DE69917691T2

DE69917691T2 - Formmasse zur Herstellung von Gegenständen aus Cellulosefasern und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69917691T2
Application number: DE69917691T
Authority: DE
Inventors: Seiichi Moriguchi-shi Ueda; Seio Moriguchi-shi Higaki; Manabu Moriguchi-shi Sudo; Kousuke Moriguchi-shi Yagi; Masahiko Moriguchi-shi Funaki
Original assignee: Daiho Industrial Co Ltd
Current assignee: Daiho Industrial Co Ltd
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2019-02-10
Also published as: EP0936245A3; EP0936245B1; DE69917691D1; US6254814B1; CA2260410A1; EP0936245A2; CA2260410C

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen und Herstellen eines biologisch abbaubaren Gegenstandes wie beispielsweise eines Anzuchtgefäßes für Saaten, eines aufladungsfreien Gegenstandes wie beispielsweise eines Verpackungsbehälters für die Lieferung von CDs oder einer Transportschale für einen IC, wobei der genannte Gegenstand aus Altpapier oder Holzzellstoffpapier besteht.
(1) Formmasse
Wenn ein Altpapier enthaltender Gegenstand unter Verwendung einer herkömmlichen Formsubstanz geformt wurde, trat bislang während des Verfahrensschritts des Knetens das Problem auf, dass diese Formmasse leicht an der Wand der Knetvorrichtung oder am Stempel klebte, was zu einer schlechten Verarbeitbarkeit führte.
Auch bei dem Verfahrensschritt, bei welchem die in einen Hohlraum einer Form eingefüllte Formmasse getrocknet und verfestigt wird, trocknet und verfestigt sich die mit der Wand des Hohlraums in Kontakt befindliche Oberfläche zuerst, so dass sich eine Oberflächenschicht bildet. Da diese Oberflächenschicht unmittelbar nach dem Einfüllen sehr dünn ist, besteht die Möglichkeit, dass diese Oberflächenschicht an der wand des Hohlraums haftet, wenn Dampfdruck oder der Einfülldruck auf die Oberflächenschicht wirkt. In einem solchen Fall verdampft das der Formmasse zugefügte Wasser durch die auf eine hohe Temperatur erhitzte Form verdampft. Dabei ist es schwierig, den Wasserdampf mit Hilfe eines Entgasungsmittels durch die Trennfläche zwischen der Wandung des Hohlraums und der Oberflächenschicht abzuführen.
Wenn die Oberflächenschicht an der Wandung des Hohlraums haftet, dann besteht außerdem das Problem der Rissentwicklung in dem Formgegenstand, wenn ein verfestigter Formgegenstand entformt wird, was auf den Reibungswiderstand an der Hohlraumwandung zurückzuführen ist.
(2) Formungsverfahren
Beim herkömmlichen Verfahren zum Formen eines Zellulosefaserstoff enthaltenden Gegenstandes werden die Formmasse, welche durch das Zufügen und das Kneten pulverförmigen Altpapiers erhalten worden ist, Stärke und Wasser in den Hohlraum einer erhitzten Form gefüllt und dann durch das Abführen von Wasserdampf aus der Formsubstanz getrocknet und verfestigt.
Als Mittel zum Abführen des Wasserdampfes wird eine flaschenförmige Form vorgeschlagen, die mit Entgasungsmitteln auf der Grundlage von Mikroporen in der Hohlraumwandung ausgestattet ist (siehe zum Beispiel JP-A-9-76213). Wenn das Formen mit einer derartigen flaschenförmigen Form durchgeführt wird, so wird vorgeschlagen, den Einfülldruck zu erhöhen, damit ein Formgegenstand erhalten wird, welcher sehr gute Transporteigenschaften, eine hohe Maßhaltigkeit, eine geringe Luftdurchlässigkeit und eine hohe Dichte aufweist (siehe zum Beispiel JP-A-9-109113). In einem solchen Fall wird eine Positivform verwendet, um zu verhindern, dass die Formmasse aus dem Hohlraum fließt, selbst wenn die Form nur leicht geöffnet wird. Und nach dem Einfüllen der Formmasse bei leichtem Öffnen der Positivform wird ein Teil des Wasserdampfes mit Hilfe der Entgasungsmittel abgeführt. Dann wird der verbleibende Wasserdampf abgeführt, nachdem die Form geschlossen worden ist.
Außerdem gibt es auch ein Verfahren zum Abführen des Wasserdampfes, ohne dass Entgasungsmittel vorgesehen werden, wenn ein Zellulosefaserstoff enthaltender Gegenstand geformt wird (siehe zum Beispiel JP-A-10-29250). Bei diesem Verfahren wird vorgeschlagen, die Form so weit zu öffnen, dass sich ein Spalt von etwa 1 mm bildet und der Wasserdampf durch diesen Spalt während des Trocknungsschrittes austritt. Es soll hier angemerkt werden, dass eine Formmasse benutzt wird, welche 3 bis 100 Gewichtsanteile Gluten als Bindemittel und 20 bis 150 Gewichtsanteile Wasser auf 100 Gewichtsanteile Rohpapier enthält.
Wenn bei dem Formungsverfahren unter Verwendung einer Form, welche mit Entgasungsmitteln auf der Grundlage von Mikroporen ausgestattet ist, der Hohlraum einen Bereich aufweist, wo ein dünner Formgegenstand geformt werden soll, oder eine schmale Rille, um eine Rippe zu formen, dann ist es erforderlich, die Fließfähigkeit der Formmasse in diesem Hohlraum dadurch zu erhöhen, dass man einen hohen Einfülldruck in Anwendung bringt, um die Formmasse gleichförmig in den Hohlraum zu bringen.
Andererseits wird die in den Hohlraum eingefüllte Formmasse vom Oberflächenbereich aus erhitzt und getrocknet, der sich mit der auf eine hohe Temperatur erhitzten Wandung des Hohlraums in Kontakt befindet. Folglich bildet sich auf diesem Oberflächenbereich der Formmasse eine verfestigte Oberflächenschicht (nachfolgend einfach als „Oberflächenschicht" bezeichnet) aus. Da aber die Wärmeübertragung in den mittleren Bereich der Formmasse verzögert erfolgt, befindet sich die Formmasse im mittleren Bereich im fließfähigen Zustand mit einer relativ niedrigen Viskosität. Da die aus der Formmasse gebildete Oberflächenschicht weich ist und in Form eines dünnen Films vorliegt, erleidet diese Oberflächenschicht leicht Bruch infolge eines erhöhten Einfülldrucks, und die im mittleren Bereich vorhandene fließfähige Formmasse fließt in die Mikroporen der Entgasungsmittel, so dass diese Mikroporen verschlossen werden. Nun besteht nämlich das Problem darin, dass es schwierig wird, die Formmasse schnell zu trocknen und zu verfestigen, weil das Austreten des Wasserdampfes verhindert wird.
Um die Zeitspanne für das Trocknen der Formmasse zu verkürzen, ist es außerdem erforderlich, die Temperatur der Form nicht niedriger als auf 120°C, vorzugsweise nicht niedriger als auf 130°C, einzustellen, um die Erzeugung von Wasserdampf zu erleichtern. Bei diesem Verfahren, bei welchem der Wasserdampf dadurch abgelassen wird, dass man die Form so weit öffnet, dass sich der Spalt von etwa 1 mm bildet, ohne dass Entgasungsmittel mit Mikroporen vorhanden sind, fließt jedoch wegen des Wasserdampfdrucks die Formmasse in den großen Spalt der Form, und es bildet sich leicht ein Grat, wenn die Temperatur der Form auf nicht weniger als 120°C eingestellt ist. Es besteht auch die Neigung, dass infolge des Fehlens an Formmasse in dem Hohlraum der Form leicht ein Lunker erzeugt wird. Die Stärke des Formgegenstandes, der durch die Verwendung einer solchen Art von Zellulosefaserstoff erhalten wird, ist gewöhnlich so dünn, dass es wirklich von Nachteil ist, wenn ein Grat oder ein Lunker mit einer Abmessung von ungefähr 1 mm an einem solch dünnen Formgegenstand gebildet wird.
Wenn die Temperatur der Form nicht höher als 120°C ist, dann ist es andererseits erforderlich, dass man die zuzufügende Menge an Wasser erhöht, damit das Gluten dazu gebracht wird, seine Bindeeigenschaften voll zur Wirkung zu bringen, und die Formmasse in den fließfähigen Zustand gebracht wird. Jedoch weist selbst dann, wenn die auf den Feststoffgehalt an Zellulosefaserstoff und Gluten bezogene Menge an Wasser herbgesetzt wird, die Formmasse noch eine gewisse Fließfähigkeit auf, und es besteht dennoch eine gewisse Neigung zur Gratbildung. Wenn die Menge an Wasser groß ist, gibt es folglich Probleme dergestalt, dass sich weiterhin leicht Grat bildet und dass der Formzyklus nicht verkürzt werden kann, weil die Temperatur der Form niedrig ist und die Trocknungszeitspanne länger wird.
Man wartet gespannt darauf, dass es gelingt, das Formungsverfahren durchzuführen, ohne dass man Entgasungsmittel mit Mikroporen vorsehen muss und ohne dass Grat erzeugt wird, wobei der Wasserdampf innerhalb einer kurzen Zeitspanne kontinuierlich und zuverlässig abgeführt und der Einfülldruck erhöht werden können.
(3) Form
Bislang wird, wenn ein Formgegenstand geformt werden soll, die Gestalt des Hohlraums einer Form auf der Grundlage der äußeren Gestalt des zu erhaltenden Gegenstandes hergestellt, und die Formmasse wird in den Hohlraum eingefüllt, wonach sich die Formmasse verfestigt.
Abgesehen von dem Fall, bei welchem man die Oberfläche dadurch behandelt, dass man eine Unregelmäßigkeit ausbildet, wird die Wandung des Hohlraums in einer allgemein gebräuchlichen Form durch Schleifen geglättet oder wird durch Hochglanzpolieren in einen spiegelblanken Zustand gebracht, damit die eingefüllte Formsubstanz leicht fließen kann.
Wenn die Formmasse in den herkömmlichen Hohlraum, der eine geglättete oder spiegelblanke Oberfläche aufweist, eingefüllt wird, dann wird die Formmasse von der Grenzfläche zwischen der Hohlraumwandung und der Formmasse aus in dem Fall abgekühlt, wo die Formmasse ein thermoplastisches Harz enthält. Folglich bildet sich, wie weiter vorn beschrieben, auf dem Oberflächenbereich der Formmasse eine verfestigte Oberflächenschicht und der innere Bereich der Formsubstanz, in welchen die Wärmeübertragung verzögert erfolgt, befindet sich im fließfähigen Zustand mit einer relativ niedrigen Viskosität. Da die auf dem Oberflächenbereich der Formmasse gebildete Oberflächenschicht an der Hohlraumwandung haftet, wird die Formmasse nach dem thermomechanischen Effekt eingefüllt, wie das in 1 dargestellt ist, damit ein homogen geformter Gegenstand entsteht.
Die Formmasse C wird nämlich in den Hohlraum B der Form A eingefüllt, dort bildet sich an der Oberfläche der mit der Wandung D des Hohlraums B in Kontakt befindlichen Formmasse die Oberflächenschicht E. Da die Oberflächenschicht E an der Wandung D des Hohlraums B haftet, gleitet die Oberflächenschicht E nicht auf der Oberfläche der Wandung D.
Wenn die Formmasse in den Hohlraum B eingefüllt worden ist, verfestigt sich die Formmasse in dem Oberflächenbereich, welcher an die Wand D angrenzt, zuerst. Da jedoch der innere Bereich der Formmasse, welcher über die Oberflächenschicht E hinweg von der Wandung D weiter entfernt liegt, Fließvermögen besitzt und fließen kann, fließt die Formmasse an der oberen Stelle der fließenden Formmasse in Richtung auf die Wandung D des Hohlraumes B, so dass sich nach und nach die Oberflächenschicht E ausbildet. Die früher eingefüllte Formmasse bildet denjenigen Bereich des Formgegenstandes, welcher dem Bereich um den Anguss herum entspricht, und die zuletzt eingefüllte Formmasse bildet den inneren Bereich und den vorderen Bereich des Formgegenstandes.
In dem Fall, wo die Formmasse ein durch hitzehärtbares Harz enthält, bildet sich die Oberflächenschicht nicht auf dem Oberflächenbereich der Formmasse, und es liegt Fließfähigkeit vom inneren Bereich bis hin zum vorderen Bereich der Formmasse vor. Folglich wird die Formmasse in Form einer Pfropfenströmung eingefüllt, was bedeutet, dass der innere Bereich und der vordere Bereich der Formmasse theoretisch mit fast der gleichen Geschwindigkeit fließen, so dass ein homogen ausgeformter Gegenstand gebildet wird.
Andererseits wird in dem Fall, wo eine Formmasse, welche durch das Kneten eines Zellulosefaserstoffs erhalten wird, zu dem mindestens ein wasserlösliches Bindemittel und eine große Menge an Wasser gegeben wurden, mittels einer erhitzten Form ausgebildet wird, so trocknet und verfestigt sich die Formmasse genau zu der Zeit, während der sich die Formmasse in Kontakt mit der Wandung der Form befindet. Und die Oberflächenschicht bildet sich auf dem Oberflächenbereich der Formmasse auf fast die gleiche Art und Weise wie im Fall des thermoplastischen Harzes.
In diesem Falle befindet sich jedoch Wasserdampf an der Grenzfläche zwischen der gebildeten Oberflächenschicht und der Hohlraumwandung. Dieser Wasserdampf bildet sich aus der großen Menge an Wasser, welche sich in der Formmasse befindet. Folglich ist die Haftung zwischen der Oberflächenschicht und der Hohlraumwandung in beachtlicher Weise herabgesetzt. Als Ergebnis dessen wird die Oberflächenschicht infolge des Einfülldrucks von der fließenden Formmasse gezogen oder geschoben und gleitet daher leicht. Entsprechend dieser Erscheinung ergibt sich ein Problem, welches nachfolgend beschrieben wird.
