SE508528C2 - Förfarande vid formsprutning av termoplastprodukter innefattande hålrum - Google Patents

Description

sos 528 , kan givetvis återanvändas genom att malas ned och returneras till formsprutningsmaskinens plastificeringsdel, dock orsakar denna hantering nedbrytning av polymerkedjorna i termoplasten vilket försämrar egenskaperna hos en färdig produkt framställd av en sådan återanvänd termoplast. Ytterligare en nackdel med förfarandet såsom beskrivet i WO 90/00466 är att det tryck som termoplastsmältan utsätts för i formrummet ej kan nå upp till önskade värden förrän sidokaviteten helt fyllts. Detta ger dålig kontroll av injiceringsförloppet, både avseende termoplast och gas, vilket kan ge så kallade sjunkmärken, ofyllda partier samt ojämna godstjocklekar i de ihåliga profilerna.

Genom föreliggande uppfinning har ovanstående problem kunnat lösas varvid ett förfarande för framtällning av termoplastprodukter innefattande hålrum åstadkommits. Genom förfarandet har det blivit möjligt att styra godstjocklekarna i hålrummets väggar samt att styra trycket i formrummet under den kritiska fasen då hålrummet bildas, med väsentligt förbättrad slutkvalitet som följd. Dessutom har behovet av oönskade bihang samt fördyrande efterbearbetning med vidhäftad materialförstörande bearbetning väsentligt reducerats eller helt eliminerats.

Uppfmningen avser således ett förfarande vid ett formsprutningsförlopp där en detalj framställs i ett formverktyg vilket innefattar ett varmkanalsystem genom vilket smält termoplast injiceras och fördelas till åtminstone ett formrum. Detaljen innefattar minst ett hålrum som formas med hjälp av en trycksatt fluid vilken injiceras genom minst en fiuidkanal. Uppfinningen kännetecknas av att varmkanalsystemet är försett med minst en volymjusteringsanordning så att dess volym kan ökas och minskas med hjälp av volymjusteringsanordningen_ En mängd smält termoplast injiceras genom varmkanalsystemet medan dess volym minskas till ett förutbestämt värde. Denna volymminskning motsvarar en del av den injicerade termoplastmängden.

Formrummet fylls därmed åtminstone delvis, företrädesvis helt, med smält termoplast. Termoplastsmältan tillåts stelna något närmast formrummets väggar.

Denna stelning orsakas av att termoplastsmältan kyls av vid kontakten med de kylda väggarna i formrummet. En trycksatt fluid injiceras därpå i plastsmältan varpå minst ett hålrum bildas i den fortfarande smälta termoplasten. Den trycksatta fluiden pressar smält termoplast tillbaka till varmkanalsystemet vars volym tillåts öka till ett förutbestämt värde med jälp av volymjusteringsanordningen, vilken volymökning motsvarar den tillbakapressade termoplastens volym. Trycket i fluidkaviteten kommer att pressa termoplasten mot formrummets väggar.

Termoplasten i formrummet tillåts stelna helt varefter fluiden evakueras varpå formrummet kan öppnas, detaljen tas ut och proceduren kan upprepas efter det att formrummet åter stängts. Den termoplast som befinner sig i varmkanalsystemet s 588 528 befinner sig hela tiden i smält tillstånd med hjälp av inbyggda värmeelement.

Termoplastens stelningsgrad och därmed väggtjockleken i hålrummet kan styras med hjälp av väntetiden mellan plastinjektion och fluidinjektion En längre väntetid ger tjockare gods samt även en jämnare godstjocklek.

Varmkanalsystemets volymminskning i samband med injektionen av termoplastsmälta är företrädesvis lika stor i volymsenheter räknat som varmkanalsystemets volymökning i samband med tillbakapressningen av termoplastsmälta.

