
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6. Ein Formverfahren nach den vorstehenden Punkten 3 oder 4,
wobei das Gas in dem Formhohlraum unter einem Druck vorhanden
ist, bei dem mindestens 0,5 Gew.-% des Gases in dem Harz bei
der Erstarrungstemperatur des Harzes gelöst ist, und dann das
geschmolzene Harz in den Formhohlraum gefüllt wird, um das
Formen durchzuführen.
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7. Ein Formverfahren nach den vorstehenden Punkten 1, 2, 3, 4,
5 oder 6, wobei das Formen ein Spritzgießen ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein Graph, der die Löslichkeit von Kohlendioxid in
Polystyrol zeigt.
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Fig. 2 ist ein Graph, der die Löslichkeit von Stickstoff in
Polystyrol zeigt.
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Fig. 3 ist ein Graph, der die Löslichkeit von Kohlendioxid in
Polystyrol zeigt.
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Fig. 4 ist ein Graph, der die Löslichkeit von Kohlendioxid in
Polystyrol zeigt.
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Fig. 5 ist ein Graph, der die Verringerung des Tg aufgrund der
Auflösung von Kohlendioxid in Polystyrol zeigt.
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Fig. 6 ist ein Graph, der die Löslichkeit von Kohlendioxid in
PMMA/PVF&sub2;-Polymerlegierung zeigt.
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Fig. 7 ist ein Graph, der die Verringerung des Tg aufgrund der
Auflösung von Kohlendioxid in PMMA/PVF&sub2;-Polymerlegierung
zeigt.
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Fig. 8 ist ein Graph, der die Löslichkeit von Kohlendioxid in
Polycarbonat zeigt.
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Fig. 9 ist ein Graph, der die Löslichkeit von Kohlendioxid in
Polysulfon zeigt.
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Fig. 10 ist ein Graph, der die Verringerung des Tg aufgrund
der Auflösung von Kohlendioxid in den jeweiligen synthetischen
Harzen zeigt.
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Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht der Teile einer Düse
einer Spritzgießmaschine zum Durchführen der vorliegenden
Erfindung.
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Fig. 12A ist eine Querschnittsansicht der ganzen Form zum
Durchführen der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 12B ist ein Grundriß der beweglichen Seite der Form.
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Fig. 12C ist eine detaillierte Querschnittsansicht des
Außenbereichs des Formhohlraums.
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Fig. 12D ist eine detaillierte Querschnittsansicht des
versiegelten Bereichs eines Ausdrückstifts.
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Fig. 13 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines
Gaszuführapparates zeigt, der zum Durchführen der vorliegenden Erfindung
eingesetzt wird.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben das Gas in dem
Formhohlraum bemerkt, welches vermutlich die Übertragung der
Formoberfläche behindert, und der Mechanismus der Entwicklung
des gewünschten Effekts ist vermutlich wie folgt.
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Beim Spritzgießen fließt das Harz immer als laminarer Fluß in
dem Formhohlraum und bildet eine Erstarrungsschicht beim
Kontakt mit der kühlen Wandoberfläche der Form in dem
Zwischenraum, und das Harz, das später eingefüllt wird, fließt und
schreitet im Innern der erstarrten Schicht voran, und nachdem
es die Fließfront erreicht hat, fließt es auf die
Wandoberfläche der Form in einer Weise zu, die als Springfluß
bezeichnet wird. Wenn das Harz in den Formhohlraum gefüllt wird,
nachdem der Formhohlraum mit einem spezifischen Gas, wie
Kohlendioxid, unter einem angemessenen Druck gefüllt worden
ist, wird das Gas in die Fließfront des fließenden Harzes
aufgenommen und gerät in den Zwischenraum zwischen der Form
und dem Harz und wird in der Oberflächenschicht des Harzes
aufgelöst. Das in dem Harz aufgelöste Gas wirkt als
Weichmacher und verringert selektiv die Erstarrungstemperatur
ausschließlich der Harzoberfläche oder verringert die
Schmelzviskosität des Harzes. Wenn nur die Erstarrungstemperatur der
dünnen Harzoberflächenschicht verringert wird und eine
Temperatur erreicht, die niedriger ist als die
Formoberflächentemperatur, tritt keine Erstarrung während des Einfüllens des
Harzes auf, so daß die Übertragbarkeit der Formoberfläche auf
Formgegenstände merklich verbessert werden kann. Das in der
Harzoberflächenschicht aufgelöste Gas diffundiert mit einer
Zeitverzögerung in das Innere des Gases, und die
Erstarrungstemperatur der Harzoberflächenschicht wird erhöht. Deshalb
erstarrt die Oberflächenschicht in der üblichen Zeit zum
Abkühlen eines Harzes, und der Formgegenstand kann entfernt
werden.
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Im Ergebnis wurde die vorliegende Erfindung gemacht, gemäß der
das thermoplastische Harz in einen Formhohlraum gefüllt wird,
der mit einem Gas mit einer Löslichkeit in den
thermoplastischen Harz gefüllt worden ist, die mindestens doppelt so hoch
ist wie die von Luft und/oder Stickstoff bei der
Erstarrungstemperatur des Harzes. Die Wirkung dieses Vorgehens ist es,
die Erstarrungstemperatur der Harzoberfläche, welche mit der
Form in Kontakt steht, während des Füllens des Harzes zu
verringern.
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Das in der vorliegende Erfindung eingesetzte Harz kann ein
thermoplastisches Harz sein, das allgemein für Spritzgießen
eingesetzt wird.
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Bevorzugt sind amorphe thermoplastische Harze,
thermoplastische Polymerlegierungen, die hauptsächlich aus
nichtkristallinen Harzen zusammengesetzt sind, und einige kristalline
thermoplastische Harze mit niedriger Kristallinität.
Insbesondere bevorzugt sind Styrolharze, wie Polystyrol,
Styrolacrylonitrilcopolymer, Kautschukverstärktes Polystyrol,
Styrol-methylmethacrylatcopolymer, ABS-Harz und
Styrol-methylmethacrylatbutadiencopolymer, Methacrylharze, wie
Polymethylmethacrylat und Methylmethacrylatstyrolcopolymer,
Polyvinylacetat, Polycarbonat, Polyphenylenether, modifizierter
Polyphenylenether, der Polystyrol enthält, Polysulfon,
Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyarylat, Polyamidimid und
Vinylchloridharze, wie Polyvinylchlorid,
Vinylchloridethylencopolymer und Vinylchloridvinylacetatcopolyymer. Außerdem sind
Mischungen dieser Harze, amorphe Harze, die einen Teil der
kristallinen Harze enthalten, und Harze, die verschiedene
anorganische oder organische Füllstoffe enthalten, davon
umfaßt.
