WO2008151332A1 - Verfahren zur herstellung geschäumter kunststoffkörper - Google Patents

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    • B29K2067/006—PBT, i.e. polybutylene terephthalate

Definitions

  • the invention relates to a method for producing foamed plastic body.
  • the object of the present invention is therefore to develop a method of foaming plastics in such a way that on the one hand they are characterized by visually appealing surfaces and thus can be used without lamination, and on the other hand they have a pleasant feel, that is to say a so-called soft -Touch effect (eg: as in leather) have.
  • this is achieved by a method for producing foamed plastic body, which is characterized by the steps - Introducing a physical blowing agent in the located in the plasticizing, to be foamed plasticized plastic, wherein the physical blowing agent at a pressure of more than 180 bar, preferably more than 300 bar, more preferably more than 350 bar is introduced into the plasticized plastic.
  • a physical blowing agent is to be understood as a blowing agent which does not form inside the melt by a chemical process, for example by splitting off a gaseous molecule. This is understood to mean blowing agents which are introduced in gaseous form into the plastic, such as nitrogen, CO 2 , noble gases, etc.
  • the method generally produces the desired plastic bodies having the above-mentioned properties, it may nevertheless be advantageous for the plastic body to have areas which have a higher strength, eg. B. for mounting an instrument panel on the car. Therefore, it can be provided in a variant that the foamed plastic body is applied to a carrier by the carrier is introduced before the injection of the plastic in the mold cavity of the injection molding machine.
  • the carrier itself may be a plastic body which, for example, is previously inserted into the mold cavity of the injection molding machine.
  • the melt can have so much pressure that it supports the opening movement due to the foaming pressure.
  • Favorable results have been achieved, for example, using a stamping tool.
  • a cavity is created in the tool in which the plastic melt is injected.
  • the closing unit is selectively moved by a corresponding stroke, so that the cavity is increased accordingly.
  • the expansion can be done in a conventional manner in other ways.
  • the foamed plastic body is a thermoplastic elastomer, preferably based on polyester or based on PBT.
  • the blowing agent is an inert gas, preferably nitrogen, carbon dioxide or mixtures thereof.
  • inert gas is meant that they are gases that do not chemically react in a (negative) manner with the plastic melt.
  • the amount of added blowing agent ultimately depends on the desired one
  • the ideal range is in one embodiment in an amount of 0.3% to 4%, preferably 0.7% Qeweils Weight percent).
  • the amount of blowing agent will also be adjusted to the expansion volume of the mold cavity.
  • Favorable values are achieved, in particular, when the volume of the mold cavity is increased during the expansion to 1.5 times to 4 times, preferably to 2.5 times.
  • the thus achievable volume densities of the foamed plastic or polymer are about 60% of the bulk density or below.
  • the method of this type could, for example, be realized in that the carrier has a distance from the inner wall of the mold cavity of from 1 to 3 mm, preferably 2 mm, in regions.
  • the injection rate of the plasticized plastic in the mold cavity between 10 mm / sec and 200 mm / sec, preferably 60 mm / sec, and the mold cavity during decompression with a Decompression speed between 1 mm / sec and 25 mm / sec is increased.
  • the decompression speed has a significant influence on the foamed plastic, so it may be beneficial if the decompression speed is multi-stage, that is, first faster and then a slower expansion or vice versa. It may also prove to be advantageous if between the successful injection process and the subsequent expansion of the mold cavity for a period of up to 10 sec. Preferably, about 1 sec is maintained in its shape.
  • Optimal surfaces of the foamed plastic body could be achieved, for example, if the mold cavity has sintered metal inserts. The results were even better when the sintered metal inserts were temporarily exposed to vacuum. If you want to produce plastic body with a smooth surface, it is advantageous if the wall of the mold cavity has a smooth surface. However, since one wants to achieve the optical effect of a leather surface or at least a pleasant textured surface in many areas, it will be provided in most cases that the wall of the mold cavity at least partially has a leather engraving surface or is provided with symbols or characters. Optimum control of the foaming of the plastic in which the injected plastic is mixed with propellant, is possible if the mold cavity is pressurized prior to the injection process, preferably with the physical blowing agent.