Volymjusterinsanordningen utgörs lämpligen av en cylinder i vilken en rörlig kolv anbringats. Denna kolv förs fram och tillbaka med hjälp av en drivanordning såsom en hydraulcylinder, pneumatisk cylinder, hydraulmotor, elmotor, pneumatisk motor eller liknande. Volymjusteringsanordningen är lämpligtvis försedd med en trycksensor. Denna trycksensor kan lämpligtvis vara anbringad på kolven eller mellan kolven och drivanordningeni Trycksensorn används för att styra kraften som driver kolven så att trycket på plastsmältan blir det önskade både under injicering av termoplast då volymen i varmkanalen minskas och medan fluidkaviteten bildas då volymen i varmkanalen ökar. För att få en noggrann kontroll av kolvens rörelse används lämpligen en hydraulmotor eller en stegmotor för att driva denna.

Varmkanalsystemet är lämpligtvis anslutet till formrummet via två eller flera ingötsmunstycken av vilka minst ett kan stängas. Härmed minskas risken att fluidkaviteten expanderar i oönskad riktning det vill säga genom ett ingötsmunstycke som eventuellt placerats längs fluidkavitetens expansionsväg.

För att förhindra att trycket sjunker i samband med injicering av fluid kan Varmkanalsystemet lämpligtvis vara anslutet till en plastificeringsde! via en ventil vilken förhindrar att plastsmälta kan pressas från varmkanalsystemet tillbaka in i plastificeringsdelen.

I de fall där en detalj skall innehålla flera separata hålrum är varmkanalsystemet lämpligtvis indelat i ett primärt och två eller flera sekundära varmkanalsystem, vilket innebär att varje hålrum får sitt eget varmkanalsystem. De sekundära varmkanalsystemen är försedda med vardera en eller flera volymjusteringsanordningar. Härigenom kan tillblivelsen av hålrummen styras var för sig vilket ökar kontrollerbarheten under framställandet_ Enligt en utföringsform av uppfinningen kan primära och sekundära varmkanalsystem även användas när formverktyg innehåller flera formrum, så kallade multi-cavity moulds eller stack moulds. Varmkanalsystemet är då indelat i ett primärt- och två eller flera sekundära varmkanalsystem. De sus 528 4 sekundära varmkanalsystemen är vardera försedda med en eller flera volymjusteringsanordningar och försörjer var sitt formrum. I båda fallen är lämpligtvis de sekundära varmkanalsystemen separerbara från det primära varmkanalsystemet och varandra genom ventiler vilka förhindrar att plastsmälta kan pressas från det sekundära varmkanalsystemet till det primära varmkanalsystemet eller från ett sekundärt varmkanalsystem till ett annat sekundärt varmkanalsystem. Dessa ventiler kan lämpligtvis utgöras av backventiler som inte kräver någon styrning men även ventiler som måste styras kan användas.

De senare kan lämpligtvis styras av formsprutningsmaskinens styrprogram.

Den fluid som används är företrädesvis en gas, företrädesvis en inertgas såsom kväve eller koldioxid. Dessa gaser befinner sig i gasfas under de tryck och temperaturer som lämpar sig för processen. Termoplasterna värms upp tills de når plastiskt tillstånd vilket sker vid mellan llO och 250 OC beroende på typ av termoplast. Termoplasterna kan i detta plastiska tillstånd injiceras i formrummet.

Denna injektion sker under tryck, vilket tryck kan variera beroende på termoplasttyp, materialmängd och detaljutfomning, Detta injektionstryck varierar från några få bar till flera hundra bar. Trycket behålls sedan medan termoplasten stelnar för att motverka krympningar som orsakas av termoplasters relativt stora temperaturutvidgningskoefficient. Det är även möjligt att använda andra fluider än de ovan nämnda. Exempelvis kan vätskor såsom exempelvis vatten användas.