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In der vorliegenden Erfindung ist eine Kombination eines Gases
und eines Harzes, in dem das Gas gut gelöst ist, bevorzugt.
Wenn Kohlendioxid als Gas eingesetzt wird, kann die Verwendung
von Harzen, die eine höhere Affinität für Kohlendioxid und
eine höhere Auflösbarkeit für Kohlendioxid haben, in einer
größeren Wirkung resultieren. Außerdem kann in der
vorliegenden Erfindung eine große Wirkung auch erzielt werden, wenn
schwer verarbeitbare Harze eingesetzt werden, die
Formgegenstände mit schwachem Aussehen ergeben.
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Die Erstarrungstemperatur eines Harzes in der vorliegenden
Erfindung ist eine Temperatur, bei der ein geschmolzenes
thermoplastisches Harz in der Form erstarrt, und dies ist die
Glasübergangstemperatur für die amorphen Harze und die
Kristallisationsstarttemperatur für die kristallinen Harze. Im Fall
von inkompatiblen Polymerlegierungen ist die
Erstarrungstemperatur die Glasübergangstemperatur oder die
Kristallisationsstarttemperatur des Harzes, welches in der Insel-See-
Struktur den See darstellt. Hier bedeutet die
Kristallisationsstarttemperatur eines kristallinen Harzes die. Temperatur,
bei der die Hitzeerzeugung aufgrund der Kristallisation des
Harzes zuerst beobachtet wird, wenn das Harz auf eine
Formtemperatur erhitzt wird, um es zu schmelzen, und dann bei
einer Geschwindigkeit von 20ºC/min unter Einsatz eines
Differentialcalorimeters gekühlt wird.
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Das in den Formhohlraum zu füllende Gas ist ein Gas, das eine
hohe Löslichkeit in dem thermoplastischen Harz hat, wobei die
Löslichkeit nämlich doppelt so hoch oder höher ist als die von
Luft und/oder Stickstoff bei der Erstarrungstemperatur des
Harzes, und das eine weichmachende Wirkung auf das Harz
ausübt. Das heißt, das Gas ist in dem Formhohlraum vorhanden und
wird von der Harzoberfläche während des Füllens des Harzes
aufgenommen, um die Erstarrungstemperatur der Harzoberfläche,
die mit der Form in Kontakt steht, zu verringern. Ein Gas mit
einer Löslichkeit in dem Harz, die ähnlich ist wie die von
Luft oder Stickstoff, behindert bekanntlich die Übertragung
der Formoberfläche in dem Hohlraum, und das erfindungsgemäß
eingesetzte Gas muß eine Löslichkeit haben, die mindestens
doppelt so hoch ist wie die von Luft oder Stickstoff. Außerdem
wird das Gas unter Bedingungen ausgewählt, so daß das Harz
nicht beeinträchtigt wird, die Form oder die Formumgebung
nicht geschädigt werden, und es sollte kostengünstig sein. Ein
Gemisch von zwei oder mehr dieser Gase kann eingesetzt werden,
wenn seine Löslichkeit hoch ist. Beispiele für das Gas sind
Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Ethan und
Propan, und Flon (Fluorkohlenstoffe, Chlorfluorkohlenstoffe
usw.), die dadurch erhalten werden, daß ein Teil der
Wasserstoffe in Kohlenwasserstoffen durch Fluor und andere
Substituenten ersetzt wird. Unter ihnen kann die optimale
Verbindung in Abhängigkeit von der Art des eingesetzten
thermoplastischen Harzes ausgewählt werden. Kohlendioxid kann unter
den Gesichtspunkten der Sicherheit, Kosten und einfacher
Handhabung höchstgeeignet eingesetzt werden, und außerdem wird es
in dem Harz hoch aufgelöst und wirkt als Weichmacher, wodurch
eine große Wirkung hinsichtlich der Verringerung der
Erstarrungstemperatur des Harzes erzielt wird.
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Die Löslichkeit von Kohlendioxid in Harzen, die in der
vorliegenden Erfindung am geeignetsten eingesetzt werden kann,
und die Verringerung der Glasübergangstemperatur (im folgenden
als "Tg" bezeichnet) der Harze, welche durch Auflösung des
Kohlendioxids bewirkt wird, werden im folgenden unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erklärt.
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Die Fig. 1-10 veranschaulichen die verschiedenen Berichte in
der Literatur. Das heißt, Fig. 1 und Fig. 2 sind aus "Seikei
Kakou", '96 (JSPP '96 Tech. Papers)", 279 (1996) entnommen,
die Fig. 3, 4, 5, 6 und 9 sind aus "J. Appl. Polym. Sci.",
Vol. 30, 4019 (1985) entnommen, die Fig. 7 und Fig. 10 sind
aus "J. Appl. Polym. Sci.", Vol. 30, 2633 (1985) entnommen,
und die Fig. 8 ist aus "J. Membrane Sci.", Vol. 5, 63 (1979)
entnommen.
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Fig. 1 und Fig. 2 zeigen die Löslichkeit von Kohlendioxid und
Stickstoff in Polystyrol, und Kohlendioxid hat eine
Löslichkeit von etwa dem Zehnfachen von Stickstoff.
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Fig. 3 und Fig. 4 zeigen die Löslichkeit von Kohlendioxid in
Polystyrol, das einen flüssigen Weichmacher enthält, und Fig.
5 zeigt die Verringerung von Tg aufgrund der Auflösung von
Kohlendioxid. Die Tg von Polystyrol kann durch Auflösen von
Kohlendioxid darin leicht verringert werden.
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Die Fig. 6 und Fig. 7 zeigen die Löslichkeit von Kohlendioxid
in Polymethylmethacrylat und
Polyvinylidenfluoridpolymerlegierung und die Verringerung von Tg aufgrund der Auflösung von
Kohlendioxid. Die Tg kann durch Auflösen von Kohlendioxid
leicht verringert werden.
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Die Fig. 8 und Fig. 9 zeigen die Löslichkeit von Kohlendioxid
in Polycarbonat und Polysulfon.
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Fig. 10 zeigt die Verringerung von Tg der jeweiligen Harze
aufgrund der Auflösung von Kohlendioxid.
