EP1901905A1 - Verfahren zur herstellung von kunststoffformteilen und danach hergestelltes formteil - Google Patents
Verfahren zur herstellung von kunststoffformteilen und danach hergestelltes formteilInfo
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Definitions
- the invention relates to a process for the production of plastic moldings while increasing the viscosity number of the starting material used for their preparation. It relates in particular to the production of such parts in an injection molding process. Furthermore, the invention relates to a molded part produced by the process.
- the plastic in order to enable the use of the injection molding technique, the plastic must not have too high a viscosity, since otherwise only a machining process would be possible.
- the load capacity and thus the life of moldings made of plastic directly proportional to the viscosity number of the material related.
- the gradient of the proportionality line is so steep that a change in the viscosity number by only 15 points halves or doubles the service life, for example of a toothed ring made of plastic.
- plastic moldings such as sprockets and the like
- materials are generally used today, preferably polyamides, which have an absolute viscosity or solution viscosity of 180 ml / g to 190 ml / g when they are delivered.
- the viscosity number decreases by up to 5 points. Accordingly, the load capacity or service life of a molded part produced by injection molding from plastic reduces.
- the supplying chemical industry is also able to deliver higher viscosity materials, that is, plastics having a higher viscosity number.
- the production of corresponding materials is preferably done by changing the extrusion conditions and generally leads to an increase in the price of the starting material for injection molding.
- the viscosity number of polyamide By heating or tempering of the granules serving as starting material for the injection molding process, according to a predetermined temperature-time profile, the viscosity number of polyamide can be increased.
- the increase in the viscosity number apparently results from the fact that, due to a polycondensation reaction occurring due to the heat, molecules are crosslinked with one another, so that longer chains are formed. With longer chains, however, the intermolecular forces become larger, so that as a result the load capacity of the material, in the form of the modulus of elasticity and in particular the fatigue strength, increases.
- the illustrated type of pretreatment of the granules is much more efficient than a thermal aftertreatment of the finished part.
- the benefit of the invention is therefore that higher loadable by the producer of the plastic moldings according to the requirements of the customer with the same starting material Parts can be realized.
- a new field of application of this material opens up for applications for which high-priced materials are used today.
- a molded plastic article produced by the process according to the invention has, after shaping, a solution viscosity with a viscosity number between 180 ml / g and 200 ml / g. It is characterized in particular by the fact that its solution viscosity is equal to or greater than the original solution viscosity of the granules used for its production.
- rotating or dynamically loaded parts such as sliding elements, gears or shafts, having a viscosity number between 180 ml / g and 200 ml / g
- corresponding viscosity numbers can be achieved with starting materials which have a viscosity number on delivery of between 180 ml / g and 190 ml / g.
- the reduction in the viscosity number occurring during injection molding is therefore at least compensated or, as is clear from the above figures, optionally also overcompensated.
- worm gears or helical gears for use in the transmission of a power steering can be produced, which despite the use of a rather low-cost polyamide having the above-mentioned viscosity number of 180 ml / g to 190 ml / g after the completion of the molding process, a viscosity number between 180 ml / g and 200 ml / g.
- worm gears or helical gears Ultramid ® A4H be manufactured by heating the starting material to HO 0 C and is then annealed for 12 hours. Thereafter, the worm wheels are produced in an ordinary manner in an injection molding process from the pretreated granules according to the invention. It can be seen that, without resorting to higher-priced materials which have a higher viscosity number than the generally obtained for the purpose of injection molding of the manufacturers of such moldings, worm gears or helical gears can be made for the stated purpose, which viscosity numbers between 180 ml / g and 200 ml / g. Obviously due to this relatively high viscosity number, corresponding worm gears or helical gears have a high load capacity and stability, by which they are suitable for use in EPS applications.