Wenn nämlich die Formmasse, welche einen Zellulosefaserstoff, mindestens ein wasserlösliches Bindemittel und Wasser enthält, in den Hohlraum, welcher eine geschliffene oder polierte Wandung aufweist, eingefüllt wird, fließt die Formmasse in diesem Hohlraum nach der Art und Weise eines Gleitfließens, wie das in 2 dargestellt ist, was bedeutet, dass hauptsächlich die Oberflächenschicht während des Gleitens fließt. Dies erfolgt deswegen so, weil die auf dem Oberflächenbereich der Formmasse gebildete Oberflächenschicht eine geringere Haftung an der Hohlraumwandung aufweist.
Die Formmasse C, welche in den Hohlraum B der Form A eingefüllt wurde, bildet an der Grenzfläche zwischen der Wandung D des Hohlraumes B und der Formmasse die Oberflächenschicht E. Da jedoch diese Oberflächenschicht E eine geringere Haftung an der Wandung D des Hohlraumes B aufweist, wird die Oberflächenschicht E von der Formmasse gezogen, welche zum Beispiel mit dem Einfülldruck fließt, und dringt folglich weiter in den Hohlraum, während sie auf der Oberfläche der Wandung D gleitet. Das Ergebnis davon ist, dass die früher in den Hohlraum B eingefüllte Formmasse den vorderen Bereich des zu erhaltenden Formgegenstandes bildet. Andererseits bildet die zuletzt eingefüllte Formmasse den Bereich um den Anguss herum.
Diese Erscheinung des Gleitfließens kann nicht überall auf der Wandung D des Hohlraumes B beobachtet werden. In dem Fall, wo der Grad des spiegelblanken Zustandes der Hohlraumwandung sich in Abhängigkeit von dem Bereich der Wandung ändert, sind zwei Bereiche vorhanden, d. h. derjenige Bereich, wo die Oberflächenschicht das Gleiten erleichtert, und der Bereich, wo die Oberflächenschicht nicht zum Gleiten neigt. Da die Wand D des technisch hergestellten Hohlraumes nicht notwendigerweise glatt ist, sind auch in diesem Fall zwei Bereiche vorhanden. In dem Bereich, wo die Oberflächenschicht das Gleiten erleichtert, lässt sich die Formmasse mit einem geringen Widerstand einfüllen, und die Strecke, welche die Formmasse zurück legt, wird lang. In dem Bereich, wo die Oberflächenschicht nicht zum Gleiten neigt, besteht dagegen das Problem darin, dass die Fließstrecke, welche die Formmasse zurück legt, kurz wird, was zu einer unausgeglichenen Einfüllung führt, da die Fließgeschwindigkeit der Formmasse niedrig wird.
Ein weiteres Problem besteht auch darin, dass kurz vor dem Abschluss des Einfüllens derjenige Bereich, wo das Fließen der Formmasse verzögert wird, zu fließen beginnt und eine Bindenaht mit der früher eingefüllten Formmasse bildet. Dann besteht weiterhin ein Problem darin, dass an der Bindenaht die Formmasse nicht die Neigung zeigt, eine feste Verbindung einzugehen, und die Festigkeit der Bindenaht wird herabgesetzt, so dass sich daraus ein Riss entwickelt, wenn die Form auf eine hohe Temperatur erhitzt wird. Dies ist so, weil der vordere Bereich der fließenden Formmasse bis zu einem gewissen Grade getrocknet wird und es schwierig ist, die in der Formmasse enthaltenen Fasern in der Bindenaht miteinander zu verflechten.
Wenn im Fall eines relativ breiten Formgegenstands die Fließstrecke lang ist, bildet außerdem die früher eingefüllte Formmasse durch das Gleitfließen den vorderen Bereich der fließenden Formmasse. Wenn der vordere Bereich eine lange Strecke zurück legt, so wie sie ist, so trocknet dementsprechend der vordere Bereich, so dass er seine Fließfähigkeit verliert, falls die Temperatur der Form hoch ist. Als Ergebnis treten nicht nur Probleme dahingehend auf, dass das Fließen angehalten wird, sondern auch dahingehend, dass die mechanische Festigkeit der Bindenaht beträchtlich herabgesetzt wird und der erhaltene Formgegenstand brüchig wird, weil es Schwierigkeiten bereitet, die getrocknete Formmasse an der Bindenaht zum Haften zu bringen und die Verbindung untereinander herzustellen. Weiterhin besteht ein Problem darin, dass der erhaltene Formgegenstand in sich einen Lunker oder eine Materialfehlstelle aufweist, wenn das Fließen während des Schrittes der Ausbildung der Bindenaht zum Stillstand kommt.
Kurze Darstellung der Erfindung
Um das oben erwähnte Problem (2) beim Formgebungsvorgang der vorliegenden Erfindung zu lösen, wird eine Formmasse, welche durch Kneten eines Zellulosefaserstoffs, dem mindestens ein wasserlösliches Bindemittel und Wasser zugegeben wurde, hergestellt wurde, in den Hohlraum eingefüllt, welcher bei einer relativ hohen Temperatur durch das Schließen einer stationären Seite und einer beweglichen Seite der Form gebildet wird, wobei die Trennflächen der beiden Seiten der Form dicht geschlossen werden. Danach wird ein Feinspalt zwischen den beiden Trennflächen durch geringfügiges Öffnen der stationären Seite und der beweglichen Seite gebildet, damit durch diesen das in der Formmasse befindliche Wasser, nachdem dieses verdampft ist, entweichen kann. Und schließlich wird die Formmasse getrocknet und verfestigt.
Während die neuartigen Merkmale der Erfindung insbesondere in den angefügten Ansprüchen herausgestellt werden, wird die Erfindung sowohl hinsichtlich ihrer Gliederung als auch ihres Inhaltes an Hand weiterer Gegenstände und Merkmale auf Grund der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser verstanden und beurteilt.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
1 ist eine teilweise Schnittansicht des Hohlraumes, welche das thermomechanische Fließen der Formmasse beim Spritzgießen darstellt.
2 ist eine teilweise Schnittansicht des Hohlraumes, welche das Gleitfließen der Formmasse beim Spritzgießen darstellt.
3 ist eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht des Anzuchtbehälters für Saatgut, welcher unter Verwendung der Formmasse in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung geformt wurde.
4 ist eine teilweise Schnittansicht derjenigen Form, welche in Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung Verwendung findet.
5 ist eine teilweise Schnittansicht derjenigen Form, welche in weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung Verwendung findet.
6 ist eine teilweise Schnittansicht, welche die Hohlraumwandung in der Form der 5 darstellt.
7 ist eine teilweise Schnittansicht derjenigen Form für das Spritzpressen, welche in anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung Verwendung findet.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
(1) Formmasse
Eine Formmasse für die Herstellung eines Gegenstandes, welche einen Zellulosefaserstoff enthält, wird durch Mischen des Zellulosefaserstoffs mit mindestens einer Stärke, Wasser und einem Nichtalkalimetallsalz einer langkettigen Fettsäure zubereitet. In der vorliegenden Erfindung ist in der Bedeutung des Ausdruckes "Mischen" das "Kneten" mit eingeschlossen.
Der Zellulosefaserstoff befindet sich in einem fein zerkleinerten Zustand, hat folglich die Neigung, sich fein zu verteilen, wenn er als Formmaterial gemischt wird, und die Oberfläche des erhaltenen Formgegenstandes sehr glatt zu gestalten. Die Molekularstruktur der Stärke ähnelt derjenigen des Zellulosefaserstoffs; folglich fördert die Stärke das feste Haften und Verbinden des Zellulosefaserstoffs, damit ein homogen verbundener Formgegenstand entsteht. Da die Stärke außerdem als wirksames Bindemittel fungiert, besitzt der erhaltene Formgegenstand eine hohe Festigkeit und eine hohe Steifigkeit und neigt aus diesem Grunde nicht zu Verformungen. Da die Stärke nach dem Entzug des Wassers nicht schmelzen kann, ist es möglich, den erhaltenen Formgegenstand mit Leichtigkeit aus der auf hoher Temperatur befindlichen Form herauszunehmen.
Das langkettigen Fettsäuresalz eines Nichtalkalimetalls weist die Eigenschaft der Oberflächenaktivität auf, was auf die unpolare Stelle auf Grund des langkettigen Bereichs des Fettsäuresalzes und auf die polare Stelle auf Grund des Bereichs des Nichtalkalimetalls des Fettsäuresalzes zurückzuführen ist. Auch ist das langkettige Fettsäuresalz eines Nichtalkalimetalls wasserunlöslich und hydrophil und weist außerdem Schmierfähigkeit sowohl im geschmolzenen Zustand als auch im pulverförmigen Zustand auf. Ein derartiges langkettiges Fettsäuresalz eines Nichtalkalimetalls fungiert als inneres Gleitmittel, um die Verarbeitbarkeit im Verfahrensschritt des Knetens zu verbessern, d. h. um die Formmasse dadurch weich zu machen, dass verhindert wird, dass die Formmasse an der Wandung des Hohlraums und am Stempel haftet. Selbst wenn sich die Oberflächenschicht auf dem Oberflächenbereich der Formmasse durch Trocknen ausbildet, neigt außerdem die Oberflächenschicht nicht zu einem Anhaften an der Hohlraumwandung, was auf das Vorhandensein des langkettigen Fettsäuresalzes eines Nichtalkalimetalls zurückzuführen ist. Demzufolge tritt in dem Fall, wo das Wasser in der Formmasse durch die erhitzte Form verdampft, der Wasserdampf zwischen der Oberflächenschicht und der Hohlraumwandung hindurch und kann durch die Entgasungsmittel abgeführt oder durch die Trennflächen der Form austreten. Ferner dient das auf Oberfläche der Formmasse vorhandene langkettige Fettsäuresalz eines Nichtalkalimetalls dazu, den Reibungswiderstand zwischen der Formmasse und der Hohlraumwandung herabzusetzen. Als Ergebnis dessen kann der erhaltene Formgegenstand ohne Rissbildung ausgelöst werden.
Die Mischung aus dem Zellulosefaserstoff, der Stärke und dem langkettigen Fettsäuresalz eines Nichtalkalimetalls liegt bei gewöhnlicher Temperatur in fester Form oder beim Kneten mit Wasser in Form einer tonigen Masse vor. Wenn eine derartige Mischung durch Spritzgießen oder Pressgießen geformt werden soll, wird diese Mischung, während sie in die auf hoher Temperatur befindliche Form eingefüllt wird, fließfähig mit einer beachtlich niedrigen Viskosität, so dass sie gleichmäßig in enge oder dünne Bereiche des Hohlraums fließen kann. Auch wenn die Formmasse in den Hohlraum eingefüllt wird, trocknet der Oberflächenbereich, so dass sich die Oberflächenschicht ausbildet. Diese Oberflächenschicht verfestigt sich, während sie ständig dem Dampfdruck aus dem Innern ausgesetzt ist, und wird an die Hohlraumwandung der Form gedrückt. Demzufolge entspricht die Größe des erhaltenen Formgegenstandes jener des Hohlraumes, und man erhält den Formgegenstand ohne jegliche Schrumpfung oder Verformung.
Ferner verdampft das der Formmasse zugesetzte Wasser in dem auf einer hohen Temperatur befindlichen Hohlraum verdampft und tritt aus. Da sich an der Stelle, wo das Wasser verdampft ist, ein Lunker bildet, beeinflusst die Menge an zugesetztem Wasser direkt die Dichte des Formgegenstandes, der erhalten werden soll. Falls ein Formgegenstand hergestellt werden soll, welcher eine geringe Dichte aufweist und leicht zu Bruch geht, kann die Menge an Wasser erhöht werden. Für die Herstellung eines Formgegenstandes, welcher eine hohe Dichte und eine hohe Festigkeit aufweist, sollte die Menge an Wasser verringert werden.
Der Zellulosefaserstoff wird dadurch erhalten, dass man Papiermaterial einer Feinzerkleinerung oder einer Feinverteilung unterzieht. Als Papiermaterial eignen sich zum Beispiel solches Papier wie alte Zeitungen, alte Zeitschriften, Wellpappe, Altpapier wie beispielsweise Pappe, Papierverschnitt, Altpapier wie beispielsweise das bei der Papierherstellung anfallende Ausschusspapier. Der Zellulosefaserstoff kann aus diesem Altpapier erhalten werden. Ferner kann der Zellulosefaserstoff im Zustand eines Zellstoffbreis vorliegen. Dieser Zellstoffbrei kann aus Holz, Baumwolle, Hanf und Stroh erhalten werden. Ein derartiger Zellulosefaserstoff erleichtert vorzüglich seine Dispergierung, so dass ein Formgegenstand mit hervorragender Oberflächenglätte entsteht. Die Faserlänge des Zellulosefaserstoffs, welcher in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist nicht begrenzt, liegt aber üblicherweise bei etwa 2 mm, vorzugsweise bei etwa 1 mm.
Da die Hauptbestandteile wie beispielsweise Zellulosefaserstoff, Stärke und der weiter unten erwähnte Polyvinylalkohol biologisch abbaubar sind, ist auch der erhaltene Formgegenstand biologisch abbaubar. Auch das langkettige Fettsäuresalz eines Nichtalkalimetalls vermindert das Haftvermögen der Formmasse an den Wandungen jedweden Bereichs der verwendeten Vorrichtung, so dass die Verarbeitbarkeit in der Knetstufe verbessert und die Formmasse weich gemacht wird.
Außerdem kann das langkettige Fettsäuresalz eines Nichtalkalimetalls dazu beitragen, dass der Wasserdampf leicht abgeleitet und entfernt wird. Durch die oben erwähnten Funktionen kann die Zyklusdauer der Formung verkürzt werden. In dem Verfahrensschritt des Auslösens des Formgegenstandes kann der Formgegenstand leicht aus der Form herausgelöst werden, und es kann die Rissbildung verhindert werden, weil das langkettige Fettsäuresalz die Wirkung hat, die Oberfläche des Formgegenstandes mit einer gewissen Schmierfähigkeit auszustatten. Das Wasser macht es fernerhin möglich, die Formmasse gleichmäßig zu verkneten, und es erleichtert der Formmasse das Fließen in der Form und das Eindringen der Formmasse in den Hohlraum.