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Die Verringerung von Tg aufgrund der Auflösung von
Kohlendioxid ist etwa die gleiche für die Harze, ausgenommen
Polycarbonat. Im Fall von Polycarbonat ist die Verringerung von Tg
aufgrund der Auflösung von Kohlendioxid besonders groß.
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Für den Druck des in dem Formhohlraum eingeschlossenen Gases
gilt, daß mit Erhöhung des Druckes eine größere Menge des
Gases in dem Harz gelöst wird und die Erstarrungstemperatur
niedriger wird, und somit kann die Erstarrung während des
Einfüllens des Harzes selbst bei einer niedrigen
Schmelztemperatur verhindert werden. In der Praxis wird der erforderliche
Gasdruck in Abhängigkeit vom gewünschten Grad der
Formoberflächenübertragbarkeit, der Art des Harzes oder Gases, der
Formtemperatur und anderen Faktoren bestimmt. Wenn ein Gas mit
hoher Löslichkeit eingesetzt wird und die Formtemperatur höher
gesetzt wird, kann auch mit einem niedrigen Gasdruck eine
ausreichende Übertragbarkeit erzielt werden.
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Die Untergrenze des Druckes wird durch die. Wirkung des in dem
Harz aufgelösten Gases als Weichmacher bestimmt und ist ein
Druck, bei dem das Gas in einer Menge von 0,1 Gew.-% in dem
Harz bei Gleichgewichtsbedingungen bei der
Erstarrungstemperatur des Harzes aufgelöst wird, und ist vorzugsweise ein
Druck, bei dem 0,5 Gew.-% des Gases gelöst sind. Die
Löslichkeit des Gases in dem Harz ist ein Wert, der mit einem
Druckabfallverfahren gemessen wird. Selbst bei einem Druck, der
niedriger ist als die Untergrenze, oder selbst bei
Atmosphärendruck kann, wenn ein Gas mit hoher Löslichkeit, wie
Kohlendioxid, eingesetzt wird, die Wirkung erzielt werden, daß die
Übertragbarkeit gleich oder höher ist als die Wirkung, die
erzielt wird, wenn der Druck in dem Harz mit einer Vakuumpumpe
verringert wird. Wenn ein niedriger Druck ausgeübt wird, ist
es bevorzugt, die innere Atmosphäre in dem Hohlraum mit einem
spezifischen Gas soweit wie möglich zu ersetzen.
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Die Obergrenze des Druckes ist nicht besonders kritisch, er
sollte jedoch nicht zu hoch sein, da die Gefahr besteht, dass
sich die Form öffnet, oder das Versiegeln der Form schwierig
wird. Wenn diese Probleme auftreten, ist der Druck in
praktischer Hinsicht 15 MPa oder niedriger und vorzugsweise 10 MPa
oder niedriger. Der Gasdruck ist vorzugsweise so niedrig wie
möglich innerhalb des Bereichs, bei dem die gewünschte Wirkung
erzielt werden kann, um die Menge des Gases zu minimieren, die
für einen Schuß eingesetzt wird und um die Form und die
Gasversorgungsvorrichtung leichter versiegeln zu können.
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Die in der Form zum Zeitpunkt des Schließens der Form
verbleibende Luft wird vorzugsweise durch ein Gas, das während oder
nach dem Verschließen der Form verwendet wird, ersetzt. Wenn
der Gasdruck jedoch 1 MPa übersteigt, kann der Einfluß von
Luft weitgehend vernachlässigt werden.
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Nachdem der Formhohlraum mit einem Harz gefüllt ist, wird das
Gas, das aus dem Formhohlraum gedrängt wurde, freigesetzt, um
es auf Atmosphärendruck einzustellen. Die Freisetzung des
Gases wird nach dem Fühlen des Formhohlraums mit geschmolzenem
Gas durchgeführt. Nachdem der Formhohlraum mit Harz gefüllt
worden ist, ist es für die Übertragung des Zustandes der
Formoberfläche auf den Formgegenstand wünschenswert, einen
ausreichenden Druck auf das Harz in dem Formhohlraum auszuüben, bis
die Oberfläche des Formgegenstandes erstarrt ist. Insbesondere
ist es, wenn eine gestrichelte zahnähnliche Konfiguration auf
den Formgegenstand übertragen wird, notwendig, das Harz auf
die Form gegen den Gasdruck in den Einkerbungen zu pressen,
und in einem solchen Fall ist es wünschenswert, das Formen
unter einem Harzdruck durchzuführen, der höher ist als bei
üblichen Formverfahren.
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Vorzugsweise müssen einige Maßnahmen, welche die Verflüssigung
des Gases verhindern, bezüglich der Vorrichtungen zur
Versorgung des Hohlraums mit Gas und zum Entnehmen des Gases aus dem
Formhohlraum, den Gasleitungen und den Formen getroffen
werden. Das ist nicht nur deshalb der Fall, weil ein hoher
Gasdruck bei Temperaturen, bei denen die Verflüssigung des Gases
auftritt, nicht erzielt werden kann, sondern auch dann, wenn
das verflüssigte Gas das Harz in dem Hohlraum kontaktiert,
wird eine große Menge des Gases in dem Harz gelöst, und die
Oberfläche des Formgegenstandes wird nach dem Freisetzen des
Gases geschäumt, was zu einem schwachen Aussehen des
Formgegenstandes führt. Als Maßnahmen zur Verhinderung der
Verflüssigung können folgende Verfahren genannt werden. Das Gas
wird mit einem Heizer erhitzt, und die Temperatur der
Gasflußleitung und der Form wird höher gehalten als die kritische
Temperatur des Gases; ein Druckfreisetzungsventil, das den
Gasdruck in dem Hohlraum und in den Leitungen in einem
optionalen Bereich halten kann, wird bereitgestellt, um zu
verhindern, daß der Druck, der durch das aus dem Hohlraum zum
zeitpunkt des Einfüllens des Harzes ausgetriebene Gas verursacht
wird, scharf abfällt; und ein. Gasbehälter wird bereitgestellt,
der es erlaubt, daß das Gas aus dem Hohlraum rückwärts fließt.
Eine Erhöhung der Temperatur des Gases über das Maß hinaus,
das zur Verhinderung der Verflüssigung des Gases erforderlich
ist, ist jedoch nicht bevorzugt, da die Menge des Gases in dem
Hohlraum aufgrund der Expansion des Gases abnimmt.