Speciellt när stora tryck erfodras kan vatten vara lämpligt eftersom vattnet då kan hållas i vätskefas under hela förloppet. Det är även möjligt att använda vätskor med lägre kokpunkt än vattnet. Dessa kommer då att övergå i gasfas när de kommer i kontakt med den varma termoplasten. Gastrycket kommer att pressa termoplasten mot formrummets väggar medan den svalnar. Gasen kommer efterhand som termoplasten svalnar att kondensera tillbaks till vätskefas. Denna kondenseringstemperatur är helt beroende av trycket inne i hålrummet, varför varje vätska måste väljas efter de tryck som beräknas vara lämpliga för processen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen injiceras fluiden genom ett cylindriskt hålrum som i sin ena ande ansluter till detaljen. Hålrummet har fyllts med smält termoplast vilken så småningom stelnar. Hålrummet är utformat så att den termoplast som befinner sig i hålrummets centrum fortfarande befinner sig i smält tillstånd då fluiden injiceras. En kommunicerande kanal bildas därmed i den termoplast som befinner sig i hålrummet. Den kommunicerande kanalen utmynnar i detaljen där ett hålrum kan bildas. Hålrummets andra ände är lämpligtvis försedd med en kolv vilken kan användas för att pressa in den termoplast som befinner sig i hålrummet in i detaljen. Därmed kan de hål som som används för kommunicera fluiden till och från hålrummen förslutas. Detta är en fördel i exempelvis livsmedelsprodukter eftersom dessa hål medger att vätska och smuts kan tränga in i hålrummen varvid bakteriehärdar kan bildas där. Det är mycket svårt att rengöra sådana hålrum. Kolven styrs lämpligen av formsprutningsmaskinens styrsystem, och manövreras med hjälp av elmotorer, hydraulik eller pneumatik.

Lämpligtvis kan separata kylzoner användas vid de cylindriska hålrummen samt vid den eller de kanaler som överskottstermoplasten pressas tillbaka till Varmkanalsystemet genom. Stelningshastigheten på den termoplast som befinner sig i hâlrummen och kanalerna kan därmed varieras oberoende av stelningshastigheten för den övriga termoplasten. Därigenom kan stelningsgraden hos dessa delar justeras, så att dessa ej stelnar för tidigt eller för sent i formsprutningsförloppet.

Uppfinningen illustreras ytterligare med hjälp av bilagda figurer som visar olika utföringsformer av uppfinningen varvid, -Figur l visar schematiskt, i genomskärning, ett formverktyg med en detalj innehållande ett hålrum, där den överflödiga plastsmältan har pressats tillbaka till ett varmkanalsystem enligt en första utföringsform av uppfinningen.

-Figur 2 visar schematiskt, i genomskärning, en alternativ utforingsform av förfarandet i figur 1.

-Figur 3 visar schematiskt, i genomskärning, ytterligar en utföringsform av ett formverktyg där en detalj med två separata hålrum framställs.

-Figur 4 visar schematiskt, i genomskärning, en utföringsform av uppfinningen varvid ett formverktyg innehållande flera separata formrum används.

Figur 1 visar schematiskt, i genomskärning, ett formverktyg 20 där en detalj i termoplast framställs. Formverktyget 20 innefattar ett varmkanalsystem 22 genom vilket smält termoplast injiceras och fördelas till ett formrum 21. Detaljen innefattar ett hålrum l som formas med hjälp av en trycksatt gas vilken injiceras genom en fluidkanal 23. Varmkanalsystemet 22 är försett med en voly-'mjusteringsanordning 24 vilken medger att dess volym kan ökas och minskas.

En mängd smält termoplast injiceras från en plastificeringsdel 28 genom varmkanalsystemet 22 medan dess volym minskas till ett förutbestämt värde med hjälp av volymjusteringsanordningen 24. Denna volymminskning motsvarar en del av den injicerade termoplastmängden. Formrummet 21 fylls därvid med smält termoplast via ett antal ingötsmunstycken 27' resp. 27". Termoplastsmältan tillåts 508 528 därefter stelna något närmast formrummets 21 väggar genom att kylas vilket åstadkommes genom kontakt med de kylda väggarna i formrummet 21. En trycksatt gas injiceras därpå i plastsmältan varpå ett hålrum 1 bildas i den fortfarande smälta termoplasten som befinner sig i de grövsta partierna i formrummet 21. Den trycksatta fluiden pressar den ännu ej stelnade termoplasten tillbaka till varmkanalsystemet 22 genom det nedre ingötsmunstycket 27'. Trycket i hålrummet 1 kommer dessutom att pressa termoplasten mot formrummets 21 väggar. Varmkanalsystemets 22 volym tillåts öka till ett förutbestämt värde med hjälp av volymjusteringsanordningen 24, vilken volymökning motsvarar den tillbakapressade termoplastens volym. Den termoplast som befinner sig i varmkanalsystemet 22 befinner sig hela tiden i smält tillstånd med hjälp av inbyggda värmeelement. Termoplasten i formrummet 21 tillåts stelna helt varefter gasen evakueras varpå formrummet 21 kan öppnas, detaljen tas ut och proceduren kan upprepas efter det att formrummet 21 åter stängts.