Vorzugsweise sollten 10 bis 50 Gewichts-% (nachfolgend mit "%" bezeichnet), stärker vorzuziehen sind 20 bis 40%, der Stärke durch Polyvinylalkohol ersetzt werden. Falls die Stärke mit Polyvinylalkohol verwendet wird, zeigt der erhaltene Formgegenstand eine exzellente Zähigkeit ohne jegliche Entwicklung eines Risses.
Obwohl die Molekularstruktur des Polyvinylalkohols von derjenigen des Zellulosefaserstoffes und der Stärke abweicht, ist der Polyvinylalkohol mit der Stärke kompatibel und kann sich mit dem Zellulosefaserstoff verbinden, was auf die hydrophile Gruppe zurückzuführen ist, welche die gleiche Wasseraufnahmefähigkeit im Molekül wie die Stärke hat. Wegen des hohen Molekulargewichts bei einer relativ langen Kette und einer unverzweigten Struktur wie die der Stärke besitzt Polyvinylalkohol außerdem eine hohe Zähigkeit und verleiht, wenn er als Bindemittel mit Stärke Verwendung findet, dem Formgegenstand Weichheit. Wenn man 10 bis 50%, vorzugsweise 20 bis 40%, der Stärke durch Polyvinylalkohol ersetzt, dann weist der Formgegenstand eine ausgezeichnete Zähigkeit auf, und es werden keine Risse erhalten.
Als langkettiges Fettsäuresalz eines Nichtalkalimetalls kommen beispielsweise in Frage: Kalziumstearat, Magnesiumstearat, Zinkstearat, Aluminiumstearat, Strontiumstearat, Kalziumlaurat, Magnesiumlaurat, Zinklaurat, Aluminiumlaurat und Strontiumlaurat. Diese Salze können allein oder in einer Beimischung von zwei oder mehreren verwendet werden. Diese Salze sind wirkungsvoll, weil ihr gleichförmiges Vermischen mit dem Zellulosefaserstoff und der Stärke leicht möglich ist, und sie zeigen eine gute Glätte sowohl im geschmolzenen als auch im pulverförmigen Zustand. Diese Salze können durch ihr Schmiervermögen und ihre Trennfähigkeit, die auf Eigenschaft der Oberflächenaktivität dieser Salze zurückzuführen ist, die Verarbeitbarkeit verbessern. Unter ihnen sind Kalziumstearat und Zinkstearat eher unter dem Gesichtspunkt der Glätte und der Verfügbarkeit vorzuziehen.

Unter dem Gesichtspunkt der Festigkeit und der Eigenschaft der Formbeständigkeit des Formgegenstandes, der Fließfähigkeit und der Kneteigenschaft der Formmasse und des Vermögens zum Ableiten und Entgasen des Wasserdampfes wird die Formmasse mittels der folgenden Verfahrensschritte zubereitet: Mischung von 50 bis 90 Gewichtsanteilen Zellulosefaserstoff und 10 bis 50 Gewichtsanteilen Stärke, um eine Mischung X zu erhalten, Mischen von 50 bis 200 Teilen Wasser und 100 Teilen der Mischung X, um eine Mischung Y zu erhalten, und Mischen von 100 Teilen der Mischung Y und 0,2 bis 2,0 Teilen des langkettigen Fettsäuresalzes eines Nichtalkalimetalls. Für die Herstellung der Formmasse ist das Verhältnis der Bestandteile der beteiligten Mischungen X und Y und der endgültigen Formmasse nämlich wie folgt:

(1) Mischung X:	50 bis 90 Teile Zellulosefaserstoff und 10 bis 50 Teile Stärke
Mischung Y:	100 Teile der Mischung X und 50 bis 200 Teile Wasser
Formmasse:	100 Teile der Mischung Y und 0,2 bis 2,0, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Teile des langkettigen Fettsäuresalzes, stärker vorzuziehen
(2) Mischung X:	60 bis 80 Teile Zellulosefaserstoff und 20 bis 40 Teile Stärke
Mischung Y:	100 Teile der Mischung X und 60 bis 150 Teile Wasser
Formmasse:	100 Teile der Mischung Y und 0,2 bis 2,0, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 Teile des langkettigen Fettsäuresalzes.

Was die Mischung X betrifft, ist diese, falls die Menge an Zellulosefaserstoff weniger als 50 Teile beträgt oder die Menge an Stärke mehr als 50 Teile beträgt, unvorteilhaft, weil das Formen zwar durchgeführt werden kann, aber die Festigkeit des erhaltenen Formgegenstandes beträchtlich herabgesetzt ist. Falls die Menge an Zellulosefaserstoff mehr als 90 Teile beträgt oder die Menge an Stärke weniger als 10 Teile beträgt, ist dies auch unvorteilhaft, weil die Oberfläche des erhaltenen Formgegenstandes rau wird und die Festigkeit des erhaltenen Formgegenstandes herabgesetzt wird.
Was die Mischung Y betrifft, ist es auch hier nicht vorzuziehen, dass die Menge an Wasser weniger als 50 Teile beträgt, weil es nach dem Knetvorgang schwierig wird, die Gestalt der Formmasse in der Form eines Pellets oder einer Pastille beizubehalten. Weiterhin wird die Fließfähigkeit der Formmasse in der erhitzten Form unverzüglich vermindert. Andererseits ist nicht vorzuziehen, dass die Menge an Wasser mehr als 200 Teile beträgt, weil der geknetete Gegenstand, welcher erhalten werden soll, in Form einer tonigen Masse mit einer geringen Viskosität entsteht. Wenn nämlich ein derartig gekneteter Gegenstand nach dem üblichen Formgebungsverfahren wie beispielsweise Spritzgießen bzw. Spritzpressen geformt werden soll, neigt die Formmasse dazu, in die Entgasungsmittel zu fließen, so dass die anschließende Formung nicht durchgeführt werden kann. Ferner nimmt es eine lange Zeitdauer in Anspruch, bis die Formmasse getrocknet und verfestigt ist.
Was das langkettige Fettsäuresalz eines Nichtalkalimetalls betrifft, ist es aus den nachfolgenden Gründen auch nicht vorzuziehen, dass die Menge des Salzes weniger als 0,2 Teile beträgt, d. h. weil die Wirkung als Schmiermittel beträchtlich herabgesetzt ist und die Formmasse dazu neigt, während des Knetschrittes an den Wandungen beliebiger Apparaturteile zu haften, weil es eine lange Zeitdauer in Anspruch nimmt, den Wasserdampf während des Schrittes der Formgebung abzuführen, und weil es ist schwierig, den Formgegenstand von der Form abzulösen, falls die Entformungsschräge für den Formgegenstand gering ist, und die Neigung besteht, dass sich ein Riss bilden kann, wenn der Formgegenstand aus der Form gelöst wird. Andererseits ist es nicht vorzuziehen, dass die Menge an Salz mehr als 2,0 Teile beträgt, weil es durch das Absinken des Reibungswiderstandes zwischen der Formmasse und den Wandungen der Vorrichtung schwierig wird, die Formmasse in einer kurzen Zeitdauer zu kneten. Ferner wird der Bereich des Formgegenstandes in dem Hohlraum, wo die verschiedenen Bereiche der fließenden Formmasse zusammen kommen, geringer in der mechanischen Festigkeit.
(2) Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren für das Formen eines Gegenstandes, welcher einen Zellulosefaserstoff enthält, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitung einer Formmasse durch Mischen eines Zellulosefaserstoff mit mindestens einem wasserlöslichen Bindemittel und Wasser, (b) Einfüllen der Formmasse in einen Hohlraum, welcher zwischen einer stationären Seite und einer beweglichen Seite einer auf 120 bis 220°C erhitzten Form gebildet wird, während die Trennflächen der genannten Seiten dicht verschlossen werden, (c) Ausbildung eines Feinspaltes von 0,02 mm bis 0,5 mm zwischen den genannten Trennflächen, (d) Abführung des sich im Innern des genannten Hohlraumes angesammelten Wasserdampfes durch den genannten Spalt, und (e) Trocknung und Verfestigung der genannten Formmasse. Die oben erwähnte Formmasse kann vorzugsweise in dieser Ausführungsform verwendet werden.
In der Formmasse ist eine relativ große Menge an Wasser, bezogen auf den Feststoffgehalt des Zellulosefaserstoffs und des wasserlöslichen Bindemittels, enthalten, um die Fließfähigkeit des Feststoffinhaltes in der auf hoher Temperatur befindlichen Formmasse zu verbessern. Wenn die Formmasse dank des Einfülldrucks und der Fließfähigkeit in den Hohlraum, welcher sich in einem dicht verschlossenen und erhitzten Zustand befindet, eingefüllt wird, so wird diese Formmasse formschlüssig in den Bereich des Hohlraumes eingefüllt, wo ein dünner Bereich des Formgegenstandes geformt werden soll, oder in eine schmale Rille des Hohlraumes, wo eine Rippe geformt werden soll.
Auch trocknet und verfestigt sich der Oberflächenbereich der in den erhitzten Hohlraum eingefüllten Formmasse durch die Hitze der Hohlraumwandung, so dass sich eine beachtenswert dünne Oberflächenschicht ausbildet. Diese Oberflächenschicht ummantelt die Formmasse, welche im inneren Bereich Fließfähigkeit mit einer geringen Viskosität aufweist. In dem Fall, wo nach dem Einfüllen der Formmasse in den Hohlraum der Feinspalt zwischen den Trennflächen gebildet wird, um den Wasserdampf aus der Formmasse abzuleiten, fließt der fließfähige Bereich der Formmasse auf keinen Fall aus dem Feinspalt, und lediglich der Wasserdampf wird umgehend abgeleitet und entfernt. Falls zu diesem Zeitpunkt der Feinspalt der Trennflächen, welcher nach dem Einfüllen der Formmasse in den Hohlraum gebildet wird, zu groß ist, besteht die Gefahr, dass die im Oberflächenbereich gebildete Oberflächenschicht zerstört wird, was auf einen Blähdruck zurückzuführen ist, welcher durch den Wasserdampf verursacht wird. Ferner neigt der fließfähige Bereich der Formmasse dazu, aus dem Spalt zusammen mit dem Wasserdampf heraus zu fließen, was zur Bildung eines Lunkers oder eines Grates im bzw. am Formgegenstand führt. Folglich haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung bekräftigt, dass der obere Grenzwert der Weite des Feinspaltes 0,50 mm, vorzugsweise 0,30 mm beträgt. Falls die Öffnung des Feinspaltes unzureichend gering ist, so neigt außerdem die Formmasse in dem Hohlraum dazu, sich auszudehnen und wegen des Wasserdampfdruckes dicht an der Hohlraumwandung anzuhaften. In diesem Fall lässt sich der Wasserdampf nicht leicht ableiten, und die Zeitspanne der Trocknung wird verlängert. Es hat sich auch bestätigt, dass der untere Grenzwert der Weite des Feinspaltes 0,02 mm, vorzugsweise 0,05 mm beträgt.
Falls der Feinspalt zwischen den Trennflächen ausgebildet wird, nimmt der Einfülldruck im Hohlraum ab, und die Formmasse kann sich zu einem gewissen Ausmaß ausdehnen. Aber der Ausdehnungsdruck ist nicht so hoch, dass die Oberflächenschicht aufgerissen wird. Die Oberflächenschicht kann also weiterhin die Formmasse umschließen, welche im mittleren Bereich Fließfähigkeit mit einer geringen Viskosität besitzt.
Obwohl eine große Menge an Wasserdampf durch die Formmasse hervorgebracht wird, haftet die Oberflächenschicht, welche sich auf dem Oberflächenbereich der Formmasse ausgebildet hat, nicht dicht an der Hohlraumwandung. Der Wasserdampf strömt zwischen der Hohlraumwandung und der Oberflächenschicht längs der Hohlraumwandung. Der Wasserdampf wird leicht und unverzüglich aus der Form nach außen abgeleitet, ohne dass irgendwelche Entgasungsmittel vorgesehen werden müssen, selbst wenn der zwischen den Trennflächen ausgebildete Spalt klein ist. Dies ermöglicht, dass die Formmasse in einer kurzen Zeitspanne trocknet und sich verfestigt, was eine Verkürzung der Zyklusdauer der Formung zur Folge hat.
Bei der vorliegenden Erfindung beträgt die Temperatur der stationären Seite und der beweglichen Seite der Form vorzugsweise 120 bis 220°C, um vom Gesichtspunkt der Ausbildung der Oberflächenschicht auf dem Oberflächenbereich der Formmasse, der Bildung des Wasserdampfes aus der Formmasse und der Höhe des des Wasserdampfdruckes im Hohlraum die Zeitdauer der Trocknung und Verfestigung zu verkürzen. Falls jedoch das Gewichtsverhältnis des Wassers zum Feststoffinhalt relativ groß ist, zum Beispiel 10/15, dann ist die Viskosität der Formmasse gering, und die Formmasse neigt zum Schäumen, da die Menge an erzeugtem Wasserdampf groß ist. Selbst wenn die Weite des Feinspaltes relativ gering ist wie zum Beispiel 0,02 bis 0,50 mm, fließt in diesem Fall die Formmasse durch den Blähdruck nicht aus. Um einen ausgezeichnet gestalteten gratfreien Formgegenstand lediglich dadurch herzustellen, dass man den Wasserdampf unverzüglich ableitet, sollte man die Temperatur der Form vorzugsweise in Richtung auf einen niedrigeren Bereich und die Weite des Feinspaltes vorzugsweise in Richtung auf niedrige Werte steuern.