- EPS electric power steering systems
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffformteilen unter Erhöhung der Viskositätszahl des zu ihrer Herstellung verwendeten Ausgangsmaterials und ein nach dem Verfahren hergestelltes Formteil. Zur Erhöhung der Belastbarkeit und Standfestigkeit im Spritzguss hergestellter, bei ihrem Einsatz dynamisch belasteter Formteile wird vorgeschlagen, das verwendete Granulat vor der formgebenden Verarbeitung im Spritzgussprozess für eine Dauer von 10 bis 30 Stunden bei einer Temperatur zwischen 900C und 1500C zu tempern. Durch dieses in vorteilhafter Weise ohne größeren Aufwand beim Produzenten der Formteile einsetzbare Verfahren sind ohne Rückgriff auf höherpreisliche Materialen hochbelastbare Formteile herstellbar. Dabei weist ein entsprechendes, nach dem Verfahren aus einem Granulat mit einer ursprünglichen Lösungsviskosität zwischen 180 ml/g und 190 ml/g gefertigtes Formteil, wie ein Schneckenrad, eine Lösungsviskosität zwischen 180 ml/g und 200 ml auf .
Description
Verfahren zur Herstellung von Kunststoffformteilen und danach hergestelltes
Formteil
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffformteilen unter Erhöhung der Viskositätszahl des zu ihrer Herstellung verwendeten Ausgangsmaterials. Sie bezieht sich insbesondere auf die Herstellung derartiger Teile in einem Spritzgussprozess. Weiterhin betrifft die Erfindung ein nach dem Verfahren hergestelltes Formteil.
Bereits seit mehreren Jahren werden in steigendem Maße mechanische Teile und Elemente, welche früher aus Metall bestanden, aus Kunststoff gefertigt. Ein Vorteil, welchem zum Beispiel vor allem im Fahrzeugbau eine besondere Bedeutung zukommt, besteht in der sich beim Einsatz von Kunststoff ergebenden Gewichtsreduktion. Zudem lassen sich durch den Einsatz von Spritzgussverfahren auch Teile mit komplizierten Geometrien aus Kunststoff verhältnismäßig einfach fertigen.
Um den Einsatz der Spritzgusstechnik zu ermöglichen, darf jedoch der Kunststoff eine nicht zu hohe Viskosität aufweisen, da andernfalls nur eine spanende Bebeziehungsweise Verarbeitung möglich wäre. Andererseits hat sich aber gezeigt, dass die Belastbarkeit und damit auch die Standzeit von aus Kunststoff hergestellten Formteilen direkt proportional mit der Viskositätszahl des Materials
zusammenhängt. Dabei ist die Steigung der Proportionalitätsgeraden so steil, dass eine Änderung der Viskositätszahl um nur 15 Punkte die Lebensdauer, beispielsweise eines aus Kunststoff gefertigten Zahnkranzes, halbiert oder verdoppelt. Daher gilt es, für den Spritzgussprozess Materialien auszuwählen, welche einerseits im Hinblick auf ihre Verarbeitung eine nicht zu hohe Viskositätszahl aufweisen, andererseits aber nach dem Abschluss des Spritzgussprozesses noch über eine Viskositätszahl verfügen, welche eine hohe Belastbarkeit und Lebensdauer sicherstellt.