Termoplastens stelningsgrad och därmed väggtjockleken i hålrummet 1 kan styras med hjälp av väntetiden mellan plastinjektion och gasinjektion. En längre väntetid ger tjockare gods samt även en jämnare godstjocklek.

Volymjusterinsanordningen 24 utgörs av en cylinder 25 i vilken en rörlig kolv 26 anbringats. Denna kolv 26 förs fram och tillbaka med hjälp av en drivanordning i form av en stegmotor. Volymjusteringsanordningen 24 är även försedd med en trycksensor, Denna trycksensor är anbringad mellan kolven 26 och drivanordningen. Trycksensorn används för att styra kraften som driver kolven 26 så att trycket på plastsmältan blir det önskade både under injicering av termoplast då volymen i varmkanalen 22 minskas och medan hålrummet 1 bildas då volymen i varmkanalen 22 ökar.

Figur 2 visar schematiskt, i genomskärning, delar av en utföringsform av ett formverktyg 20. Förfarandet överensstämmer huvudsakligen med det i anslutning till figur 1 beskrivna, dock utmynnar fluidkanalen 23 i ett cylindriskt hålrum 30. Även det nedre ingötsmunstycket 27' är försett med ett sådant cylindriskt hålrum 30 vilket är placerat mellan formrummet och det nedre ingötsmunstycket 27'. De cylindriska hålrummen 30 har fyllts med smält termoplast vilken så småningom kommer att stelna. De cylindriska hålrummen 30 är utformade så att den termoplast som befinner sig i hålrummets centrum fortfarande befinner sig i smält tillstånd då gasen injiceras. En kommunicerande gaskanal bildas därmed i den termoplast som befinner sig i det cylindriska hålrum 30 där fluidkanalen 23 utmynnar. Den kommunicerande gaskanalen utmynnar i detaljen där ett hålrum 1 kan bildas. De cylindriska hålrummens 30 andra ände är försedda med vardera en kolv vilken används för att pressa in den termoplast som befinner sig i de v 508 528 cylindriska hålrummen 30 in i detaljen. Detta sker i slutet av varje formsprutningsförlopp. Därmed kan de hål som som används för att kommunicera gasen till och från hålrummet l förslutas. Detta är en fördel i exempelvis livsmedelsprodukter eftersom dessa hål medger att vätska och smuts kan tränga in i hålrummen varvid bakteriehärdar kan bildas där. Kolven styrs lämpligen av formsprutningsmaskinens styrsystem, och manövreras med hjälp av hydraulik. Det cylindriska hâlrummet 30 som används för att kommunicera smält termoplast är förbundet med det nedre ingötsmunstycket 27' via en kanal vilken isolerats från formverktygets 20 kylsystem så att termoplasten däri hela tiden befinner sig i smält tillstånd.

För att styra stelningshastigheten hos termoplasten i de cylindriska hålrummen 30 kan separata kylzoner användas. Stelningshastigheten på den termoplast som befinner sig i de cylindriska hålrummen 30 kan därmed varieras oberoende av stelningshastigheten för den övriga termoplasten.

Därigenom kan stelningsgraden hos dessa delar justeras, så att dessa ej stelnar för tidigt eller för sent i formsprutningsförloppet.