Falls andererseits das Gewichtsverhältnis des Wassers zum Feststoffinhalt relativ klein ist wie zum Beispiel 10/4, dann ist die Fließfähigkeit der Formmasse niedrig und die Menge des Wasserdampfes ist klein. Um einen ausgezeichnet gestalteten gratfreien Formgegenstand lediglich dadurch herzustellen, dass man den Wasserdampf durch den relativ engen Feinspalt von 0,02 bis 0,50 mm unverzüglich ableitet, sollten in diesem Fall die Temperatur der Form vorzugsweise hoch und der Feinspalt vorzugsweise groß sein. Die Erfinder haben den Einfluss der Ausbildung des Feinspaltes zwischen den Trennflächen auf die Stärke des Formgegenstandes untersucht. Da die Oberflächenschicht bereits beim Abschluss des Einfüllens der Formmasse ausgebildet wird und die äußere Gestalt des Formgegenstandes festlegt, wurde dort kein nachteiliger Einfluss beobachtet. Selbst wenn sich die Stärke des Formgegenstandes in einem gewissen Ausmaß ändert, wird diese Änderung korrigiert, weil beim Verfahrensschritt der Formung der Formgegenstand üblicherweise nach dem Schließen der Form mit normaler Schließkraft aus der Form gelöst wird.
Bei dem vorliegenden Formungsverfahren wird die Oberflächenschicht auf dem Oberflächenbereich der Formmasse ausgebildet, und der innere Bereich der Formmasse wird in einem fließfähigen Zustand gehalten. Demzufolge ist es wirkungsvoll, die zulässige Zeitspanne von dem Zeitpunkt, wo das Einfüllen der Formmasse abgeschlossen ist, bis zu dem Zeitpunkt, wo der Feinspalt ausgebildet ist, zu verkürzen. Es ist nicht vorzuziehen, die zulässige Zeitspanne auszudehnen, weil der Druck des Wasserdampfes in dem Hohlraum ansteigt und der Wasserdampf dazu neigt, plötzlich auszuströmen, so dass Aufschäumen verursacht wird, was zur Bildung eines Lunkers in dem Formgegenstand führt, wenn der Feinspalt zwischen den Trennflächen ausgebildet wird.
Die zulässige Zeitspanne wird nicht nur durch den Gehalt an Wasser in der Formmasse, durch die Weite des Feinspaltes zwischen den Trennflächen und der für das Einfüllen der Formmasse erforderlichen Zeitspanne beeinflusst, sondern auch durch die Temperatur der Form. Die Temperatur der Form beträgt vorzugsweise 120 bis 220°C. Die zulässige Zeitspanne liegt vorzugsweise innerhalb von 5 Sekunden, wenn die Temperatur der Form nicht mehr als 130°C beträgt, und sie liegt vorzugsweise innerhalb von 1 Sekunde, wenn die Temperatur der Form nicht unter 200°C liegt.
Weiterhin ist es bei der vorliegenden Erfindung vorzuziehen, dass nach dem Verfahrensschritt (d) der Ableitung des im Innern des Hohlraumes angesammelten Wasserdampfes durch den Feinspalt und vor dem Verfahrensschritt (e) der Trocknung und Verfestigung der genannten Formmasse der Zyklus aus dem Schritt des dichten Wiederverschließens der Trennflächen und dem Schritt des Öffnens der Trennflächen mindestens einmal durchgeführt wird.
Bei dem Verfahren, wo die Trocknung und Verfestigung des Formgegenstandes nur dadurch erfolgt, dass der in dem Hohlraum vorhandene Wasserdampf abgeleitet wird, wenn der Feinspalt zwischen den Trennflächen ausgebildet wird, bildet sich auch eine Öffnung, welche dem Feinspalt entspricht, zwischen der Oberflächenschicht und der Hohlraumwandung. Folglich dehnt sich die Formmasse durch den Druck des Wasserdampfes aus, und die Oberflächenschicht haftet an der Hohlraumwandung, was zur Folge hat, dass die Fließstrecke des Wasserdampfes versperrt wird, so dass die Zeitspanne der Trocknung und der Verfestigung verlängert wird. Ferner kann die Gestalt des erhaltenen Formgegenstandes beeinflusst werden. Dadurch dass man die Trennflächen abermals dicht schließt, um die Formmasse zusammen zu drücken, und dass man die Trennflächen öffnet, nachdem der Feinspalt in dem Verfahrensschritt (c) gebildet wurde, kann der Feinspalt wiederum ausgebildet werden. Durch die Wiederholung des Zyklus aus dem Schritt des dichten Wiederverschließens der Trennflächen und dem Schritt des Öffnens der Trennflächen, um den Wasserdampf abzuleiten und zu entfernen, werden die Trocknung und Verfestigung unverzüglich und auf effiziente Weise durchgeführt.
Wenn der Feinspalt zwischen den Trennflächen ausgebildet wird, ist es wirkungsvoll, dass ein elastischer Körper wie beispielsweise eine Feder, ein Gummi oder ein Polyurethan als ergänzendes Hilfsmittel zum Einsatz kommt, weil damit der Feinspalt stabil und schnell ausgebildet werden kann. Dieser elastische Körper wird auf die nachfolgende Art und Weise verwendet. Wenn zum Beispiel der elastische Körper auf der stationären Seite oder der beweglichen Seite eingesetzt wird, behält dieser elastische Körper dadurch, dass er zusammen gedrückt wird, wenn die Trennflächen dicht geschlossen werden, die elastische Kraft bei. Diese elastische Kraft wird als ergänzende Hilfskraft benutzt, um beim Öffnungsvorgang der Trennflächen diese zu öffnen.
Als wasserlösliches Bindemittel kommen zum Beispiel Stärke und Karboxymethylzellulose in Frage.
Der durch das oben erwähnte Verfahren für die Ausführungsform erhaltene Formgegenstand ist dünn und leicht in seinem Gewicht, und er weist eine hohe Steifigkeit auf und zeigt weder Verformung noch Schrumpfung. Ferner ist der Formgegenstand hitzebeständig und nicht elektrostatisch aufladbar. Auch entwickelt er keinen Staub, und er absorbiert auch keinen von außen. Zusätzlich dazu wird der Formgegenstand durch bakterielle Wirkung innerhalb von 1 bis 2 Wochen in der Erde zersetzt oder abgebaut.
(3) Verfahren zur Formung eines Gegenstandes
Ein Verfahren zur Formung eines Gegenstandes, welcher einen Zellulosefaserstoff enthält, umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
(i-1) Herstellung einer Formmasse durch das Mischen eines Zellulosefaserstoff mit mindestens einem wasserlöslichen Bindemittel und mit Wasser, (ii-1) Einfüllen der genannten Masse in den Hohlraum einer erhitzten Form, in welcher die Hohlraumwandung mindestens einen Bereich besitzt, welcher gegenüber der Einfüllströmung in der Einfüllrichtung einen gewissen Widerstand aufweist, (iii-1) Verdampfung des in der genannten Formmasse enthaltenen Wassers, und (iv-1) Ableitung des sich ergebenden Wasserdampfes, damit sich die genannte Formmasse verfestigt.
Auch wenn, wie weiter oben beschrieben wurde, die verfestigte Oberflächenschicht, welche sich auf dem mit der Hohlraumwandung in Kontakt befindlichen Oberflächenbereich der Formmasse ausgebildet hat, nicht dicht an der Hohlraumwandung haftet, besitzt die Wandung einen gewissen Widerstand gegenüber der Einfüllströmung in der Fließrichtung (nachfolgend als "Fließwiderstand" bezeichnet). Folglich erfolgt das Einfüllen der Formmasse in der Art der Strömung mit thermomechanischem Effekt und nicht als Gleitfließen. Die in dem Hohlraum vorhandene und auf einer hohen Temperatur jenseits der Oberflächenschicht befindliche Formmasse trocknet nicht und weist Fließfähigkeit mit einer niedrigen Viskosität auf. Und es bildet sich eine fliehende Phase, welche längs der Oberflächenschicht fließt, welche sich auf dem Oberflächenbereich der eingefüllten Formmasse gebildet hat. Dies geschieht deswegen, weil die Oberflächenschicht bemerkenswert dünn ist und ihre Wärmeleitfähigkeit herabgesetzt ist. Folglich kann die Formmasse über eine relativ lange Strecke in bequemer Weise fließen. Da die Oberflächenschicht bemerkenswert dünn ist, kann die Fließstrecke selbst dann recht lang sein, wenn der Formgegenstand dünn ist.
Der vordere Teil der fließenden Formmasse wird durch neue Formmasse ersetzt, welche aus dem inneren Bereich der Formmasse fließt. Dieser vordere Teil trocknet nicht vollständig. Selbst wenn in dem Hohlraum zum Beispiel ein Stift vorhanden ist, um ein Loch oder ein Fenster in dem Formgegenstand auszubilden, werden ein Bereich der Formmasse und ein weiterer Bereich der Formmasse an der durch den Stift gebildeten Bindenaht zusammen gefügt und verschweißt und miteinander mit Leichtigkeit verbunden. Es gibt hier nämlich keine Verringerung der mechanischen Festigkeit des erhaltenen Formgegenstandes. Zusätzlich dazu bildet die früher eingefüllte Formmasse einen Bereich des Formgegenstandes um den Anguss herum, und die später eingefüllte Formmasse bildet den Innen- und Endbereich des Formgegenstandes, wobei der Formgegenstand eine homogene mechanische Festigkeit aufweist.
Ein Verfahren zur Formung eines Gegenstandes, welcher ein faseriges Papiermaterial enthält, umfasst die folgenden Verfahrensschritte: (i-2) Herstellen einer Formmasse durch Mischen eines Zellulosefaserstoffs mit mindestens einem wasserlöslichen Bindemittel und mit Wasser, (ii-2) Aufheizen einer Form, in welche die Formmasse eingefüllt wird, auf 120 bis 220°C, (iii-2) Einfüllen der genannten Formmasse in den Hohlraum einer Form, in welcher die Hohlraumwandung mindestens einen Bereich besitzt, welcher gegenüber der Einfüllströmung in der Fließrichtung einen gewissen Widerstand aufweist, damit sich eine verfestigte Oberflächenschicht anschließend an die Grenzfläche zwischen der Hohlraumwandung und der Formmasse bildet, wobei die Schicht sich in der Einfüllrichtung fortsetzt, (iv-2) Verdampfen des in der Formmasse enthaltenen Wassers, und (v-2) Abführen des sich ergebenden Wasserdampfes, damit sich die Formmasse verfestigt.
Entsprechend dem Verfahren weist die Oberflächenschicht, welche sich an dem mit der Hohlraumwandung in Kontakt befindlichen Oberflächenbereich der Formmasse gebildet hat, nicht die Neigung auf, an der Hohlraumwandung zu gleiten, selbst wenn die Oberflächenschicht nicht an der Hohlraumwandung haftet. Genau wie im Fall der Strömung mit thermomechanischem Effekt wird die Oberflächenschicht an der Grenzfläche zwischen der Hohlraumwandung und der Formmasse in der Einfüllrichtung Schritt für Schritt ausgebildet. Demzufolge kann ein Formgegenstand erhalten werden, welcher keinen Riss aufweist und auch nicht zur Bruchbildung neigt.
Bei der Form, welche bei dem Verfahren für das Formen eines Zellulosefaserstoff enthaltenden Gegenstandes verwendet wird, weist die Hohlraumwandung einen Fließwiderstand in der Einfüllrichtung auf, wie dies weiter oben beschrieben worden ist. Mit anderen Worten, die Oberfläche der Hohlraumwandung ist teilweise rau. Der Hohlraum wird zwischen einer stationären Seite und einer beweglichen Seite der Form gebildet.
Durch die raue Oberfläche mit dem Fließwiderstand in der Einfüllrichtung kann das Auftreten des Gleitens der Oberflächenschicht am Oberflächenbereich der Formmasse verhindert werden. Die raue Oberfläche der Hohlraumwandung kann zum Beispiel dadurch wirkungsvoll ausgebildet werden, dass man beispielsweise eine Prägebearbeitung der Oberfläche vornimmt, um eine Oberflächenstruktur zu erhalten, oder ein Drahtgewebes auf der Oberfläche der Hohlraumwandung einbettet, oder eine Unregelmäßigkeit oder ein Muster anlegt, deren Querschnitt die Gestalt eines Sägezahns aufweist, oder durch das Aufbringen von Schleifkorn auf der Oberfläche der Hohlraumwandung.
Um einen Fließwiderstand in der Einfüllrichtung zu bilden, wird auch ein Widerstand auf der Hohlraumwandung in radialer Richtung von dem Punkt aus, welcher dem Anguss gegenüber liegt, angelegt. Die Formmasse wird vom Anguss aus eingefüllt.
Weiterhin kann die raue Oberfläche auf der gesamten Fläche der Hohlraumwandung ausgebildet werden, d. h. auf den Wandungsbereichen, die sowohl von der stationären Seite als auch von der beweglichen Seite gebildet werden. Oder die raue Oberfläche kann entweder auf dem von der stationären Seite gebildeten Wandungsbereich oder auf dem von der beweglichen Seite gebildeten Wandungsbereich gebildet werden.
(4) Verfahren für das Formen eines Gegenstandes
In konkreter Form umfasst ein weiteres Verfahren für das Formen eines Gegenstandes, welcher einen Zellulosefaserstoff enthält, die folgenden Verfahrensschritte: (A) Herstellen einer Formmasse durch Mischen von 50 bis 100 Gewichtsteilen Zellulosefaserstoff und 10 bis 50 Gewichtsteilen eines wasserlöslichen Bindemittels, um eine Mischung X zu erhalten, Mischen von 50 bis 200 Teilen Wasser und 100 Teilen der Mischung X, um eine Mischung Y zu erhalten, und Mischen von 100 Teilen der Mischung Y und 0,2 bis 2,0 Teilen eines langkettigen Fettsäuresalzes eines Nichtalkalimetalls, (B) Ausbilden einer rauen Oberfläche, welche auf mindestens einem Bereich der Hohlraumwandung in einer Form in der Einfüllrichtung einen gewissen Widerstand aufweist, (C) Einfüllen der Formmasse in den auf 120 bis 220°C erhitzten Hohlraum, während die Trennflächen der Form dicht verschlossen werden, (D) Ausbilden eines Feinspaltes von 0,02 bis 0,50 mm zwischen den Trennflächen und (E) Abführen des in dem Hohlraum erzeugten Wasserdampfes durch diesen Feinspalt, um die Formmasse zu trocknen und zu verfestigen.