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Um eine luftdichte Struktur der Form beim Gegendruckverfahren
oder dergleichen herzustellen, werden üblicherweise Verfahren
zum Versiegeln der Berührungsflächen der Teile eingesetzt, und
außerdem werden bewegliche Stifte, wie der Ausdrückstift, der
mit dem Hohlraum über O-Ringe verbunden ist, oder bei denen
der gesamte Ausdrückstiftplattenteil, an den der Ausdrückstift
angebracht ist, bedeckt, um diese Teile luftdicht zu machen,
Wenn ein O-Ring zum Versiegeln des Ausdrückstifts eingesetzt
wird, muß der Ausdrückstift eingesetzt werden, nachdem der O-
Ring zwischen die beiden Platten gesetzt wird. In diesem Fall
wird, wenn der O-Ring durch die Kante der Spitze des
Ausdrückstifts beschädigt wird, oder wenn der Widerstand gegen
die Einführung des Stifts zu groß ist, der O-Ring zerstört,
und eine Versiegelung kann in vielen Fällen nicht
aufrechterhalten werden. Andererseits ist, wenn eine
Kautschukverpackung mit einem U-förmigen Bereich in radialer Richtung (im
folgenden als "U-Packung" bezeichnet) zum Versiegeln
eingesetzt wird, der Widerstand gegen das Einführen zum Zeitpunkt
des Einführens des Ausdrückstifts gering, und die Form kann
ohne Beschädigung durch die Kante der Spitze des Stifts und
ohne Zerstörung hergestellt werden, und somit kann die
Versiegelung mit hoher Verläßlichkeit erzielt werden.
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Wenn außerdem ein beweglicher Stift mit einer Verpackung
versiegelt ist, wird das unter Druck stehende Gas, das in den
Raum um den Stift zwischen dem Hohlraum und der Verpackung
eintritt, in dem Raum durch das Füllen des Harzes
eingeschlossen, und wenn der Formgegenstand für das Herausnehmen
aus der Formoberfläche gekühlt wird, fließt das Gas in den
Hohlraum und beult manchmal die Oberfläche des
Formgegenstandes ein, der bis dahin nicht ausreichend erstarrt ist,
oder dehnt oder zerstört den Formgegenstand beim Öffnen der
Form. Wenn diese Probleme auftreten, ist es bevorzugt, daß
Kanäle oder Löcher, die das in den Raum um den Stift
eintretende Gas durch Durchgänge, die nicht der Hohlraum sind, aus
der Form entlassen können, in der Form vorgesehen sind, und
die Evakuierung wird gleichzeitig mit dem Herauslassen des
Gases, das unter Druck aus dem Hohlraum gepreßt wird, nachdem
der Hohlraum mit Harz gefüllt worden ist, durchgeführt. Die
Fig. 12A und 12C veranschaulichen ein Beispiel der Struktur
einer Form, aus der das unter Druck stehende Gas durch
Durchgänge, die nicht der Hohlraum sind, abgelassen werden kann.
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Das Einspritzen eines Gases in den Hohlraum ist möglich, wenn
eine Formstruktur, die üblicherweise zum Belüften des
Hohlraums eingesetzt wird, verwendet wird. Zu diesem Zweck kann
ein Schlitz eingesetzt werden, der an den Kontaktflächen an
der Peripherie des Hohlraums vorgesehen ist, ein Raum um einen
im Hohlraum eingesetzten Block oder ein Ausdrückstift, ein
Belüftungsstift, eine Auskleidung aus einem porösen
gesinterten Körper oder andere Mittel eingesetzt werden. Wenn die
Atmosphäre in dem Hohlraum durch ein Gas etwa unter
Atmosphärendruck ersetzt wird, ist ein wirtschaftliches Verfahren
erforderlich, bei dem die Luft in dem Hohlraum in einem kurzen
Zeitraum durch ein Gas in einer Menge, die so klein wie
möglich ist, so vollständig wie möglich ersetzt wird, das heißt
mit 100% Gas. Ein geeignetes Verfahren ist es, das Gas durch
eine Formeinfüllöffnung in den Hohlraum zu blasen. Durch das
Einspritzen des Gases durch die Formeinfüllöffnung vor dem
Füllen des Hohlraums mit Harz wird das Gas durch das Harz
gedrückt, und im Ergebnis wird das Harz geformt, während die
Luft, die in dem Hohlraum verbleibt, durch das Gas abgelassen
wird. Das heißt, wenn die Atmosphäre der Einfüllöffnung, des
Angußverteilers und des Anschnitts der Form ausreichend durch
ein Gas ersetzt worden ist, ist das Gasr das mit dem Harz in
Kontakt kommt, immer das eingespritzte Gas.
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Fig. 11 zeigt eine Düse, die ein Gas einspritzt, welches den
Formhohlraum aus einem Einfüllöffnungsteil der Form unter
Druck setzt. In Fig. 11 hat die Düse 2, die mit dem
Einspritzzylinder 1 verbunden ist, ein Nadelventil 4, welches die
Düsenspitze 3 öffnet und schließt. Die äußere Düse 5 ist am
Düsenspitzenteil angebracht, und der Raum 6, der durch den
Düsenkörper 2 und die äußere Düse 5 gebildet wird, ist über den
Durchgang 7 mit der Gasversorgungsquelle verbunden. Wenn die
äußere Düse 5 in leichten Kontakt mit der Form kommt, wird der
Raum 6 mit dem Hohlraum verbunden, und in diesem Zustand wird
das Gas aus dem Raum 6 in die Form gespritzt. Dann wird, wenn
der Einspritzzylinder 1 sich nach vorne bewegt, um die äußere
Düse 5 gegen die Form stark zu drücken, eine Feder, welche die
äußere Düse 5 gegen die Form drückt, zusammengedrückt und der
Düsenkörper 2 bewegt sich vorwärts, um die Verbindung zwischen
dem Raum 6 und der Form abzubrechen. In diesem Zustand wird
das Harz aus dem Einspritzzylinder 1 in die Form gefüllt.