Figur 3 visar schematiskt. i genomskärning, en utföringsform av ett formverktyg 20 där en detalj med två separata hålrum 1 framställs. Förfarandet överensstämmer huvudsakligen med det i anslutning till fig. l beskrivna, dock har varmkanalsystemet 22 delats upp i ett primärt varmkanalsystem 22' och två sekundära varmkanalsystem 22". De sekundära varmkanalsystemen 22” är försedda med vardera en volymjusteringsanordning 24. Härigenom kan tillblivelsen av hålrummen l styras var för sig vilket ökar kontrollerbarheten under framställandet.

De sekundära varmkanalsystemen 22" är separerade från det primära varmkanalsystemet 22' och varandra genom ventiler 29 vilka förhindrar att plastsmälta kan pressas från de sekundära varmkanalsystemen 22" till det primära varmkanalsystemet 22' eller från ett sekundärt varmkanalsystem 22" till ett annat sekundärt varmkanalsystem 22". Dessa ventiler 29 utgörs av backventiler som inte kräver någon styrning men även ventiler som måste styras kan användas. De senare kan lämpligtvis styras av formsprutningsmaskinens styrprogram.

Figur 4 visar schematiskt, i genomskärning, en utföringsform av ett forrnverktyg 20 innehållande två separata formrum 21. Förfarandet överensstämmer huvudsakligen med det i anslutning till fig. l beskrivna, dock har varmkanalsystemet 22 delats upp i ett primärt varmkanalsystem 22' och två sekundära varmkanalsystem 22". De sekundära varmkanalsystemen 22" är försedda med vardera en volymjusteringsanordning 24. De sekundära varmkanalsystemen 22" försörjer var sitt formrum 21. Härigenom kan injektionen av termoplast till de båda formrummen 2l samt tillblivelsen av de båda hålrummen 1 styras var för sig 508 528 vilket ökar kontrollerbarheten under framställandet. De sekundära varmkanalsystemen 22" är separerade från det primära varmkanalsystemet 22' och varandra genom ventiler 29 vilka förhindrar att plastsmälta kan pressas från de sekundära varmkanalsystemen 22" till det primära varmkanalsystemet 22' eller från ett sekundärt varmkanalsystem 22" till ett annat sekundärt varmkanalsystem 22".

Dessa ventiler 29 utgörs av backventiler som inte kräver någon styrning men även ventiler som måste styras kan användas, De senare kan lämpligtvis styras av formsprutningsmaskinens styrprogram.

Uppfmningen begränsas inte av de visade utföringsformerna, då dessa kan varieras på olika sätt inom uppñnningens ram. Exempelvis kan formverktygen 20 enligt figur 3 och 4 även förses med cylindriska hålrum 30 placerade mellan fluidkanalerna 23 och formrummen 21. Sådana cylindriska hålrum 30 kan eventuellt även placeras mellan det nedre ingötsmunstycket 27' och formrummet 2l. De i figurerna l och 2 visade varmkanalsystemen 22 kan vidare förses med ytterligare volymjusteringsanordningar 24. Detta kan vara speciellt lämpligt om stora mängder smält termoplast skall pressas tillbaka vid utformning av mycket stora hålrum 1. Härvid kan en av volymjusterinsanordningarna 24 göras mindre och kan då användas för fmjustering av varmkanalsytstemets 22 volym. Likaså kan de sekundära varmkanalsystemen 22" förses med vardera fler än en volymjusteringsanordning 24.

Claims (2)