Zur Fertigung von Kunststoffformteilen, wie Zahnkränzen und dergleichen, werden heute im Allgemeinen Materialien, vorzugsweise Polyamide, verwendet, welche bei ihrer Anlieferung eine absolute Viskosität beziehungsweise Lösungsviskosität von 180 ml/g bis 190 ml/g aufweisen. Im Zuge des Spritzgussprozesses verringert sich jedoch die Viskositätszahl und zwar um bis zu 5 Punkte. Entsprechend reduziert sich die Belastbarkeit beziehungsweise Standzeit eines im Wege des Spritzguss aus Kunststoff gefertigten Formteils. Selbstverständlich ist die zuliefernde Chemieindustrie auch in der Lage, höherviskose Materialien, das heißt Kunststoffe mit einer höheren Viskositätszahl zu liefern. Die Erzeugung entsprechender Materialien geschieht aber vorzugsweise durch geänderte Extrusionsbedingungen und führt dabei im Allgemeinen zu einer Verteuerung des Ausgangsmaterials für den Spritzguss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein seitens der Produzenten von Spritzgussformteilen einsetzbares Verfahren anzugeben, durch welches ohne eine nennenswerte Verteuerung des Herstellungsprozesses Formteile geschaffen werden können, die aufgrund der Viskositätszahl des Materials nach dem Abschluss des Formgebungsprozesses eine hohe Belastbarkeit aufweisen. Weiterhin soll ein entsprechendes, nach dem Verfahren hergestelltes Formteil bereitgestellt werden.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Ein die Aufgabe lösendes Formteil wird durch den ersten produktbezogenen Anspruch charakterisiert. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren erfolgt die Herstellung von Kunststoffformteilen durch die Verarbeitung eines als Granulat vorliegenden Ausgangsmaterials in einem Spritzgussprozess. In erfindungswesentlicher Weise wird jedoch das Granulat beim Produzenten der Formteile vor der formgebenden Verarbeitung im Spritzgussprozess erhitzt und für eine Dauer von 10 bis 30 Stunden bei einer Temperatur zwischen 9O0C und 1500C getempert. Zur Durchführung des Verfahrens wird dabei vorzugsweise granuliertes Polyamid verwendet.
Durch Erhitzen beziehungsweise Tempern des als Ausgangsmaterial für den Spritzgussprozess dienenden Granulates, entsprechend einem festgelegten Temperatur-Zeit-Profil, lässt sich die Viskositätszahl von Polyamid erhöhen. Die Erhöhung der Viskositätszahl resultiert dabei offenbar daraus, dass aufgrund einer durch die Wärme auftretenden Polykondensationsreaktion Moleküle miteinander vernetzt werden, so dass längere Ketten entstehen. Bei längeren Ketten werden aber die intermolekularen Kräfte größer, so dass im Ergebnis die Belastbarkeit des Materials, in Form des E-Moduls und insbesondere der Biegewechselfestigkeit, zunimmt.
Die dargestellte Art der Vorbehandlung des Granulates ist wesentlich effizienter als eine thermische Nachbehandlung des Fertigteils. Der Nutzen der Erfindung liegt demnach darin, dass durch den Produzenten der Kunststoffformteile entsprechend den Anforderungen des Kunden mit gleichem Ausgangsmaterial höher belastbare
Teile realisiert werden können. Gleichzeitig eröffnet sich ein neuer Einsatzbereich dieses Materials für Anwendungen, für welche heute hochpreisliche Materialien eingesetzt werden. Somit ist hier ein Kostensenkungspotenzial für die Hersteller der Formteile gegeben.
Entsprechend einer praxisgerechten Möglichkeit der Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung von Kunststoffformteilen aus Polyamid konnte in Versuchen gezeigt werden, dass bei einer Temperung des Materials mit einer Temperatur zwischen 110°C und 13O0C über einen Zeitraum von 10 bis 12 Stunden gute Resultate erzielt werden. Dabei konnte, im Hinblick auf die Viskositätszahl des angelieferten Materials einerseits und die Viskositätszahl des fertigen Formteils andererseits, die im Ergebnis des Spritzgießens zu verzeichnende Verringerung der Viskositätszahl kompensiert oder gar überkompensiert werden.
Besonders gute Ergebnisse wurden für Polyamid, wie beispielsweise das unter dem Handelsnamen Ultramid A4H®, erzielt, wenn das Material vor dem Spritzgießen nach dem Erreichen einer Granulattemperatur von HO0C mit einer Dauer von 10 bis 12 Stunden getempert und danach in einem Spritzgussprozess wurde.