Durch das oben erwähnte Verfahren kann ein homogen ausgeformter Gegenstand mit einem guten Aussehen und einer ausreichenden mechanischen Festigkeit erhalten werden. Ferner kann in einer kurzen Zeitspanne ein Formgegenstand erhalten werden, welcher nicht zur Bruchbildung neigt. Die Zyklusdauer der Formung kann verkürzt werden.
Da die Hauptbestandteile der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Formmasse wie beispielsweise Zellulosefaserstoff, Stärke als Bindemittel und, falls erforderlich, Polyvinylalkohol, welcher einen Teil der Stärke ersetzt, wasserlöslich, biologisch abbaubar und nicht elektrostatisch sind, wird auch der erhaltene Formgegenstand biologisch abbaubar und nicht elektrostatisch sein. Wenn die Formmasse mit Wasser verknetet wird, weist sie Fließfähigkeit mit einer bei hoher Temperatur beachtlich niedrigen Viskosität auf. Folglich haftet die Formmasse während des Knetens nicht an der Hohlraumwandung an und kann während des Formungsvorganges aus dem Hohlraum der Form ohne Schwierigkeiten herausgenommen werden. Auch trocknet nach dem Einfüllen die Formmasse zuerst vom Oberflächenbereich her, so dass sich eine dünne Oberflächenschicht bildet. Da diese Oberflächenschicht nicht an der Hohlraumwandung haftet, klebt auch die Formmasse nicht an der Hohlraumwandung, und sie wird an die Hohlraumwandung von innen durch den Druck des Wasserdampfes gedrückt. Aus diesem Grund stimmt die Erscheinungsgröße des erhaltenen Gegenstandes mit der Größe des Hohlraumes überein, und die Transporteigenschaft ist gut. Bei dem Formgegenstand liegen weder Schrumpfung noch Risse vor. Außerdem wird das zugesetzte Wasser in dem auf hoher Temperatur befindlichen Hohlraum schnell in Wasserdampf umgewandelt, und dieser Wasserdampf tritt durch die Grenzfläche zwischen der Oberflächenschicht und der Hohlraumwandung hindurch, so dass er über den Feinspalt zwischen den Trennflächen abgeführt werden kann.
Beispiele 1 bis 10 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4 (nicht erfindungsgemäß)
Nachfolgenden soll der Fall der Formmasse für die Herstellung eines Anzuchtgefäßes für Saatgut, wie es in 3 dargestellt ist, als Beispiel veranschaulicht werden. 3 ist eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht dieses Anzuchtgefäßes für Saatgut. Die Ziffer 1 bezeichnet den Gefäßkörper und die Ziffer 2 eine Austrittsöffnung.
Zur Herstellung der Formmasse für das Formen des Gefäßkörpers 1 wurde als Zellulosefaserstoff ein feines Pulver verwendet, welches während der Herstellung einer Milchverpackung gebildet wurde. Als Stärke wurde Getreidestärke unter der Bezeichnung Corn Y, erhältlich von OJI CORN STARCH CO., LTD., verwendet. Und NM-14, erhältlich von NIPPON GOHSEI CO., LTD., wurde als Polyvinylalkohol (hier nachfolgend als "PVA" bezeichnet) verwendet. Als langkettiges Fettsäuresalz eines Nichtalkalimetalls (hier nachfolgend als "Metallseife" bezeichnet) wurden Zinkstearat (nachfolgend als "St-Zn" bezeichnet), Bariumstearat (nachfolgend als "St-Ba" bezeichnet), Zinklaurat (nachfolgend als "La-Zn" bezeichnet) verwendet. Diese Komponenten wurden entsprechend der Mischungsverhältnisse, wie sie in Tabelle 1 dargestellt sind, gemischt. Diese Metallseifen waren Reagenzien, welche für Forschungszwecke von der KISHIDA REAGENT CHEMICALS CO., LTD., dargestellt wurden.
Das Mischungsverhältnis von Zellulosefaserstoff zu Stärke, welche die festen Bestandteile der Formmasse darstellen, betrug 7 : 3, um eine Mischung X zu erhalten. Das Mischungsverhältnis der Mischung X mit Wasser betrug 10 : 7 oder 10 : 10, um eine Mischung Y zu erhalten. Und als Mischungsverhältnis der Mischung Y zur Metallseife wurden 0,5 bis 1,5 Teile Metallseife auf 100 Teile der Mischung Y gegeben.
Zunächst wurden der Zellulosefaserstoff, die Stärke, die Metallseife und das Wasser der Reihe nach dergestalt abgewogen, dass das Gesamtgewicht von ihnen 55 bis 60 g betrug, in ein Ein-Liter-Becherglas aus einem thermoplastischen Harz gegeben, verrührt und weich geknetet, um die Formmasse zu erhalten. Der Knetvorgang wurde über eine Zeitdauer von 5 Minuten bei einer fest eingestellten Temperatur von 70°C und bei einer Knetgeschwindigkeit von 100 U/min unter Verwendung eines LABOPLASTOMILL 15-20, erhältlich bei Kabushiki Kaisya TOYOSEIKI SEISAKUSYO, durchgeführt. Der sich ergebende geknetete Gegenstand wurde unmittelbar nach dem Knetvorgang in eine Pastillenform mit einem Durchmesser von 50 mm gebracht. Die effektive Temperatur während des Knetvorganges betrug 60 bis 100°C, vorzugsweise 65 bis 80°C. wenn die Temperatur weniger als 60°C betrug, erstarrte die Stärke unzulänglich zu Gelee, und es konnte kein homogen geformter Gegenstand erhalten werden. Wenn die Temperatur über 100°C betrug, begann die Formmasse während des Knetvorganges zu trocknen.
Da die Formmasse biologisch abbaubar war und eine große Menge an Wasser enthielt, wurde nach 7 bis 10 Tagen unter üblichen Lagerbedingungen von 15°C das Auftreten von Schimmel beobachtet. Um die Formmasse für eine längere Zeitdauer beispielsweise von mehr als 10 Tagen zu lagern, ist es dann vorzuziehen, etwa 0,3% eines antibakteriellen Wirkstoffes wie beispielsweise AMORUDEN SK-950, erhältlich bei DAIWA Chemical Industries, Ltd., beim Verfahrensschritt des Knetens zuzusetzen. In den Beispielen wurde der antibakterielle Wirkstoff jedoch nicht zugesetzt, weil die Zeitdauer der Lagerung kurz war. Die Wirkung der gemischten Formmasse auf die Knetleistung wird unter Bezugnahme auf die Tabelle 2 im Detail erläutert.
Tabelle 2
Verständlicherweise wurde das Drehmoment beim Knetvorgang geringfügig erhöht, aber das Haftvermögen an den Wandungen der Knetvorrichtung hat sich kaum verändert, wenn der PVA in der Kombination mit der Stärke verwendet wurde (siehe die Vergleichsbeispiele 2 und 4, die Beispiele 2 bis 4, 6, 8 und 10). In den Beispielen, wo die Metallseife zugesetzt wurde, hat sich das Haftvermögen an den Wandungen der Knetvorrichtung im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen verbessert. Es wurde erkannt, dass die Wirkung zur Senkung des Haftvermögens größer ist, wenn die Menge an Metallseife groß ist (siehe die Beispiele 1 bis 4). In dem Fall, wo die Menge an Wasser erhöht wird, nimmt in beachtenswerter Weise das Knetdrehmoment ab, und der geknetete Gegenstand wird weich. Der Gegenstand kann weder nur mit einem Finger noch mit einer Drahtbürste auf leichte Weise ausgeschält und entnommen werden (siehe die Vergleichsbeispiele 3 und 4). Durch das Hinzufügen der Metallseife kann jedoch der geknetete Gegenstand auf einfache Weise mit der Drahtbürste geschält werden, und die Reinigung wird selbst dann einfach, wenn der Gegenstand an der Wandung der Knetvorrichtung getrocknet ist (siehe die Beispiele 9 und 10).
Im Fall der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 ist es schwierig, den an der Wandung haftenden getrockneten Bereich des gekneteten Gegenstandes mit einer Drahtbürste zu schälen, und es macht sich erforderlich, den getrockneten Bereich erst nach dem Aufweichen durch Eintauchen in heißes Wasser mit der Drahtbürste zu schälen. Bezüglich der Art der Metallseife wurde eine leichte Abweichung des Knetdrehmomentes im Fall des St-Ba und des La-Zn im Vergleich zum St-Zn festgestellt, aber das Schälvermögen auf Grund des Haftvermögens an der Wandung zeigt keinen Unterschied (siehe die Beispiele 1, 2, 5 bis 8).
Danach wurde das Anzuchtgefäß für Saatgut unter Verwendung der oben erhaltenen Pastille geformt.
Als Formungsmaschine wurde eine 50-t-Formpressmaschine, hergestellt von MARUHITI STEEL WORKS CO., LTD., benutzt. Wie die Düse hatte auch die Form eine Entgasungsöffnung und Entgasungsmittel, um den während des Formungsvorganges erzeugten Wasserdampf aus der Düse nach außen abzuleiten. Es bestand auch die Befürchtung, dass die Formmasse in die Entgasungsöffnung einfließen würde, wenn die Formmasse in den Hohlraum eingefüllt wird und der Druck in dem Hohlraum nicht weniger als 294 MPa (30 kp/mm²) betrug. Eine Austrittsöffnung für die Ableitung überschüssiger Formmasse wurde auf den Trennflächen der Form vorgesehen, welche den Punkt darstellte, wo die abschließend eingefüllte Formmasse verbleibt. Die Temperatur der Form war auf 160 bis 200°C eingestellt. Die Pastille befand sich bei gewöhnlicher Temperatur im festen Zustand, wurde allerdings in dem Hohlraum durch die Hitze und den Druck augenblicklich aufgeweicht, so dass sie eine niedrige Viskosität erhielt. Die Pastille konnte unter einem Nenndruck von 2058 MPa (210 kp/mm²) als Maximalwert und auch unter einem Nenndruck von nicht höher als 49 MPa (5 kp/mm²) geformt werden.
Der in dem Hohlraum erzeugte Wasserdampf wurde in der Hauptsache über die Entgasungsöffnung aus der Form nach außen abgeleitet. Und da der Abschluss der Ableitung des Wasserdampfes den Abschluss der Trocknung des Formgegenstandes darstellte, konnte der Formgegenstand durch Öffnen der Form nach dem Abschluss der Abführung des Wasserdampfes entnommen werden.
Nachfolgend soll die Wirkungsweise des weiter oben beschriebenen Verfahrens zur Herstellung des Formgegenstandes im Hinblick auf die Zeitspanne der Trocknung und auf das Auftreten eines Risses unter Bezugnahme auf die Tabellen 3 und 4 im Detail erläutert werden. Unter der Trocknungsperiode ist der Zeitraum ab dem Zeitpunkt, wo das Schließen der Form beginnt, bis zu dem Zeitpunkt, wo das Abführen des Wasserdampfes abgeschlossen wird, zu verstehen. Der Grad für das Auftreten von Rissen bezeichnet das Verhältnis der Anzahl der geformten Gegenstände mit Rissen zu der Anzahl der insgesamt ausgeformten Gegenstände, d. h. 30.
Tabelle 4
Aus Tabelle 3, bei welcher die Temperatur der Form 180°C beträgt, ist zu erkennen, dass das Hinzufügen der Metallseife eine kurze Trocknungsperiode und eine niedrigen Grad des Auftretens von Rissen zur Folge hat. Die Verkürzung der Trocknungszeit führt zu einer Verkürzung der Zyklusdauer des Formungsvorganges und ist für den Verfahrensschritt der Formung von beachtlichem Vorteil. Falls der Wassergehalt der Formmasse hoch ist, wird die Formmasse weich, und es ist schwierig, den Wasserdampf abzuleiten, und Risse können sich leichter bilden (siehe die Vergleichsbeispiele 3 und 4). Durch das Hinzufügen der Metallseife wird jedoch die Trocknungszeit verkürzt, und die Rate des Auftretens von Rissen wird herabgesetzt (siehe die Beispiele 9 und 10).
Die hohe Temperatur der Form führt zur Verkürzung der Trocknungszeit und auch zu einer raschen Bildung von Wasserdampf. Ferner führt die hohe Temperatur zu einem Aufschäumen, welches auf den Wasserdampf zurückzuführen ist, der teilweise schon während des Schrittes des Einfüllens der Formmasse entsteht, sowie zum Auftreten von Rissen. Allerdings können durch das Hinzufügen der Metallseife die Trocknungszeit verkürzt und der Grad des Auftretens von Rissen verringert werden (siehe die Tabelle 4). In dem Fall, wo die Formmasse einen hohen Wassergehalt aufweist und die Temperatur 200°C beträgt, kann das Auftreten von Rissen trotz der Hinzufügung von Metallseife nicht verhindert werden. Deshalb sollte zur Erreichung einer stabilen Produktion die Temperatur der Form vorzugsweise unter 200°C liegen.
Beispiele 11 bis 74 und Vergleichsbeispiele 5 bis 24
Unter Bezugnahme auf die Ausführungsform wurde ein Behälter in Form einer mit einer Rippe in der Unterseite versehenen Scheibe mit einem Durchmesser von 120 mm und einer Stärke von 1 mm mittels Spritzgießen hergestellt. In der Rippe betrug die Stärke des Unterteils 0,7 mm. Die Stärke des Endbereiches betrug 0,5 mm, und die Höhe betrug 10 mm.
Die Form für das Spritzgießen des scheibenähnlichen Behälters mit der Rippe soll unter Bezugnahme auf die 4, welche eine teilweise Schnittansicht der Form darstellt, erläutert werden.
In 4 bezeichnet die Ziffer 3 die stationäre Seite der Form, welche durch die stationäre Aufspannplatte 6 auf der stationären Halteplatte 4 vermittels der Wärmeisolationsplatte 5 gebildet wird. Die Ziffer 7 bezeichnet die bewegliche Seite der Form, welche durch die bewegliche Aufspannplatteplatte 10 auf der beweglichen Halteplatte 8 über die thermische Isolierplatte 9 gebildet wird. Die Ziffer 11 bezeichnet den stationären Spannschlitten, welcher sich vorwärts und rückwärts bewegt, während er mit dem Spannstempel 12 der Formmaschine verbunden ist. Die Ziffer 13 bezeichnet die Schraube zum Befestigen der Form, welche auf dem stationären Spannschlitten 11 festgespannt ist. Das freie Ende der Schraube führt in das Loch 14, welches in der beweglichen Aufspannplatte 10 vorhanden ist, und die Platte 10 kann längs der Schraube 13 gleiten.