1. 9 508 528 PATENTKRAV 1 . . Förfarande enligt krav 1 eller
2. 2 . Förfarande enligt något av kraven l - 4 k ä n n e t e c k n a t Förfarande vid ett formsprutningsförlopp där en detalj framställs i ett formverktyg (20) vilket innefattar ett varmkanalsystem (22) genom vilket smält termoplast injiceras och fördelas till åtminstone ett formrum (21), varvid detaljen innefattar minst ett hålrum (1) som formas med hjälp av en trycksatt fluid vilken injiceras genom minst en fluidkanal (23), k ä n n e t e c k n a t av att varmkanalsystemet (22) är försett med minst en volymjusteringsanordning (24) så att dess volym kan ökas och minskas, varvid en mängd smält termoplast injiceras genom varmkanalsystemet (22) medan dess volym minskas till ett förutbestämt värde med hjälp av volymjusteringsanordningen (24), vilken volymminskning motsvarar en del av den injicerade termoplastmängden, så att formrummet helt, fylls, termoplastsmältan tillåts stelna något närmast formrummets (21) väggar, att en (21) åtminstone delvis, företrädesvis varefter trycksatt fluid därpå injiceras i plastsmältan varpå minst ett hålrum bildas i den fortfarande smälta termoplasten, att den trycksatta fluiden pressar smält termoplast tillbaka till varmkanalsystemet (22) vars volym tillåts öka till ett förutbestämt värde med hjälp av volymjusteringsanordningen (24), vilken volymökning motsvarar tillbakapressade volym, att termoplasten i formrummet (21) tillåts stelna helt varefter fluiden evakueras varpå formrummet (21) kan öppnas, detaljen tas ut och proceduren kan den termoplastens upprepas efter det att formrummet (21) åter stängts. Förfarande enligt krav l k ä n n e t e c k n a t av att varmkanalsystemets (22) volymminskning i samband med injektionen av termoplastsmälta är lika stor i volymsenheter räknat som varmkanalsystemets volymökning i samband med tillbakapressningen av termoplastsmälta. kännetecknat avatt volymjusterinsanordningen (24) utgörs av en cylinder (25) i vilken en rörlig kolv (26) anbringats, att kolven förs fram och tillbaka med hjälp av en drivanordning såsom en hydraulcylinder, pneumatisk cylinder, hydraulmotor, elmotor, pneumatisk motor eller liknande. Förfarande enligt något av kraven l - 3 k ä n n e t e c k n a t av att varmkanalsystemet (22) är anslutet till formrummet (21) via två eller flera ingötsmunstycken (27) av vilka minst ett kan stängas. av att varmkanalsystemet (22) är anslutet till en plastificeringsdel (28) via en ventil (29) vilken förhindrar att plastsmälta kan pressas från varmkanalsystemet (22) till plastificeringsdelen. 508 528 6. 10. 10 Förfarande enligt något av kraven 1 - 5 k ä n n e t e c k n a t av att varmkanalsystemet (22) är indelat i ett primärt och två eller flera sekundära varmkanalsystem (22' resp. 22"), varvid de sekundära varmkanalsystemen (22") vardera är försedda med en eller flera volymjusteringsanordningar (24). Förfarande enligt något av kraven 1 - 5 k ä n n e t e c k n a t av att två eller (21), indelat i ett primärt och två eller flera sekundära 22"), varvid de sekundära varmkanalsystemen (22") formverktyget innefattar flera formrum varvid varmkanalsystemet (22) är varmkanalsystem (22' resp. vardera är försedda med en eller flera volymjusteringsanordningar (24). Förfarande enligt krav 6 eller 7 k ä n n e t e c k n a t av att de sekundära varmkanalsystemen (22") är separerbara från det primära varmkanalsystemet (22') och varandra genom ventiler (29) vilka förhindrar att plastsmälta kan pressas från det sekundära varmkanalsystemet (22") till det varmkanalsystemet (22') eller från ett sekundärt varmkanalsystem (22“) till ett annat sekundärt varmkanalsystem (22"). primära k n a t av att den fluid kväve eller koldioxid. Förfarande enligt något av kraven 1 - 8 k ä n n e t e c som används är en gas, företrädesvis en inertgas såsom Förfarande enligt något av kraven l - 9 k ä n n e t e c k n a t av att fluiden injiceras genom ett cylindriskt hålrum (30) som i sin ena ände ansluter till detaljen, vilket hålrum (30) fyllts med smält termoplast vilken så småningom stelnar, att hålrummet (30) är utformat så att den termoplast som befinner sig i hålrummets (30) centrum fortfarande befinner sig i smält tillstånd då fluiden injiceras, varvid en kommunicerande kanal bildas i den termoplast som befinner sig i hålrummet (30), vilken kommunicerande kanal utmynnar i detaljen där ett hålrum (1) kan bildas.