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Die vorliegende Erfindung umfaßt auch ein Verfahren, welches
das Füllen eines Gases in einen Formhohlraum unter einem
niedrigen Druck von Atmosphärendruck bis etwa 1 MPa und anschließendes
Komprimieren des Gases in dem Hohlraum durch Füllen des
Hohlraums mit einem geschmolzenen Gas umfaßt, um das Formen
durchzuführen, während der Gasdruck erhöht wird. Wenn eine
Form der Struktur, worin das Gas in dem Hohlraum durch einen
O-Ring oder dergleichen versiegelt ist, eingesetzt wird und
der Hohlraum mit einem Gas unter einem niedrigen Druck von
Atmosphärendruck bis etwa 1 MPa eingefüllt wird und der
Hohlraum dann mit Harz gefüllt wird, wird das Gas durch das Harz
komprimiert, und der Gasdruck steigt im Verlauf des Einfüllens
des Gases. Wenn der Gasdruck steigt, steigt die Menge des in
dem Gas gelösten Gases, und das Harz wird durch das aufgelöste
Gas aufgeweicht, wodurch die Fließbarkeit erhöht wird und im
Ergebnis eine hohe Übertragbarkeit der Formoberfläche erzielt
werden kann. Im Fall von allgemeinen Spritzgießgegenständen
ist die Übertragbarkeit der Formoberfläche im Endbereich des
Harzflusses, wo die Übertragung des Injektionsdrucks
schlechter ist, geringer als im Bereich des Angusses, während gemäß
dem vorstehenden Verfahren die Übertragbarkeit der
Formoberfläche im Endbereich des Harzflusses verbessert werden
kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch für die Übertragung
von feinen Einbuchtungen, die auf der Formoberfläche vorhanden
sind, wirksam. In vielen Fällen kann das Harz nicht
ausreichend in den inneren Bereich der feinen Dellen aufgrund der
Erstarrung des Harzes während des Flusses oder aufgrund der in
den Dellen eingeschlossenen Luft eindringen. Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird jedoch, da das eingeschlossene Gas in
dem Harz absorbiert wird, das Füllen des Harzes kaum
behindert, und aufgrund der Weichmacherwirkung des absorbierten
Gases wird die Erstarrungstemperatur des Harzes gesenkt und die
Fließbarkeit erhöht. Somit kann das Harz in die innersten
Teile der Einbuchtungen gefüllt werden.
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Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein weiteres
Formverfahren bereit, gemäß dem die Wirkung der Übertragbarkeit
der Formoberfläche unter einem niedrigen Gasdruck in dem
Hohlraum verbessert werden kann. Das heißt, die vorliegende
Erfindung umfaßt ein Verfahren, bei dem das Formen
durchgeführt wird, während die Erstarrungstemperatur der
Harzoberfläche während der Einfüllstufe dadurch verringert wird, daß
eine Flüssigkeit, die in dem Harz aufgelöst ist und als
Weichmacher wirkt, in dem Zwischenraum zwischen der Form und dem
geschmolzenen Harz, die miteinander in Kontakt stehen,
vorhanden ist. Die Übertragbarkeit der Formoberfläche auf
Formgegenstände kann durch zweckmäßiges Auswählen eines Weichmachers
und durch Auftragen des Weichmachers auf die Formoberfläche in
einer zweckmäßigen Dicke verbessert werden.
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Die vorliegende Erfindung umfaßt außerdem ein Verfahren zum
Formen, welches das Einspritzen von Kohlendioxid oder
dergleichen mit einem Dampf und/oder Nebel einer Flüssigkeit, worin
Kohlendioxid oder dergleichen leicht löslich ist, in einen
gekühlten Formhohlraum umfaßt. Die hier eingesetzte Flüssigkeit
zeigt hohe Auflösbarkeit für Kohlendioxid, hat einen
Siedepunkt, der höher ist als die Formtemperatur, und löst sich in
Harzen leicht auf. In geeigneter Weise einsetzbar sind gute
Lösungsmittel oder Weichmacher für Harze, die hohe Löslichkeit
für Kohlendioxid zeigen. Im allgemeinen können Wasser, Ketone,
wie Aceton und Methylethylketon, Alkohole, wie Ethylalkohol,
und verschiedene polare Lösungsmittel eingesetzt werden.
Kohlendioxid, das einen Dampf und/oder einen Nebel einer
Flüssigkeit enthält, worin Kohlendioxid leicht löslich ist,
wird in einen gekühlten Formhohlraum eingespritzt, um die
Hohlraumoberfläche mit einer dünnen Schicht einer Flüssigkeit
zu beschichten, die aufgrund der tröpfchenweisen Kondensation
auf der gekühlten Hohlraumoberfläche eine große Menge
Kohlendioxid mit Weichmachereffekt für Harze zeigt. Das Harz wird
auf diese Oberfläche während des Formens gepreßt, um die Harzoberflächenschicht
mit einer großen Menge Kohlendioxid zu
imprägnieren, und somit kann die Übertragbarkeit der
Formoberfläche auf Formgegenstände verbessert werden. Das heißt,
dieses Verfahren umfaßt das Auftragen einer großen Menge
Kohlendioxid auf die Harzoberfläche, während nur Kohlendioxid
von niedrigem Druck in den Hohlraum dadurch eingeleitet wird,
daß eine Flüssigkeit, die eine große Menge Kohlendioxid
enthält, auf der Formoberfläche vorhanden ist. Die Dicke der
dünnen flüssigen Schicht auf der Formoberfläche muß in einem
solchen Bereich sein, daß die Harzoberfläche zum Zeitpunkt des
Einfüllens des Harzes nicht von der Formoberfläche rutscht. Im
allgemeinen ist die Dicke vorzugsweise im Bereich von etwa
0,1-10 um. Die Konzentration der Flüssigkeit in Kohlendioxid
ist vorzugsweise so, daß eine dünne flüssige Schicht der
vorstehend genannten Dicke bereitgestellt wird.
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In der vorliegenden Erfindung können verschiedene
Spritzgießverfahren zufriedenstellend eingesetzt werden. Es können
Spritzgießverfahren unter Einsatz eines niedrigen Druckes
eingesetzt werden, die im allgemeinen hinsichtlich der
Übertragbarkeit der Formoberfläche als schlechter beurteilt
werden, wie beispielsweise das gasunterstützte Spritzgießen, das
flüssigkeitsunterstützte Spritzgießen und das Spritzprägen.
Außerdem kann in geeigneter Weise ein Spritzgießverfahren
eingesetzt werden, bei dem das Harz mit einer geringen
Geschwindigkeit der Schmelzfront von 200 mm/sec oder niedriger,
insbesondere 100 mm/sec oder niedriger in die Form eingefüllt wird.