  • the previously filled gas can then be drained from the mold cavity in a targeted and controlled manner or escape. After the expansion step has taken place and the associated foaming of the mold cavity can be cooled from the outside, so that the plastic body can be ideally removed after removal from the mold.

Abstract

Verfahren zur Herstellung geschäumter Kunststoffkörper, umfassend die Schritte Einbringen eines physikalischen Treibmittels in den in der Plastif iziereinheit befindlichen, zu schäumenden plastif izierten Kunststoff, wobei das physikalische Treibmittel mit einem Druck von mehr als 180 bar, vorzugsweise mehr als 300 bar, besonders bevorzugt mehr als 350 bar in den plastif izierten Kunststoff eingebracht wird. Einspritzen des mit physikalischem Treibmittel versehenen Kunststoffs in den Werkzeughohlraum der Spritzgießmaschine, Dekompression der Kunststoff schmelze durch Expansion des Werkzeughohlraums.

Description

Verfahren zur Herstellung geschäumter Kunststoffkörper
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geschäumter Kunststoffkörper.
Die Instrumententafeln gängiger Pkws weisen oft eine I-Tafel auf, mit einer Oberfläche in Lederoptik und einem dahinter befindlichen Kunststoffschaum der eine Verbindung zu einem Träger herstellt. Solche Verbundkörper werden durch Hinterschäumen von Slushhäuten mit Polyurethan hergestellt, welches dabei auch den Verbund mit dem vorzugsweise spritzgegossenen Träger herstellt. Die DE 43 04 751 C2 offenbart Kunststoffteile, bei denen auf einem spritzgegossenen Träger eine mit Treibmittelgas versetzte Schmelze aufgebracht wird, die durch anschließende Dekompression geschäumt wird. Bei den darin beschriebenen Verfahren werden Treibmittel eingesetzt, die unter Einfluss von Wärme oder Katalysatoren unter anderem CO2 oder N2 abspalten und somit durch den daraus resultierenden Schaumdruck den Kunststoff aufschäumen. Allerdings sind die auf diese Art erzielten Kunststoffteile in Ihrer Haptik- und Oberflächeneigenschaft nicht ideal. Die Raumdichten des Kunststoffs, die damit erzielte Weichheit und der daraus resultierende Soft-Touch-Effekt waren zu gering. Auch ist nur eine Anspritzung des Kunststoffs möglich, da sich ansonsten die Bindenaht abzeichnet.
Neben den chemischen Treibmitteln gemäß der DE 43 04 751 C2 sind auch geschäumte Kunststoffe bekannt, die mittels physikalischen Treibmitteln geschäumt werden. Die nach den bisherigen Verfahren hergestellten, mittels physikalischer Treibmittel geschäumten Kunststoffe weisen allerdings äußerst unansehnliche Oberflächen auf. Daher sind solche Kunststoffe für Bauteile im Sichtbereich nicht verwendbar. Die bisherigen Verfahren erzeugen darüber hinaus Schäume, die sehr großzellig sind und nicht den gewünschten Soft-Touch-Effekt aufweisen. Zurückzuführen ist dies auf die große Zelle mit Gaseinschluss bei einer gleichzeitig relativ steifen Wandung der Zelle.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu entwickeln, Kunststoffe derart zu schäumen, dass sich diese einerseits durch optisch ansprechende Oberflächen auszeichnen und somit ohne Kaschierung verwendet werden können, und dass diese andererseits eine angenehme Haptik, das heißt einen so genannten Soft-Touch-Effekt (z.B: wie bei Leder) aufweisen.
Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren zur Herstellung geschäumter Kunststoffkörper erzielt, das gekennzeichnet ist durch die Schritte - Einbringen eines physikalischen Treibmittels in den in der Plastifiziereinheit befindlichen, zu schäumenden plastifizierten Kunststoff, wobei des physikalische Treibmittel mit einem Druck von mehr als 180 bar, vorzugsweise mehr als 300 bar, besonders bevorzugt mehr als 350 bar in den plastifizierten Kunststoff eingebracht wird.