Zum Schließen der stationären Seite 3 und der beweglichen Seite 7 durch die Bewegung des stationären Spannschlittens 11 mit dem Stempel 12 wird die bewegliche Aufspannplatte 10 nach vorn bewegt. Das freie Ende der Schraube 13 ragt aus der beweglichen Aufspannplatte 10 heraus (siehe 4). In der Anfangsphase für das Öffnen der stationären Seite 3 und der beweglichen Seite 7 wird der stationäre Spannschlitten 11 durch den Stempel 12 nach hinten bewegt. Die bewegliche Aufspannplatte 10 ist so ausgebildet, dass das Kopfteil 15 der Schraube 13 sich nicht im Kontakt mit der Platte 10 befindet, wenn die Strecke, um die der Schlitten 11 nach hinten bewegt wird, innerhalb von 30 mm liegt. Selbst wenn die Schließkraft dadurch weggenommen wird, dass der stationäre Spannschlitten 11 dergestalt nach hinten bewegt wird, dass die bewegliche Aufspannplatte 10 gleiten kann, werden die stationäre Seite 3 und die bewegliche Seite 7 untereinander so lange im geschlossenen Zustand gehalten, wie keine Öffnungskraft zwangsweise angelegt wird.
Die Ziffer 16 bezeichnet die Trennfläche der stationären Seite 3, die Ziffer 17 bezeichnet die Trennfläche der beweglichen Seite 7, und die Ziffer 18 bezeichnet den Hohlraum, welcher dadurch gebildet wird, dass die stationäre Seite 3 und die bewegliche Seite 7 dergestalt zusammen gebracht werden, dass die Trennflächen 16 und 17 dicht geschlossen sind. Dieser Hohlraum weist den Bereich 19 für das Formen des Körpers eines Formgegenstandes und den Bereich 20 für das Formen einer Rippe auf, so dass der Formgegenstand in der Gestalt einer Scheibe geformt werden kann. Die Ziffer 21 bezeichnet die Einspritzdüse, die Ziffer 22 bezeichnet den Einsatzheizkörper zum Erhitzen der stationären Seite 3, und die Ziffer 23 bezeichnet den Einsatzheizkörper zum Erhitzen der beweglichen Seite 7. Die Ziffer 24 bezeichnet das Mittel für die Einstellung des Feinspaltes zwischen den Trennflächen 16 und 17. Ein Endstück dieses Einstellmittels ist auf der beweglichen Halteplatte 8 befestigt. Das Einstellmittel umfasst die Platte 26 für das Einpassen des Stellstiftes in das Aufnahmeloch 25, also des Einstellstiftes 27, welcher in das Loch 25 und in die der auf der stationären Halteplatte 4 vorhandene Bohrung 28 eingeführt wird. Diese Bohrung ist so ausgelegt, dass der Kopf des Stiftes 27 nicht mit der stationären Halteplatte 4 in Kontakt kommt, wenn der Stift 27 in die Bohrung 28 der stationären Halteplatte 4 eingeführt wird.
Wenn der Durchmesser des Kopfes des Einstellstiftes mit "a" und der Durchmesser der Bohrung 28 mit "b" bezeichnet werden, wird in dem Zustand, wo der Stift in die Öffnung 28 derart eingeführt ist, dass der Kopf des Stiftes sich mit der stationären Halteplatte 4 nicht in Kontakt befindet, der Feinspalt zwischen den Trennflächen 16 und 17 auf den Wert (b – a)/2 eingestellt. Danach kann durch die Verstellung des Einstellstiftes 27 und der Bohrung 28 mit ihren spezifischen Durchmessern der Feinspalt festgelegt werden.
Nachfolgend soll die Wirkungsweise der Form erläutert werden.
Beim Verfahrensschritt des Einfüllens der Formmasse in den Hohlraum werden dadurch, dass der stationäre Spannschlitten 11 mit dem Stempel nach vorn bewegt wird, um die stationäre Seite 3 und die bewegliche Seite 7 zusammen zu bringen, die Trennflächen 16 und 17 dicht gegeneinander geschlossen, damit der Hohlraum 18 dicht verschlossen wird. Wenn die Formmasse in den Hohlraum 18 durch die Einspritzdüse 21 eingespritzt und eingefüllt ist, wird die Formmasse durch den Einfülldruck selbst in den engen Bereich hinein wie beispielsweise in den Bereich 20 zur Formung der Rippe gleichmäßig verteilt. Obwohl sich in dem Oberflächenbereich der Formmasse, welcher mit dem erhitzten Hohlraum 18 in Kontakt kommt, die Oberflächenschicht ausbildet, befindet sich der innere Bereich der Formmasse in einem fließfähigen Zustand mit einer geringen Viskosität. Während ein solcher Zustand beibehalten wird, entwickelt sich Wasserdampf, und der innere Druck des Hohlraumes 18 steigt durch den Druck dieses Wasserdampfes an.
Beim Verfahrensschritt der Ausbildung des Feinspaltes durch das Öffnen der Trennflächen 16 und 17 und der Ableitung des Wasserdampfes, um die Formmasse zu trocknen und zu verfestigen, wird die Schließkraft der beweglichen Aufspannplatte 10 gelöst, wenn der stationäre Spannschlitten 11 zusammen mit dem Stempel 12 nach hinten bewegt wird. Folglich kann die bewegliche Spannplatte 10 unter der Führung der Schraube 13 gleiten. Die stationäre Seite 3 und die bewegliche Seite 7 werden jedoch im geschlossenen Zustand gehalten. Wenn die bewegliche Spannplatte 10 längs der Schraube 13 geglitten ist und sich durch den im Hohlraum vorhandenen Wasserdampfdruck nach hinten bewegt hat, um die stationäre Seite 3 und die bewegliche Seite 7 zu öffnen, werden die Trennflächen 16 und 17 geöffnet, um den Feinspalt auszubilden, wobei der Wasserdampf durch den Feinspalt abgeführt wird. Die Strecke, um welche die bewegliche Aufspannplatte 10 nach hinten bewegt werden kann, ist auf diejenige Strecke begrenzt, um welche die bewegliche Aufspannplatte 10 bewegt wird, bis der Kopf des Stellstiftes 27 mit der Wandung der Bohrung 28 in Kontakt kommt. Entsprechend stimmt die Weite des Feinspaltes, welcher zwischen den Trennflächen ausgebildet wird, mit der Strecke überein, um welche die bewegliche Spannplatte 10 nach hinten bewegt wird, nämlich die Hälfte der Differenz zwischen dem Durchmesser der Bohrung 28 und dem Durchmesser des Stellstiftes 27.
In der vorliegenden Erfindung kann durch die Verwendung eines Präzisionsmechanismus zum Öffnen der Form an Stelle des Einstellmittels 24 der Feinspalt dadurch ausgebildet werden, dass man die Strecke steuert, um welche der Stempel 12 nach hinten bewegt wird, und dadurch, dass man die Trennflächen um die gleiche Strecke öffnet. Hinsichtlich der Mittel für die Ausbildung des Feinspaltes liegen in der vorliegenden Erfindung keine Einschränkungen vor Bei der in der vorliegenden Erfindung benutzten Formmasse wurde Holzzellstoffbrei von AZUMI FILTER CO., LTD. als Zellulosefaserstoff verwendet. Als wasserlösliches Bindemittel wurden Getreidestärke, unter der Bezeichnung Corn Y von OJI CORN STARCH CO., LTD. erhältlich, und Polyvinylalkohol, unter der Bezeichnung GOHSENOL NM-14 von NIPPON GOHSEI CO., LTD. erhältlich, verwendet. Ferner wurde Zinkstearat, welches von KISHIDA REAGENT CHEMICALS CO., LTD, für Forschungszwecke hergestellt wurde, als internes Formtrennmittel verwendet. Die Formmassen wurden in den weiter unten erläuterten Mischungsverhältnissen hergestellt.
Die Formmasse A wurde durch Hinzufügen von 1 Teil Zinkstearat auf 100 Teile der Mischung aus Zellulosefaserstoff, Stärke, Polyvinylalkohol und Wasser im Verhältnis von 7 : 2,1 : 0,9 : 4 hergestellt. Die Formmasse B wurde durch Hinzufügen von 1 Teil Zinkstearat auf 100 Teile der Mischung aus Zellulosefaserstoff, Stärke, Polyvinylalkohol und Wasser im Verhältnis 7 : 2,1 : 0,9 : 6 hergestellt. Die Formmasse C wurde durch Hinzufügen von 1 Teil Zinkstearat auf 100 Teile der Mischung aus Zellulosefaserstoff, Stärke, Polyvinylalkohol und Wasser im Verhältnis von 7 : 2,1 : 0,9 : 10 hergestellt. Ferner wurde die Formmasse D durch Hinzufügen von 1 Teil Zinkstearat auf 100 Teile der Mischung aus Zellulosefaserstoff, Stärke, Polyvinylalkohol und Wasser im Verhältnis von 7 : 2,1 : 0,9 : 15 hergestellt. Es muss bemerkt werden, dass das Verhältnis von festen Inhaltsstoffen zu Wasser in der Formmasse A 10/4, in der Formmasse B 10/6, in der Formmasse C 10/15 und in der Formmasse D 10/15 betrug.
Wenn das Verhältnis von Wassers zum festen Inhaltsstoff in der Formmasse erhöht wird, nimmt die Viskosität ab, und der Formgegenstand, welcher erhalten werden soll, neigt zum Aufschäumen. Folglich wurde die Temperatur der stationären Seite 3 und der beweglichen Seite 7 auf relativ niedrige Werte eingestellt, so dass die Formmasse nicht infolge des Blähdrucks durch den Feinspalt zwischen den Trennflächen 16 und 17 ausfließt. Im konkreten Fall betrug die Temperatur der stationären Seite 3 und der beweglichen Seite 7 200°C für die Formmasse A, 180°C für die Formmasse B, 160°C für die Formmasse C und 130°C für die Formmasse D.
Für die Herstellung dieser Formmassen wurden der Zellulosefaserstoff, die Stärke, der Polyvinylalkohol, das Wasser und das Zinkstearat in einem 20-Liter-Kübel aus Polyethylen getrennt voneinander und nacheinander eingewogen, so dass ihre Gesamtmenge 1 kg betrug, und anschließend wurden sie verrührt. Danach wurden die verrührten Substanzen mittels eines Knet-Mixtruders vom Gleichlauf-Rotationstyp, hergestellt von Werner & Pfleiderer, extrudiert, so dass ein Granulat von etwa 5 mm im Durchmesser und etwa 5 mm in der Länge gebildet wurde.
Der Schneckendurchmesser betrug 28 mm und das L/D-Verhältnis 32, und der Knet-Extruder wurde unter solchen Bedingungen betrieben, dass die Temperatur des Zylinders und der Düse 70°C betrug und die Schnecke sich mit 200 U/min drehte.
Als Spritzgießmaschine wurde die Spritzgießmaschine SH220, hergestellt von Sumitomo Heavy Industries Co., Ltd., verwendet. Bei dieser Maschine betrug die maximale Schließkraft 220t, die maximale Einspritzrate betrug 400 cm³/sek, der maximale Einspritzdruck lag bei 211 MPa (2150 kp/cm²), die maximale Drehzahl der Schnecke betrug 330 U/min, und der Durchmesser der Schnecke betrug 50 mm.
In der Spritzgießmaschine lagen die folgenden Spritzbedingungen vor: der Einstellwert der Schließkraft betrug 100 t, der Einstellwert der Einspritzrate betrug 30/cm³/sek, der Einspritzdruck betrug 29,4 MPa (300 kp/cm²), die Drehzahl der Schnecke betrug 100 U/min, und die dosierte Menge an Formmasse betrug im Zylinder 13 mm (etwa 25 cm³). Die Temperatur des Zylinders betrug 70°C im zentralen Bereich und 30°C an der Seite des Beschickungsbehälters und im Düsenbereich. Die Temperatur der Form betrug, wie weiter oben beschrieben wurde, 130°C, 160°C, 180°C oder 200°C.
Unter Verwendung der weiter oben erwähnten Formmassen und der Spritzgießmaschine wurden dann die scheibenförmigen Behälter hergestellt und bewertet. Die Ergebnisse dieser Bewertung sind in den Tabellen 5 bis 8 dargestellt.
Nach dem Schließen der stationären Seite 3 und der beweglichen Seite 7, um die Trennflächen dicht zu verschließen, wurde der Einstellstift 27 des Einstellmittels 24 so eingestellt, dass die Trennflächen 16 und 17 um eine spezielle Weite geöffnet werden konnten. Danach wurde die Formmasse eingespritzt, und es wurde zu dem Zeitpunkt, zu dem das Einspritzen beendet war, die Schließkraft gelöst, so dass sich der Stempel 12 um 10 ± 5 mm nach hinten bewegen konnte.
Wenn sich der Stempel 12 nach hinten bewegte, wurde die bewegliche Aufspannplatte 10 unter der Führung durch die Schraube 13 durch den im Hohlraum 18 erzeugten Wasserdampf nach hinten bewegt, so dass sich die Trennflächen 16 und 17 öffneten. Dann wurde mittels des Einstellmittels 24 der Feinspalt mit einer genau vorgegebenen Weite zwischen den Trennflächen 16 und 17 gebildet. Nach Abschluss der Ableitung des Wasserdampfes durch den Feinspalt wurden die stationäre Seite 3 und die bewegliche Seite 7 zusammen gedrückt, so dass die Trennflächen 16 und 17 dicht verschlossen wurden. Danach wurde der erhaltene Formgegenstand durch Trocknung und Verfestigung der Formmasse aus dem Hohlraum 18 herausgelöst. Jeder erhaltene Formgegenstand, den man jedes Mal beim Öffnen der Trennflächen erhielt, wurde als Erzeugnis M bezeichnet. Die Weite des Feinspaltes, die Trocknungszeit und die Einschätzung sind in den Tabellen 5 und 6 wiedergegeben.