Dies umfaßt die Fälle, bei denen die Fließgeschwindigkeit des
Harzes zeitweise niedrig ist, das Fließen zeitweise
unterbrochen wird, die Fließgeschwindigkeit über den ganzen
Zeitraum gering ist, und andere Fälle. Da die Erstarrung des
Harzes zum Zeitpunkt des Einfüllens des Harzes verhindert werden
kann, treten erfindungsgemäß kaum Unterschiede in der
Übertragbarkeit der Formoberfläche auf, die Verzögerungsmarken
genannt werden und oft beim gasunterstützten Spritzgießen
beobachtet werden, die durch die Unterschiede in der
Harzfließgeschwindigkeit verursacht werden.
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Überdies kann das erfindungsgemäße Verfahren in Kombination
mit dem herkömmlichen Verfahren zum Verbessern der
Übertragbarkeit der Formoberfläche eingesetzt werden, bei dem die
Formoberflächentemperatur erhöht wird. In diesen herkömmlichen
Formverfahren neigen aufgrund der hohen Formtemperatur das
Harz und die Form dazu, beim Einfüllen des Harzes
aneinanderzuhaften, und wenn die Luft in dem Hohlraum zwischen dem Harz
und der Form eingeschlossen wird, bilden sich oft.
Einbuchtungen auf der Harzoberfläche. Durch Kombinieren dieser
Verfahren mit der vorliegenden Erfindung kann nicht nur die
Bildung von Einbuchtungen auf der Harzoberfläche vermieden
werden, es kann sondern auch eine hohe Übertragbarkeit der
Formoberfläche mit einer niedrigeren Formtemperatur erzielt
werden, und die Heizeffizienz kann verbessert werden.
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Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren in Kombination
mit dem Verfahren eingesetzt werden, bei dem das Harz während
der Harzeinfüllstufe vibriert wird, wodurch die hergestellten
Formgegenstände eine hohe Übertragbarkeit der Formoberfläche
sowie hohe mechanische Eigenschaften haben. Durch die
folgenden Verfahren können für das Vibrieren des Harzes genannt
werden: ein Verfahren, bei dem das Harz in einem
Einspritzzylinder vibriert wird (Polm. Plast. Technol. Eng. 17(1), 11
(1981), usw.); ein Verfahren, bei dem das Harz vibriert wird
("Seikei Kakou '97 (JSPP '97 Tech. Papers)", 185 (1997),
usw.); und ein Verfahren, bei dem unter Druck stehendes Gas im
Hohlraum vibriert wird (Plastics World, Juli 8 (1997), usw.).
Insbesondere kann, wenn das erfindungsgemäße Verfahren in
Kombination mit dem Verfahren, bei dem unter Druck stehendes
Gas im Hohlraum vibriert wird, die Behinderung der Übertragung
aufgrund des Stickstoffs, der herkömmlicherweise eingesetzt
wird, verhindert werden, wodurch ein hoher synergistischer
Effekt erzielt wird.
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Erfindungsgemäß wird es möglich, den Zustand der
Formoberfläche auf Formgegenstände wirtschaftlich und sehr genau zu
übertragen. Deshalb können nachfolgende Stufen, wie das
Beschichten, die in den Fällen durchgeführt werden, in denen das
Aussehen der Formgegenstände schlecht ist, vermieden werden,
und die Kosten für die Teile können stark verringert werden.
Zusätzlich kann die Produktion von flachen Linsen stark erhöht
werden, die bislang durch Preßgießen mit niedrigerer
Produktivität als durch Spritzgießen hergestellt wurden, weil das
Preßgießen eine feine Konfiguration der Formoberfläche auf die
Formgegenstände nicht einheitlich übertragen kann. Deshalb
können neue Verwendungen des Spritzgießens erwartet werden.
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Als Formgegenstände, die durch das erfindungsgemäße Verfahren
in geeigneter Weise hergestellt werden können, können
Spritzgießgegenstände aus Harz, wie Teile für optische Instrumente,
Gehäuse von leichten elektrischen Geräten und elektronische
Geräte, Büromaschinen, verschiedene Automobilteile,
verschiedene Alltagsgegenstände und dergleichen genannt werden. Das
vorliegende Verfahren ist geeignet, das Aussehen von Gehäusen
für elektronische Gegenstände, elektrische Gegenstände und
Büromaschinen zu verbessern, die durch Mehrpunkt-Angüsse
spritzgegossen werden, was zu vielen Schweißlinien und
außerdem zu dem Aussehen von mattierten Formgegenständen und
gemusterten Gegenständen führt. Überdies ist das
erfindungsgemäße Verfahren geeignet, Spritzgießgegenstände für
verschiedene optische Teile herzustellen, beispielsweise Linsen, die
aus transparenten synthetischen Harzen bestehen, wie
lentikuläre Linsen und Fresnel-Linsen, Aufnahmescheiben; wie optische
Scheiben und Flüssigkristallanzeigeteile, wie Leuchtplatten
und Diffusorplatten. Das erfindungsgemäße Verfahren hat die
Wirkungen, daß Formgegenstände, die durch das erfindungsgemäße
Verfahren hergestellt werden, hinsichtlich der Übertragbarkeit
der Formoberfläche und hinsichtlich des Glanzes verbessert
sind, hinsichtlich des schlechten Aussehens, das durch
Schweißlinien verursacht wird, verbessert sind, und
hinsichtlich der Reproduzierbarkeit von scharfen Kanten der
Formoberfläche und der feinen Unregelmäßigkeiten der Formoberfläche
verbessert sind.
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Weitere Wirkungen sind die Verringerung von inneren
Verformungen, die neben der Oberfläche der Farmgegenstände zum
Zeitpunkt des Einfüllens des Gases gebildet werden, die.
Verringerung der Doppelbrechung, die Verbesserung der chemischen
Beständigkeit und die Verbesserung der
Beschichtungseigenschaften aufgrund der Verringerung der Orientierung des zugegebenen
Kautschuks. Da die Bildung von Gas aus der Schmelzfront bei
der Stufe des Einfüllens des Gases durch Einschließen des
Gases bei hohem Druck in den Hohlraum behindert wird, können
außerdem die Wirkungen, wie die Verringerung von Verformungen
der Form und die Verringerung des Aufwandes, der für die
Entfernung des Formgegenstandes erforderlich ist, erwartet
werden.
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Die Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden
durch die Beispiele und Vergleichsbeispiele eingehender
erklärt.