Einspritzen des mit physikalischem Treibmittel versehenen Kunststoffs in den Werkzeughohlraum der Spritzgießmaschine,
Dekompression der Kunststoffschmelze durch Expansion des Werkzeug hohlraums.
Der überraschende erfindungsgemäße Effekt zeigte sich dann, wenn ein physikalisches Treibmittel unter besonders hohem Druck in die Kunststoffschmelze eingebracht wird. Während beim bisher bekannten Schäumen mit physikalischen Treibmitteln Drücke im Bereich von weit unter 200 bar angewendet wurden, konnte durch das erfindungsgemäße Erhöhen des Drucks und die Folgeschritte der optimale erfinderische Effekt erzielt werden. Idealerweise beträgt der Druck über 200 bar. Besonders ausgeprägt war der Effekt bei einem Druckniveau von 350 bar oder mehr. Als physikalisches Treibmittel ist hierunter ein Treibmittel zu verstehen, das nicht im Inneren der Schmelze durch einen chemischen Prozess, beispielsweise durch Abspaltung eines gasförmigen Moleküls entsteht. Man versteht hierunter also vielmehr Treibmittel, die gasförmig in den Kunststoff eingebracht werden, wie beispielsweise Stickstoff, CO2, Edelgase usw.
In der einfachsten Variante ist es denkbar, die Kunststoffschmelze ebenfalls bei einem Druck von über 200 bar, vorzugsweise mehr als 300 bar, besonders bevorzugt mehr als 350 bar in den Werkzeughohlraum einzuspritzen. Allerdings ließen sich besonders ansprechende Oberflächen dann erzielen, wenn nach dem Einbringen des physikalischen Treibmittels in die Kunststoffschmelze aber vor dem Einspritzen der Kunststoffschmelze in den Werkzeughohlraum ein Zwischendekompressionsschritt erfolgt. Ein solcher Zwischendekompressionsschritt, also eine entsprechende Druckverringerung in der Kunststoffschmelze kann zum Beispiel erzielt werden, indem die Düsenanlegekraft verringert wird oder im Falle einer schneckenförmigen Plastifiziereinheit durch eine Reduktion der Schnecke. Auch ist es möglich, eine Nadelverschlussdüse im Heißkanal zu öffnen. Erste Ergebnisse haben gezeigt, dass eine. Druckreduktion auf 70 bis 80 bar sehr ansprechende Ergebnisse lieferte. Günstig hat es sich dann allerdings erwiesen, wenn nach dem Zwischendekompressionsschritt der Druck in der Kunststoffschmelze erhöht wird. Es kann der Druck hierbei wiederum auf die oben erwähnten Druckniveaus angehoben werden.
Obwohl sich mit dem Verfahren generell die gewünschten Kunststoffkörper mit den oben erwähnten Eigenschaften herstellen lassen, kann es dennoch vorteilhaft sein, wenn der Kunststoffkörper Bereiche aufweist, die eine höhere Festigkeit aufweisen, z. B. zur Befestigung einer Instrumententafel am PKW. Daher kann in einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass der geschäumte Kunststoffkörper auf einen Träger aufgebracht wird, indem der Träger vor dem Einspritzen des Kunststoffes in den Werkzeughohlraum der Spritzgießmaschine eingebracht wird. Der Träger kann hierbei selbst ein Kunststoffkörper sein, der beispielsweise vorher in den Werkzeughohlraum der Spritzgießmaschine eingelegt wird. Es wäre aber auch denkbar, den Träger in der Spritzgießmaschine selbst zu erzeugen und durch entsprechende Adaptierung des Werkzeughohlraumes anschließend das erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden. Die Expansion kann durch einen gezielten Hub im Werkzeug oder der Schließkraft erfolgen. Die Schmelze kann soviel Druck aufweisen, dass sie die Öffnungsbewegung durch den Schäumdruck unterstützt. Günstige Ergebnisse wurden beispielsweise unter Verwendung eines Prägewerkzeuges erzielt. Dabei wird umgekehrt zum Spritzprägeprozess ein Hohlraum im Werkzeug geschaffen, in dem die Kunststoffschmelze eingespritzt wird. Anschließend wird gezielt die Schließeinheit um einen entsprechenden Hub verfahren, sodass der Hohlraum entsprechend vergrößert wird. Die Expansion kann allerdings in an sich bekannter Weise auch auf andere Arten erfolgen.