Die Ergebnisse für den Fall, wo die Formmasse A verwendet wurde und die Temperatur der stationären Seite 3 und der beweglichen Seite 7 200°C betrug, sind in Tabelle 5 dargestellt. Die Ergebnisse für den Fall, wo die Formmasse B verwendet wurde und die Temperatur der stationären Seite 3 und der beweglichen Seite 7 180°C betrug, sind auch in Tabelle 5 dargestellt. Die Ergebnisse für den Fall, wo die Formmasse C verwendet wurde und die Temperatur der stationären Seite 3 und der beweglichen Seite 7 160°C betrug, sind in Tabelle 6 dargestellt. Die Ergebnisse für den Fall, wo die Formmasse D verwendet wurde und die Temperatur der stationären Seite 3 und der beweglichen Seite 7 130°C betrug, sind auch in Tabelle 6 dargestellt.
In den Tabellen 5 bis 8 wurde der Formgegenstand mit 0 bewertet, falls kein Grat festgestellt wurde, die Erscheinungsform der Seiten gut war und ein vorzügliches Erzeugnis erhalten wurde. Der Formgegenstand wurde mit Δ bewertet, falls einige kaum merkliche Unregelmäßigkeiten an der Seite des Formgegenstandes vorhanden waren, jedoch die Unregelmäßigkeiten leicht zu entfernen waren, und ein relativ vorzügliches Erzeugnis erzielt wurde. Ferner wurde der Formgegenstand mit X bewertet, falls an der Seite des Formgegenstandes ein Grat ausgebildet war, sich ein Lunker im Formgegenstand befand und ein schlechtes Erzeugnis erhalten wurde.
Als Trocknungsperiode versteht man den Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt, zu welchem der spezielle Feinspalt durch das Öffnen der Trennflächen 16 und 17 gebildet wurde, um die Ableitung des Wasserdampfes zu beginnen, und dem Zeitpunkt, zu welchem die Erzeugung des Wasserdampfes abgeschlossen ist, d. h. der Zeitpunkt, zu welchem das Geräusch des sich entwickelnden Wasserdampfes verschwand.
Da die Projektionsfläche eines jeden Formgegenstandes dieses Beispieles etwa 110 cm² betrug, konnte die bewegliche Seite 7 durch den Druck des Wasserdampfes weit genug nach hinten bewegt werden, weil der Druck des Wasserdampfes in der Form von 180°C auf etwa 0,98 MPa (10 kp/cm²) anstieg.
Wie aus den Tabellen 5 und 6 ersichtlich ist, konnte ein vorzüglicher Formgegenstand durch die Verkürzung der Trocknungsperiode erhalten werden, wenn die Weite des Feinspaltes im Bereich von 0,02 bis 0,50 mm lag. Bei dem Formgegenstand der Beispiele 18, 25, 26, 32 bis 34 und 40 bis 42 traten einige kaum merkliche Unregelmäßigkeiten um den Seitenbereich auf, welcher sich im Kontakt mit dem Feinspalt der Trennflächen befand, aber diese Unregelmäßigkeiten konnten leicht mittels Schleifpapier behoben werden.
Es wurde erkannt, dass die Temperatur der Form stark ansteigt, wenn das Verhältnis von Wasser zum Feststoffinhalt klein ist, und sie stark absinkt, wenn das Verhältnis von Wasser zum Feststoffinhalt für die Erscheinungsform des Erzeugnisses hoch ist.
Andererseits wurde im Fall der Vergleichsbeispiele 5, 8, 11 und 14 der Wasserdampf nicht abgeleitet, selbst wenn der Formgegenstand für 300 Sekunden unbeweglich stand. Als die Form nach 300 Sekunden geöffnet wurde, zerbarst die Formmasse zum Zeitpunkt des Öffnens durch den Druck des Wasserdampfes, und der Formgegenstand konnte nicht herausgelöst werden. In den Vergleichsbeispielen 6, 7, 9, 10, 12, 13, 15 und 16 floss ein Teil der Formmasse durch den Druck des Wasserdampfes in den Feinspalt, so dass sich ein Grat und im Formgegenstand ein Lunker bildete.
Nach dem Öffnen der Trennflächen 16 und 17 durch den im Hohlraum 18 vorhandenen Wasserdampfdruck, dem Ausbilden des Feinspaltes zwischen den Trennflächen 16 und 17 durch das Einstellmittel 24 und dem Ableiten des Wasserdampfes für die Dauer von 5 Sekunden durch den Feinspalt, wurden die stationäre Seite 3 und die bewegliche Seite 7 augenblicklich zusammen gedrückt, so dass die Trennflächen 16 und 17 dicht verschlossen wurden. Ferner wurde nach dem Öffnen der Trennflächen 16 und 17, um den Wasserdampf für 5 Sekunden abzuleiten, der Zyklus aus dem Verfahrensschritt Öffnen der Trennflächen 16 und 17 zur abermaligen Ableitung des Wasserdampfes und dem Verfahrensschritt dichtes Verschließen der Trennflächen wiederholt, bis das Geräusch des sich entwickelnden Wasserdampfes verschwand. Jeder durch einen derartigen Prozess erhaltene Formgegenstand wurde als Erzeugnis N bezeichnet, und die Ergebnisse sind in den Tabellen 7 und 8 dargestellt.
Die Ergebnisse für den Fall, wo die Formmasse A verwendet wurde und die Temperatur der stationären Seite 3 und der beweglichen Seite 7 200°C betrug, sind in Tabelle 7 dargestellt. Die Ergebnisse für den Fall, wo die Formmasse B verwendet wurde und die Temperatur der stationären Seite 3 und der beweglichen Seite 7 180°C betrug, sind auch in Tabelle 7 dargestellt. Die Ergebnisse für den Fall, wo die Formmasse C verwendet wurde und die Temperatur der stationären Seite 3 und der beweglichen Seite 7 160°C betrug, sind in Tabelle 8 dargestellt. Die Ergebnisse für den Fall, wo die Formmasse D verwendet wurde und die Temperatur der stationären Seite 3 und der beweglichen Seite 7 130°C betrug, sind auch in Tabelle 8 dargestellt.
Aus den Tabellen 7 und 8 ist ersichtlich, dass ein vorzüglicher Formgegenstand durch Verkürzung der Trocknungszeit erhalten werden konnte, wenn die Weite des Feinspaltes im Bereich von 0,02 bis 0,50 mm lag. Beim Formgegenstand der Beispiele 50, 57, 58, 64 bis 66 und 72 bis 74 traten einige kaum merkliche Unregelmäßigkeiten um den Seitenbereich herum auf, welcher sich im Kontakt mit dem Feinspalt der Trennflächen befand, aber diese Unregelmäßigkeiten konnten leicht mittels Schleifpapier ausgeglichen werden.
Andererseits wurden im Fall der Vergleichsbeispiele 17 bis 24 ein Grat gebildet, der darauf zurückzuführen ist, dass Formmasse durch den Druck des Wasserdampfes in den Feinspalt floss, sowie im Formgegenstand ein Lunker infolge des Aufschäumens.
Beispiele 75 bis 78 und Vergleichsbeispiel 25
Nach dem folgenden Verfahren wurde ein Behälter in Kammerform mit einer Breite von 150 mm, einer Länge von 300 mm und einer Tiefe von 30 mm mit einer Stärke von 1,2 mm hergestellt.
Die benutzte Form ist in 5 dargestellt und ist die gleiche wie diejenige, welche in dem weiter oben erwähnten Beispiel 11 verwendet wurde mit der Ausnahme, dass die Wandung des Hohlraumes einer Aufrauung unterzogen wurde, um einen Bereich zu erhalten, welcher einen gewissen Widerstand gegenüber der Einfüllströmung in Einfüllrichtung aufweist, d. h. einen Fließwiderstand. Die Einspritzdüse 44 ist mit einer Kühlröhre 45 ausgestattet, welche verhindert, dass die Düse 44 auf Grund des Wärmeübergangs von der stationären Seite 31 erhitzt wird. Der Hohlraum 43 und die Einspritzdüse 44 sind am Anschnitt 46 verbunden, und die Öffnung des Anschnittes 46 ist auf die Mitte der Wandung des Hohlraumes 43 gerichtet. Die Temperatur der stationären Seite 31 und der beweglichen Seite 35 wird im Bereich von 120 bis 220°C gehalten.
Es soll nun die verwendete Formmasse erläutert werden. Als Zellulosefaserstoff wurde ein Linters-Zellstoff aus Baumwolle, erhältlich von AZUMI FILTER CO., LTD., verwendet. Dieser Linters-Zellstoff liegt in Pulverform mit einer Faserlänge von nicht größer als 0,3 mm vor und neigt dazu, sich untereinander zu verstricken. Es ist dabei von Vorteil, dass die den Linters-Zellstoff enthaltende Formmasse gleichmäßig verknetet werden kann. Das wasserlösliche Bindemittel, der Polyvinylalkohol und das Formtrennmittel sind dieselben wie diejenigen, welche beim Beispiel 11 verwendet wurden.
Die Formmasse wurde durch Hinzufügen von 1 Teil des Formtrennmittels zu 100 Teilen der Mischung aus Zellulosefaser, Stärke, Polyvinylalkohol und Wasser mit einem Verhältnis von 7 : 2,1 : 0,9 : 7 erhalten.
Diese Formmasse wurde auf die gleiche Art und Weise wie beim Beispiel 11 hergestellt und pelletiert, und es wurde ein Behälter in Kammerform durch Spritzgießen mit Hilfe der in 5 dargestellte Form erhalten. Es wurde dieselbe Spritzgießmaschine auf die gleiche Art und Weise wie beim Beispiel 11 verwendet mit der Ausnahme, dass die Einspritzrate 150 cm³/sek, die dosierte Menge an Formmasse im Zylinder 45 mm (etwa 90 cm³) und die Temperatur der Form 180°C betrug.
Nach dem dichten Verschließen der Trennflächen 41 und 42 durch Zusammenpressen der stationären Seite 31 und der beweglichen Seite 35 wurde die Formmasse vom Anschnitt 46 aus in den Hohlraum 43 eingespritzt und eingefüllt. Nach dem Abschluss des Einfüllens wurde die Spannkraft gelöst und auf Null gesteuert. Als die Spannkraft den Wert Null erreicht hatte, wurden die Trennflächen 41 und 42 geöffnet, damit sich durch den Druck des Wasserdampfes der Feinspalt bildet. Der im Hohlraum 43 erzeugte Wasserdampf wurde abgeleitet und aus dem Feinspalt zwischen den Trennflächen 41 und 42 entfernt. Nach dem Abschluss des Einfüllens wurde die Entwicklung des Wasserdampfes innerhalb von etwa 30 Sekunden gestoppt, um die Trocknung des Formgegenstandes zum Abschluss zu bringen. Ferner wurden nach dem Abschluss der Wasserdampfentwicklung die Trennflächen 41 und 42 mit dem Feinspalt für etwa 5 Sekunden in einem geöffneten Zustand gehalten. Dann wurde nach dem Zusammendrücken der stationären Seite 31 und der beweglichen Seite 35 zum Zweck des dichten Verschließens der Trennflächen 41 und 42 der Formgegenstand von der Form abgelöst.
Auf der Wandung des Hohlraumes 43 wurde eine raue Oberfläche ausgebildet, um in radialer Richtung von dem Punkt aus, der auf den Anschnitt 46 gerichtet ist, bis zur Seitenwandung des Hohlraumes 43 einen Fließwiderstand zu erzeugen. Das Verfahren zur Herstellung der rauen Oberfläche soll nachfolgend erläutert werden. Auf der Wandung des Hohlraumes 43 gibt es den Wandungsbereich, der von der stationären Seite 31 gebildet wird, und den Wandungsbereich, welcher durch die bewegliche Seite 35 gebildet wird. Hier wurde die raue Oberfläche auf beiden Wandungsbereichen gebildet.
(a) Ausbildung der rauen Oberfläche durch eine Oberflächenstruktur (Beispiel 75)
Auf die Wandung des Hohlraumes 43 wurde von der TANAZAWA HAKKOSHA CO., LTD. eine Oberflächenstruktur aufgebracht. Die Unregelmäßigkeiten dieser Oberflächenstruktur auf der Wandung des Hohlraumes wurden mittels eines Messinstrumentes für die Oberflächenrauigkeit gemessen. Der Durchschnittswert R_a betrug 7,2 μm und der durchschnittliche R_max betrug 47 μm. Die Rauigkeit der Oberflächenstruktur entsprach der Rauigkeit von Schleifpapiers der Körnung 600. Der Fließwiderstand wurde durch diese auf die Oberflächenstruktur zurückzuführenden Unregelmäßigkeiten erzeugt und verhinderte das Gleiten der Oberflächenschicht. Es muss jedoch in Betracht gezogen werden, dass die konvexen Bereiche der Oberflächenstruktur die Oberflächenschicht von einem Gleiten abhalten, weil die Formmasse in die konkaven Bereiche der Oberflächenstruktur hineinfließt und die konkaven Bereiche in verschiedenen Schüben mit Formmasse gefüllt wurden. Da die raue Oberfläche, hauptsächlich aber die konvexen Bereiche der Oberflächenstruktur auf den zu erhaltenden Formgegenstand übertragen wird, bilden sich auf dem Formgegenstand Mikroporen. Jedoch ist die Oberfläche des Formgegenstandes in beachtenswerter Weise glatter als die raue Oberfläche A. Bei diesem Verfahren kann die raue Oberfläche nur durch ein Sandstrahlen auf der Hohlraumwandung geschaffen werden. Dieses Verfahren ist in beachtenswerter Weise einfach im Vergleich zu dem Verfahren für die Ausbildung einer rauen Oberfläche durch die Einbettung eines Drahtgewebes und dem Verfahren zur Ausbildung einer rauen Oberfläche in Form eines Sägezahns.