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Die für das Spritzgießen eingesetzten Harre waren
Kautschukverstärktes Polystyrol (STYRON 400, hergestellt von Asahi
Kasei Kogyo K. K.), ein ABS-Harz, das mit 20% Glasfasern
gefüllt ist (STYRAC ABS R240A, hergestellt von Asahi Kasei
Kogyo K. K.), ein Methacrylharz (DELPET 80NH, hergestellt von
Asahi Kasei Kogyo K. K.) und ein Polycarbonat (PANLITE L1225,
hergestellt von Teijin Kasei Co., Ltd.).
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Als Gas wurde Kohlendioxid mit einer Reinheit von 99% oder
höher eingesetzt. Die eingesetzte Formmaschine war SG50,
hergestellt von Sumitomo Heavy Industries Ltd.
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Der Formgegenstand ist eine quadratische flache Platte von 100
mm · 100 mm mit 2 mm Dicke. Die Struktur der Form ist in den
Fig. 12A-12D gezeigt, und die Gasversorgungsvorrichtung ist
in Fig. 13 gezeigt. Was die Formoberfläche betrifft, wurde die
Hälfte der Hohlraumoberfläche auf der beweglichen Seite einer
Satinierungsbehandlung unterzogen, und die andere Hälfte war
eine spiegelnde Oberfläche. Ein direkter Anguß von 8 mm
Durchmesser wurde in der Mitte des Formgegenstandes bereitgestellt,
und die Länge der Einfüllöffnung war 58 mm, und der
Durchmesser des Düsenberührungsteils war 3,5 mm. Ein Schlitz 8 mit
0,05 mm Tiefe, ein Gasflußkanal 9, und ein Loch 10, das mit
der Außenseite der Form durch den Gasflußkanal 9 in Verbindung
steht, wurden an der Außenseite des Formhohlraums zum
Einleiten und Ablassen des Gases bereitgestellt. Die Form wurde mit
der Gasversorgungsvorrichtung über die Leitung 10 verbunden,
und ein O-Ring 11 wurde um den Lüftungsschlitz und das Loch
versiegelt, um den Hohlraum luftdicht zumachen. Außerdem
wurde der Ausdrückstift 12 durch Einführen einer U-Packung 15
zwischen dem Hohlraumblock 13 und der Sicherungsplatte 14
versiegelt. Die eingesetzte U-Packung gehört zur MPR-Serie, die
von Nippon Valqua Industries, Ltd., hergestellt wird. Das Loch
10, welches mit der Außenseite der Form in Verbindung steht,
steht auch mit dem Raum um den Ausdrückstift 12 und dem Raum
zwischen dem Hohlraumblock 13 und der Sicherungsplatte 14 in
Verbindung, und somit kann das Gas indem Raum gleichzeitig
mit dem Abschluß des Füllens des Harzes abgelassen werden.
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In der Gasversorgungsvorrichtung wurde eine Bombe 16, die mit
verflüssigtem Kohlendioxidgas gefüllt war und bei 40ºC
gehalten wurde, als Quelle zur Versorgung mit Gas von etwa 12 MPa
eingesetzt. Das Gas wird von der Bombe 16 durch den Heizer 17
bereitgestellt und auf einen gegebenen Druck durch das
Reduzierventil 18 eingestellt, und dann wird es in einem
Gasbehälter 19 mit 100 cm³ Innenvolumen, der bei etwa 40ºC
gehalten wird, gelagert. Das Einleiten des Gases in den
Formhohlraum wird durch Öffnen des Solenoid-Ventils 20, das
stromabwärts vom Gasbehälter 19 bereitgestellt ist, und
gleichzeitiges Schließen des Freisetzungs-Solenoid-Ventils 21
durchgeführt. Der Gasbehälter und der Formhohlraum stehen
während des Einfüllens des Harzes miteinander in Verbindung.
Gleichzeitig mit dem Abschluß des Befüllens mit dem Harz wird
das Solenoid-Ventil 20 geschlossen und das Freisetzungs-
Solenoid-Ventil 21 wird geöffnet, wodurch das Gas aus der Form
abgelassen wird. Im Fall des Komprimierens des Gases in den
Hohlraum durch Einfüllen eines geschmolzenen Harzes zur
Erhöhung des Druckes nach Zuführen des Gases wird das Solenoid-
Ventil 20 gleichzeitig mit dem Starten des Befüllens mit Harz
geschlossen, und das Freisetzungs-Solenoid-Ventil 21 wird nach
dem Abschluß des Befüllens mit Harz geöffnet. Eine nicht
notwendige Erhöhung des Druckes während des Befüllens mit Harz
wird durch Ablassen des Gases aus dem Druckminderungsventil 22
verhindert.
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Die Übertragbarkeit des Zustandes der Formoberfläche wurde
durch Messen des Oberflächenglanzes des verspiegelten
Oberflächenteils durch Beobachten mit einem Lichtmikroskop und
durch Messen der Rauheit des satinierten Teils beurteilt. Ein
Glanzmeßgerät UGV-5K mit variierbaren Winkeln, hergestellt von
Suga Shikenki Co., Ltd., wurde für die Messung des
Oberflächenglanzes eingesetzt, und SURFCOM 575A, hergestellt von
Tokyo Seimitsu Co., Ltd., wurde für die Messung der
Oberflächenrauheit eingesetzt.
Beispiel 1
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Eine Form mit einer Hohlraumoberflächentemperatur von 70ºC
wurde mit Kohlendioxid unter einem Druck von 5,0 MPa gefüllt,
und das mit Kautschuk verstärkte Polystyrol mit einer
Harztemperatur von 220ºC wurde mit einer Befüllzeit von 0,6
Sekunden oder 2,4 Sekunden eingefüllt. Ein Harzdruck von 35 MPa
im Zylinder wurde während 10 Sekunden aufrechterhalten, und
das Harz wurde 20 Sekunden gekühlt. Der Formgegenstand wurde
dann entfernt. Kohlendioxid, das in die Form gefüllt war,
wurde gleichzeitig mit dem Abschluß des Befüllens mit Harz in die
Atmosphäre entlassen.
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Der Oberflächenglanz der erhaltenen Formgegenstände würde
gemessen, und es ergab sich, daß sie hinsichtlich des
Oberflächenglanzes unabhängig von der Füllzeit hervorragend waren
(60º Spiegelglanz = 101 für beide Proben).
Beispiel 2
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Formgegenstände wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1
erhalten, außer daß der Druck des Kohlendioxids, das in die
Form gefüllt war, 2,5 MPa war.