Ein nach dem erfindungemäßen Verfahren hergestelltes Kunststoffformteil weist nach der Formgebung eine Lösungsviskosität mit einer Viskositätszahl zwischen 180 ml/g und 200 ml/g auf. Es zeichnet sich dabei insbesondere dadurch aus, dass seine Lösungsviskosität gleich groß oder größer ist, als die ursprüngliche Lösungsviskosität des zu seiner Herstellung verwendeten Granulates.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können drehende beziehungsweise dynamisch belastete Teile, wie Gleitelemente, Zahnräder oder Wellen, mit einer Viskositätszahl zwischen 180 ml/g und 200 ml/g hergestellt werden, wobei
entsprechende Viskositätszahlen mit Ausgangsmaterialien erreicht werden, die bei Anlieferung eine Viskositätszahl zwischen 180 ml/g und 190 ml/g aufweisen. Die beim Spritzgießen auftretende Verringerung der Viskositätszahl wird demnach zumindest kompensiert oder, wie anhand der vorstehenden Zahlen deutlich wird, gegebenenfalls auch überkompensiert. Vorzugsweise sind unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens Schneckenräder oder Schraubräder für den Einsatz im Getriebe einer Servolenkung herstellbar, welche trotz der Verwendung eines eher niedrigpreislichen Polyamids mit der vorstehend genannten Viskositätszahl von 180 ml/g bis 190 ml/g nach dem Abschluss des Formgebungsprozesses eine Viskositätszahl zwischen 180 ml/g und 200 ml/g aufweisen.
Gemäß einer beispielhaften Applikation werden entsprechende, für den Einsatz in EPS-Anwendungen (Servolenksystemen) vorgesehene Schneckenräder oder Schraubräder aus Ultramid A4H® gefertigt, indem das Ausgangsmaterial auf HO0C erhitzt und dann für 12 Stunden getempert wird. Danach werden die Schneckenräder in einem Spritzgussprozess in üblicher Weise aus dem gemäß der Erfindung vorbehandelten Granulat hergestellt. Dabei zeigt sich, dass ohne Rückgriff auf höherpreisliche Materialien, welche von Hause aus eine höhere Viskositätszahl aufweisen, als die im Allgemeinen zum Zwecke des Spritzguss von den Herstellern solcher Formteile bezogenen, Schneckenräder oder Schraubräder für den genannten Einsatzzweck gefertigt werden können, welche Viskositätszahlen zwischen 180 ml/g und 200 ml/g aufweisen. Offenbar aufgrund dieser verhältnismäßig hohen Viskositätszahl weisen entsprechende Schneckenräder beziehungsweise Schraubräder eine hohe Belastbarkeit und Standfestigkeit auf, durch welche sie für den Einsatz in EPS-Anwendungen geeignet sind.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Kunststoff durch die Verarbeitung eines als Granulat vorliegenden Ausgangsmaterials in einem Spritzgussprozess, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat vor der Formgebenden Verarbeitung im Spritzgussprozess für eine Dauer von 10 bis 30 Stunden bei einer Temperatur zwischen 900C und 1500C getempert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu dessen Durchführung ein granuliertes Polyamid verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyamid bei einer Temperatur zwischen 1100C und 1300C für 10 bis 12 Stunden getempert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Tempern nach dem Erreichen einer Temperatur von HO0C des Granulates mit einer Dauer von 10 bis 12 Stunden erfolgt.
5. Kunststoffformteil aus einem Polyamid, welches durch ein Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4 in einem Spritzgussprozess herstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dieses nach der Formgebung eine Lösungsviskosität mit einer Viskositätszahl zwischen 180 ml/g und 200 ml/g aufweist.
6. Kunststoffformteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Lösungsviskosität gleich groß oder größer ist als die ursprüngliche Lösungsviskosität des zu seiner Herstellung verwendeten Granulates.
7. Kunststoffformteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei diesem um ein dynamisch belastetes Teil, wie ein Gleitelement, ein Zahnrad oder eine Welle, handelt.
8. Kunststoffformteil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei diesem um ein Schneckenrad oder ein Schraubrad handelt.
9. Kunststoffformteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei diesem um ein Schneckenrad oder ein Schraubrad für den Einsatz im Getriebe einer Servolenkung handelt.
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