(b) Raue Oberfläche in Form von Drahtgewebe (Beispiel 76)
Auf der Wandung des Hohlraumes 43 wurde durch das Aufbringen und Befestigen eines Drahtgewebes aus rostfreiem Stahl mit Maschenweite 200 durch Galvanoformung mit Nickel eine raue Oberfläche geschaffen. Ein Fließwiderstand wurde durch die Unregelmäßigkeiten des Drahtgewebes erzeugt, welcher in der Lage ist, das Gleiten der Oberflächenschicht zu verhindern. Diese Verhinderung des Gleitens erfolgte in der gleichen Art und Weise wie im Fall der rauen Oberfläche A und wurde erreicht, weil ein Draht, welcher das Drahtgewebe bildet, in die Oberflächenschicht eingelagert wurde.
Da ein kleines Muster, welches auf den Draht des Drahtgewebes zurückzuführen ist, auf die Oberfläche des Formgegenstandes übertragen wird, kann der Formgegenstand mit dem Muster ein gutes Aussehen aufweisen.
(c) Raue Oberfläche (Beispiel 77)
Wie in 6 dargestellt, wurde auf der Wandung des Hohlraumes 43 ein konzentrisches kreisförmiges Muster 50 in Sägezahnform in Richtung der Tiefe mit 0,1 mm in der Höhe und mit einem Zahnabstand von 2,0 mm gebildet. Dieses Muster wurde in radialer Richtung von dem Bereich der Wandung des Hohlraumes aus gebildet, welcher auf den Anschnitt 46 gerichtet ist. Der Fließwiderstand, der durch den Höhenunterschied des konzentrisch kreisförmigen Musters 50 in Sägezahnform bewirkt wurde, hat das Gleiten der Oberflächenschicht verhindert. Auf der rauen Oberfläche des Beispieles 77 in der Form eines Sägezahns verlief der Höhenunterschied quer zur Fließrichtung der Formmasse im rechten Winkel. Trotzdem drangen die konvexen Bereiche der rauen Oberfläche des Beispiels 75, 76 oder des weiter unten erwähnten Beispiels 78 in die Oberflächenschicht der Formmasse ein, so dass das Gleiten in einer willkürlichen Richtung verhindert wurde. Auf der rauen Oberfläche des Beispiels 77 bildete der Höhenunterschied eine Sperre, so dass das Gleiten lediglich in der Fließrichtung verhindert wurde, aber die raue Oberfläche des Beispiels 78 wirkungsvoll funktionierte.
Da auf der Oberfläche des Formgegenstandes ein charakteristisches Muster von der gleichen Art wie im Fall der rauen Oberfläche des Beispiels 76 gebildet wurde, kann der Formgegenstand mit dem Muster ein gutes Aussehen aufweisen.
(d) Raue Oberfläche durch Aufkleben (Beispiel 78)
Der Hohlraum 43 wurde nach dem Stahl-Schleifen entparaffiniert, dem eine Aktivierung folgte. Wasserglas, wie es unter der Bezeichnung CRM-100 von OKUNO CHEMICAL INDUSTRIES CO., LTD., erhältlich ist, wurde auf die Wandung des Hohlraumes 43 durch Aufsprühen aufbracht, so dass sich ein Film von etwa 20 μm Stärke bildete. Anschließend wurde Schleifkorn mit einer Teilchengröße von 10 bis 20 μm auf dem Wasserglasfilm mit einer Belegungsdichte von etwa 3 mg/cm² fein verteilt und an der Luft getrocknet. Ferner wurde die Oberfläche hitzebehandelt, um eine raue Oberfläche zu erhalten, deren Rauigkeit etwa der Rauigkeit eines Schleifpapiers der Körnung 600 entsprach. Der Fließwiderstand, der durch die Unregelmäßigkeit des anhaftenden Schleifkornes erreicht wurde, verhinderte das Gleiten der Oberflächenschicht. Die Rauigkeit der rauen Oberfläche des Beispiels 78 ist ähnlich derjenigen der rauen Oberfläche des Beispiels 75. Die Verhinderung des Gleitens wurde erreicht, weil die konvexen Bereiche des Schleifkornes in die Oberflächenschicht der Formmasse in der gleichen Art und Weise eindrangen wie im Fall der rauen Oberfläche des Beispiels 78.
Obwohl sich infolge der konvexen Bereiche des Schleifkornes an der Oberfläche des Formgegenstandes eine große Anzahl von Poren bildeten, war die übrige Oberfläche, welche sich während des Kontakts mit dem Wasserglasfilm bildete, glatt und glänzend.
(e) Geschliffene Oberfläche (Vergleichsbeispiel 25)
Unter Verwendung einer Flächenschleifmaschine, welche mit einer Schleifscheibe von Kabushiki Kaisya TIKEN unter der Bezeichnung WA-60-K bestückt war, wurde an der Wandung des Hohlraumes 43 bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 1500 m/min eine geschliffene Oberfläche erzeugt.
Die Erscheinungsform der oben hergestellten Behälter in Kammerform wurde bewertet. Folgende Ergebnisse wurden erhalten. Bei erfolgter Ausbildung von rauen Oberflächen bei jedem der Beispiele 75 bis 78 wurde kein Auftreten einer Schweißstelle beobachtet, die Zustände der rauen Oberflächen wurden formschlüssig übertragen, und es wurden homogen ausgeformte Gegenstände mit einem beachtlich guten Aussehen erhalten. Im Gegensatz dazu wurde im Fall der rauen Oberfläche des Vergleichsbeispieles 25 beobachtet, dass sich dort eine Menge von Schweißstellen befand und in den Schweißbereichen Risse aufgetreten sind. Darüber hinaus erfolgte, falls der Fluss während des Schrittes der Ausbildung einer Schweißstelle gestoppt wurde, das Einfüllen in die Schweißbereiche nicht vollständig, so dass dies einen Formgegenstand mit einer teilweisen Fehlstelle ergab.
Wenn die raue Oberfläche auf jedem der Wandungsbereiche, welche durch die stationäre Seite 31 oder die bewegliche Seite 35 gebildet wurde, angelegt wurde, konnte in gewissem Umfang dieselbe Wirkung erzielt werden. Dies war wirkungsvoll genug, um einen Formgegenstandes mit einem ruhigen Bereich herzustellen. Wenn zum Beispiel die raue Oberfläche eines jeden der Beispiele 75 bis 78 auf demjenigen Wandungsbereich angelegt wurde, welcher durch die bewegliche Seite 35 gebildet wurde, und die raue Oberfläche des Vergleichsbeispieles 25 auf demjengen Wandungsbereich angelegt wurde, welcher durch die stationäre Seite 31 gebildet wurde, so wurde zwar eine geringe Schlierenbildung beobachtet, die auf das Gleitfließen auf der äußeren Oberfläche, welche der stationären Seite 31 entspricht, zurückzuführen ist, aber es trat keine größere Schweißstelle auf. Auf diese Weise konnten vorzügliche Formgegenstände erhalten werden.
Beispiel 79
Nachfolgendend soll erläutert werden, wie ein biologisch abbaubarer Behälter in Kammerform, welcher eine Breite von 150 mm, eine Länge von 200 mm, eine Tiefe von 30 mm und eine Dicke von 1,2 mm aufweist, hergestellt wird.
Die hierbei verwendete Formmasse wurde auf die gleiche Art und Weise hergestellt und pelletiert, wie das in dem weiter oben erwähnten Beispiel 11 geschah, jedoch mit der Ausnahme, dass das Mischungsverhältnis von Zellulosefaserstoff, Stärke, Polyvinylalkohol und Wasser 7 : 2,1 : 0,9 : 6,5 betrug.
Bei der Herstellung der Formmasse wurde ein Teil des anfänglich hinzugefügten Wassers in den Verfahrensschritten Rühren, Kneten und Pelletieren verdampft. Folglich wurde die pelletierte Formmasse mit Wasser in einer solchen Menge durchtränkt, wie sie derjenigen Menge entsprach, die zur Gewährleistung dieser Menge verdampft wurde, und anschließend durch Spritzgießen in Pastillenform gebracht. Die dabei benutzte Spritzgießmaschine war die gleiche, die auch im Beispiel 11 benutzt wurde. Die Temperatur des Zylinders wurde auf 70°C eingestellt, und die Temperatur der Form für die Pastille wurde auf 30°C eingestellt. Die Menge an Wasser für die Durchtränkung betrug 30 g pro 1 kg Formmasse.
Die für das Pressgießen im Beispiel 79 verwendet Form ist in 7 dargestellt. 7 ist eine teilweise Schnittansicht dieser Form. Die Ausführung der Form in 7 war beinahe die gleiche wie diejenige der Form in 4, welche bei Beispiel 11 verwendet wurde mit der Ausnahme, dass der Kopf 73 des Stiftes um etwa 30 mm von der beweglichen Aufspannplatte 68 entfernt war und dass die zusätzliche Feder 77 auf der Trennfläche der beweglichen Seite 65 befestigt war. Die Feder 77 hatte eine Federkraft, um die Trennflächen 75 und 76 zu öffnen.
Ferner wurde an den Wandungen 79 und 80 des Hohlraums 78 eine Oberflächenstruktur durch Prägeverfahren auf die gleiche Art und Weise wie in dem oben erwähnten Beispiel 75 ausgebildet, um die raue Oberfläche mit dem Fließwiderstand zu bilden. Dieser sollte verhindern, dass die Formmasse auf den Wandungen 79 und 80 des Hohlraumes 78 in der Fließrichtung gleitet.
Der Feinspalt zwischen den Trennflächen 75 und 76 konnte auf die gleiche Art und Weise wie im Beispiel 11 eingestellt werden.
Es soll angemerkt werden, dass die Temperatur der Form durch die Einsatzheizkörper 87 und 88 auf 180°C gehalten wurde. Der Durchmesser des Kopfes 86 des Stellstiftes 84 betrug 14,8 mm, und der Durchmesser der Bohrung 85 betrug 15,0 mm, um einen Feinspalt von 0,1 mm zwischen den Trennflächen 75 und 76 herzustellen.
Im konkreten Fall wurde die Formmasse in der Form einer Pastille in die Mitte der Wandung 80 der beweglichen Seite 65 gebracht, während die bewegliche Seite 65 und die stationäre Seite 61 geöffnet wurden, wie das unter (a) in 7 dargestellt ist. Danach wurden, indem der Stempels 71 nach vorn bewegt wurde, die stationäre Seite 61 und die bewegliche Seite 65 zusammen gefügt, so dass die Trennflächen 75 und 76 dicht schlossen, während die zusätzliche Feder 77 andrückte, was dazu führte, dass der Hohlraum 78 gebildet wurde. Die Formmasse 89 wurde in den Hohlraum 78 ohne Gleiten eingefüllt, und es wurde das Wasser zum Verdampfen gebracht, so dass Wasserdampf entstand.
Durch das Einführen des Einstellstiftes 84 in das Aufnahmeloch 82 und in die Bohrung 85 und die Positionierung des Kopfes 86 innerhalb der Bohrung 85 (siehe (b) der 7) wurde das Einstellmittel eingestellt. In diesem Zustand wurde der Stempel 71 nach hinten bewegt, und die Spannkraft auf die stationäre Seite 61 und auf die bewegliche Seite 65 wurde weggenommen. Dadurch wurden die Trennflächen durch die zusätzliche Feder 77 geöffnet, und der Druck des Wasserdampfes in dem Hohlraum 78 wurde schnell und leicht reduziert. Zwischendurch wurde der Feinspalt von 0,1 mm, welcher durch die Einstellmittel eingestellt wurde, gebildet. Der in dem Hohlraum 78 erzeugte Wasserdampf wurde reibungslos über den Feinspalt abgeleitet, so dass der Formgegenstand schnell und formschlüssig trocknen konnte. Nach Beendigung der Ableitung des Wasserdampfes wurden die stationäre Seite 61 und die bewegliche Seite 65 geschlossen. Dadurch dass man das Einstellmittel 81 entfernt, indem man den Einstellstift 84 aus der Einführpore 82 und der Bohrung 85 herausnimmt, kann der Formgegenstand nach dem Öffnen der stationären Seite 61 und der beweglichen Seite 65 leicht herausgenommen werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Entsprechend der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung kann ein Formverfahren zur Herstellung eines Gegenstandes, welcher einen Zellulosefaserstoff enthält, durchgeführt werden, ohne dass Entgasungsmittel mit Mikroporen vorhanden sein müssen und ohne dass ein Grat erzeugt wird. Ferner kann bei diesem Verfahren der Wasserdampf reibungslos und zuverlässig binnen einer kurzen Zeitspanne abgeleitet werden, und es kann der Einfülldruck erhöht werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Form der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden ist, darf dies nicht so verstanden werden, dass eine derartige Offenbarung als Einschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens zu betrachten ist. Verschiedene Änderungen und Modifikationen an der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten auf diesem Gebiet ohne Zweifel offensichtlich, nachdem sie die obige Offenbarung gelesen haben.

Claims

Verfahren zum Formen eines Zellulosefasern enthaltenden Gegenstandes, welches die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitung einer Formmasse durch Mischen von Zellulosefasern mit mindestens einem wasserlöslichen Bindemittel und Wasser, (b) Einfüllen der Formmasse in einen Hohlraum, der zwischen einer stationären Seite und einer beweglichen Seite einer Form gebildet wird, die auf 120 bis 220°C erhitzt wird, während die Trennflächen der besagten Seiten dicht geschlossen werden, (c) Ausbildung eines feinen Spalts von 0,02 mm bis 0,50 mm zwischen den genannten Trennflächen, (d) Entweichenlassen des in dem genannten Hohlraum entstehenden Wasserdampfes durch den genanten feinen Spalt und (e) Trocknen und Verfestigenlassen der genannten Formmasse.
Verfahren zum Formen eines Zellulosefasern enthaltenden Gegenstandes gemäß Anspruch 1, wobei im Schritt (c) ein feiner Spalt von 0,05 bis 0,30 mm ausgebildet wird.
Verfahren zum Formen eines Zellulosefasern enthaltenden Gegenstandes gemäß Anspruch 1, wobei nach Schritt (d) und vor Schritt (e) ein Zyklus bestehend aus dem Schritt des abermaligen dichten Schließens der Trennflächen und dem Schritt des Öffnens der Trennflächen mindestens einmal durchgeführt wird.