Der erfindungsgemäße Effekt konnte besonders gut erzielt werden, wenn der geschäumte Kunststoffkörper ein thermoplastisches Elastomer ist, vorzugsweise auf Polyesterbasis oder auf Basis von PBT.
Aufgrund der Tatsache, dass bei den erwähnten Verfahrensschritten hohe Drücke und Temperaturen auftreten, ist es günstig, wenn das Treibmittel ein Inertgas, vorzugsweise Stickstoff, Kohlendioxid oder Mischungen daraus, ist. Dabei ist mit Inertgas gemeint, dass es sich um Gase handelt, die nicht in einer (negativen) Weise mit der Kunststoffschmelze chemisch reagieren.
Die Menge an zugesetztem Treibmittel hängt im Endeffekt auch von den gewünschten
Eigenschaften des Kunststoffkörpers ab. Der Idealbereich liegt bei einer Ausführungsvariante in einer Menge von 0,3 % bis 4 %, vorzugsweise 0,7 % Qeweils Gewichtsprozent). Im Idealfall wird man die Treibmittelmenge auch auf das Expansionsvolumen des Werkzeughohlraumes abstimmen. Günstige Werte erzielt man insbesondere dann, wenn das Volumen des Werkzeughohlraumes bei der Expansion auf das 1 ,5- bis 4fache, vorzugsweise auf das etwa 2,5fache erhöht wird. Die somit letztendlich erzielbaren Raumdichten des geschäumten Kunststoffes oder Polymeren liegen bei etwa 60 % der Rohdichte oder darunter. Das derartige Verfahren könnte beispielsweise realisiert werden, indem der Träger bereichsweise einen Abstand zur Innenwandung des Werkzeughohlraumes von 1 bis 3 mm, vorzugsweise 2 mm, aufweist. In einer günstigen Ausführungsvariante hat es sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Einspritzgeschwindigkeit des plastifizierten Kunststoffes in den Werkzeughohlraum zwischen 10 mm/sec und 200 mm/sec, vorzugsweise 60 mm/sec, beträgt, sowie der Werkzeughohlraum während der Dekompression mit einer Dekompressionsgeschwindigkeit zwischen 1 mm/sec und 25 mm/sec vergrößert wird. Diese Werte haben sich insbesondere bei Verwendung eines Spritzprägewerkzeuges als vorteilhaft erwiesen, wobei die Dekompressionsgeschwindigkeit die Bewegung der beweglichen Formaufspannplatte der Spritzgießmaschine in Bewegungsrichtung meint.
Die Dekompressionsgeschwindigkeit hat einen maßgeblichen Einfluss auf den geschäumten Kunststoff, daher kann es günstig sein, wenn die Dekompressionsgeschwindigkeit mehrstufig erfolgt, das heißt, dass zuerst eine schnellere und anschließend eine langsamere Expansion oder umgekehrt erfolgt. Es kann sich außerdem als vorteilhaft erweisen, wenn zwischen dem erfolgten Einspritzvorgang und der anschließenden Expansion der Werkzeughohlraum für eine Zeitspanne von bis zu 10 sec. vorzugsweise etwa 1 sec in seiner Form gehalten wird.