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Der Oberflächenglanz der erhaltenen Formgegenstände wurde
gemessen, und es ergab sich, daß sie hinsichtlich des
Oberflächenglanzes unabhängig von der Befüllzeit hervorragend
waren (60º Spiegelglanz = 88 für beide Proben).
Beispiel 3
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Formgegenstände wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2
erhalten, außer daß die Temperatur der Formhohlraumoberfläche
80ºC war.
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Der Oberflächenglanz der erhaltenen Formgegenstände wurde
gemessen, und es ergab sich, daß sie hinsichtlich des Oberflächenglanzes
unabhängig von der Befüllzeit hervorragend waren
(60º Spiegelglanz = 108 für beide Proben).
Beispiel 4
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Formgegenstände wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1
erhalten, außer daß das ABS-Harz, das mit 20% Glasfasern
gefüllt war, eingesetzt wurde, die Temperatur der
Formhohlraumoberfläche 88ºC war, die Harztemperatur 240ºC war und der
Haltedruck 70 MPa war.
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Der Oberflächenglanz der erhaltenen Formgegenstände wurde
gemessen, und es ergab sich, daß sie hinsichtlich des
Oberflächenglanzes unabhängig von der Befüllzeit (60º Spiegelglanz
= 99 für beide Proben) hervorragend waren.
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Außerdem wurde die Oberfläche der Formgegenstände mit einem
Mikroskop bei 100-facher Vergrößerung beobachtet, und es wurde
gefunden, daß im wesentlichen keine Glasfasern auf der
Oberfläche auftraten, und die Oberfläche beider Gegenstände war
glatt.
Beispiel 5
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Die Form mit einer Hohlraumoberflächentemperatur von 80ºC
wurde mit Kohlendioxid bei einem Druck von 5,0 MPa gefüllt, und
das Methacrylharz mit einer Harztemperatur von 240ºC wurde mit
einer Befüllzeit von 0,6 Sekunden gefüllt. Ein Harzdruck von
80 MPa im Zylinder wurde während 10 Sekunden gehalten, und das
Harz wurde 20 Sekunden gekühlt. Der Formgegenstand wurde dann
entfernt. Kohlendioxid, das in die Form gefüllt war, wurde
gleichzeitig mit dem Abschluß des Befüllens mit Harz in die
Atmosphäre entlassen.
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Der erhaltene Formgegenstand hatte eine Oberflächenrauheit
Rmax von 12,0 um im satinierten Teil.
Beispiel 6
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Die Form mit einer Hohlraumoberflächentemperatur von 120ºC
wurde mit Kohlendioxid bei einem Druck von 5,0 MPa gefüllt,
und das Polycarbonat mit einer Harztemperatur von 300ºC wurde
mit einer Füllzeit von 0,6 Sekunden gefüllt. Ein Harzdruck von
120 MPa im Zylinder wurde während 10 Sekunden gehalten, und
das Harz wurde 20 Sekunden gekühlt. Der Formgegenstand wurde
dann entfernt. Kohlendioxid, das in die Form gefüllt war,
wurde gleichzeitig mit dem Abschluß des Befüllens mit Harz in
die Atmosphäre entlassen.
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Der erhaltene Formgegenstand hatte eine Oberflächenrauheit
Rmax von 11,5 um im satinierten Teil.
Vergleichsbeispiel 1
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Formgegenstände wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1
erhalten, außer daß die Form in die Atmosphäre geöffnet wurde,
ohne daß sie mit der Gasversorgungsvorrichtung in Verbindung
stand.
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Der Oberflächenglanz der erhaltenen Formgegenstände wurde
gemessen. Es wurde gefunden, daß der 60º Spiegelglanz 61 war,
wenn die Befüllzeit 0,6 Sekunden war, und 48 war, wenn die
Befüllzeit 2,4 Sekunden war, und somit war der
Oberflächenglanz dieser Formgegenstände schlechter und hing von der
Befüllzeit ab.
Vergleichsbeispiel 2
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Formgegenstände wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1
erhalten, außer daß Stickstoff als das Gas eingesetzt wurde,
das in die Form gefüllt wurde.
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Der Oberflächenglanz der erhaltenen Formgegenstände wurde
gemessen. Im Ergebnis wurde gefunden, daß diese
Formgegenstände denen des Vergleichsbeispiels 1 hinsichtlich
des Oberflächenglanzes unterlegen waren (60º Spiegelglanz =
46, wenn die Befüllzeit 0,6 Sekunden war, und 60º Spiegelglanz
= 40, wenn die Befüllzeit 2,4 Sekunden war).
Vergleichsbeispiel 3
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Formgegenstände wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 4
erhalten, außer daß die Form in die Atmosphäre geöffnet wurde,
ohne daß sie mit der Gasversorgungsvorrichtung in Verbindung
stand.
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Der Oberflächenglanz der erhaltenen Formgegenstände wurde
gemessen. Es wurde gefunden, daß der 60º Spiegelglanz 85 war,
wenn die Befüllzeit 0,6 Sekunden war, und 62 war, wenn die
Befüllzeit 2,4 Sekunden war, und somit war der Spiegelglanz
dieser Formgegenstände schlechter und hing von der Befüllzeit
ab.
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Außerdem wurde die Oberfläche der Formgegenstände mit einem
Mikroskop beobachtet, und es wurde gefunden, daß viele
Glasfasern und Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche vorhanden
waren.
Vergleichsbeispiel 4
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Ein Formgegenstand wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 5
erhalten, außer daß die Form in die Atmosphäre geöffnet wurde,
ohne daß sie mit der Gasversorgungsvorrichtung in Verbindung
stand.
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Die Oberflächenrauheit Rmax des satinierten Teils des
erhaltenen Formgegenstandes war 8,2 um.
Vergleichsbeispiel 5
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Ein Formgegenstand wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 6
erhalten, außer daß die Form in die Atmosphäre geöffnet wurde,
ohne daß die Gasversorgungsvorrichtung damit in Verbindung
stand.
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Die Oberflächenrauheit Rmax des satinierten Teils des
erhaltenen Formgegenstandes war 7,4 um.
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Die Ergebnisse der Beispiele und Vergleichsbeispiele sind in
den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Tabelle 1. 60º Spiegelglanz in den Beispielen und Vergleichsbeispielen
Tabelle 2. Oberflächenrauheit Rmax des satinierten Teils in den Beispielen und
Vergleichsbeispielen