Optimale Oberflächen des geschäumten Kunststoffkörpers konnten beispielsweise dann erzielt werden, wenn der Werkzeughohlraum Sintermetalleinsätze aufweist. Noch besser waren die Resultate, wenn die Sintermetalleinsätze zeitweise mit Vakuum beaufschlagt sind. Will man Kunststoffkörper mit glatter Oberfläche erzeugen, ist es vorteilhaft, wenn die Wandung des Werkzeughohlraums eine glatte Oberfläche aufweist. Da man in vielen Bereichen allerdings den optischen Effekt einer Lederoberfläche oder zumindest einer angenehmen strukturierten Oberfläche erzielen will, wird in den meisten Fällen vorgesehen sein, dass die Wandung des Werkzeughohlraums zumindest bereichsweise eine Ledergravuroberfläche aufweist oder mit Symbolen oder Schriftzeichen versehen ist. Eine optimale Steuerung des Schäumens des Kunststoffes, bei dem der eingespritzte Kunststoff mit Treibmittel versetzt wird, ist dann möglich, wenn der Werkzeughohlraum vor dem Einspritzvorgang unter Druck gesetzt wird, vorzugsweise mit dem physikalischen Treibmittel. Während des Einspritzvorganges kann dann das vorher eingefüllte Gas aus dem Werkzeughohlraum gezielt und kontrolliert abgelassen werden oder entweichen. Nach dem erfolgtem Expansionsschritt und der damit verbundenen Schäumung kann der Werkzeughohlraum von außen gekühlt werden, damit der Kunststoffkörper nach der Entformung ideal entnommen werden kann.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung geschäumter Kunststoffkörper, gekennzeichnet durch die
Schritte - Einbringen eines physikalischen Treibmittels in den in der Plastifiziereinheit befindlichen, zu schäumenden plastifizierten Kunststoff, wobei des physikalische Treibmittel mit einem Druck von mehr als 180 bar, vorzugsweise mehr als 300 bar, besonders bevorzugt mehr als 350 bar in den plastifizierten Kunststoff eingebracht wird. - Einspritzen des mit physikalischem Treibmittel versehenen Kunststoffs in den
Werkzeughohlraum der Spritzgießmaschine,
Dekompression der Kunststoffschmelze durch Expansion des Werkzeughohlraums.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen des physikalischen Treibmittels in die Kunststoffschmelze aber vor dem Einspritzen der Kunststoffschmelze in den Werkzeughohlraum ein Zwischendekompressionsschritt erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem
Zwischendekompressionsschritt der Druck in der Kunststoffschmelze erhöht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der geschäumte Kunststoffkörper auf einem Träger aufgebracht wird, indem der Träger vor dem Einspritzen des Kunststoffes in den Werkzeughohlraum der
Spritzgießmaschine eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der geschäumte Kunststoffkörper ein thermoplastisches Elastomer ist, vorzugsweise auf Polyesterbasis oder auf Basis von PBT.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel ein Inertgas, vorzugsweise Stickstoff, Kohlendioxid oder Mischungen daraus, ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel in einer Menge von 0,3% bis 4%, vorzugsweise 0,7% (Gewichtsprozent) vorliegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Träger bereichsweise einen Abstand zur Innenwandung des Werkzeughohlraumes von 1 bis 3 mm, vorzugsweise 2 mm, aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Werkzeughohlraumes bei der Expansion auf das 1 ,5- bis 4fache, vorzugsweise auf das etwa 2,5fache erhöht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzgeschwindigkeit des plastifizierten Kunststoffes in den Werkzeughohlraum zwischen 10 mm/sec und 200 mm/sec, vorzugsweise 60 mm/sec, beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughohlraum während der Dekompression mit einer Dekompressions- geschwindigkeit zwischen 1 mm/sec und 25 mm/sec vergrößert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dekompressions- geschwindigkeit mehrstufig ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen erfolgtem Einspritzen und Dekompression eine Zeitspanne von 0 bis 10 sec, vorzugsweise 1 sec, liegt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughohlraum Sintermetalleinsätze aufweist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sintermetalleinsätze zeitweise mit Vakuum beaufschlagt sind.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Werkzeughohlraums zumindest bereichsweise eine glatte Oberfläche aufweist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die
Wandung des Werkzeughohlraums zumindest bereichsweise eine Ledergravuroberfläche aufweist oder mit Symbolen oder Schriftzeichen versehen ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeughohlraum vor dem Einspritzvorgang unter Druck gesetzt wird, vorzugsweise mit dem physikalischen Treibmittel.
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