DE1950406A1

DE1950406A1 - Verfahren zum Spritzgiessen von Gegenstaenden aus Schaumkunststoff

Info

Publication number: DE1950406A1
Application number: DE19691950406
Authority: DE
Inventors: Simmonds Jun Robert Charles; Kyritsis William Thomas
Original assignee: USM Corp
Current assignee: USM Corp
Priority date: 1968-10-15
Filing date: 1969-10-06
Publication date: 1970-04-16
Also published as: ZA697225B; BR6913317D0; NL163155B; DE1950406B2; NL163155C; ES372732A1; NL6915449A; DE1950406C3; FR2020737A1; BE740328A; CH487729A; GB1292318A

Description

Dipl.-Ing. Heinz Bardehle

Patentanwalt München, den 6.Okt. 1969

D-8 Mönchen 26, Postfach 4 Te Ufon 0811/292555

Mein Zeichen: P

Beschreibung zum Patentgesuch

der Firma USM Corporation In Flemington, New Jersey und Boston, Massachusetts, V.St.v.A,

betreffend:

Verfahren zum Spritzgießen von Gegenständen aus Schaumkunststoff.

Priorität: 15. Oktober 1968 - V.St.v.A.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von Gegenständen aus einer Mischung von schäumbarem, geschmolzenem Kunststoff und einem Blähmittel, wobei die Mischung auf einer Temperatur, die unter jener des Blähmittels liegt, gehalten und auf die Mischung ein Druck ausgeübt wird, welcher über dem Blähdruck des Blähmittels liegt.

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Beim Spritzgießen von Gegenständen aus schäumendem Kunst-* ' ΐ stoff Ist es erforderlich, daß nach dem Vermischen der ve*·*- flussigten Kunststoffmasse mit einem Blähmittel der Blähprozess so lange verzögert wird, bis die Mischung in die Gußform eingespritzt ist. Welters Ist es erforderlich, daß die Zellenbildung im Kunststoff in der Gußform so gesteuert werden kann, daß dem Gußstück die jeweils erwünschte Dichte und Festigkeit verliehen werden kann. Es Ist bekannt, Gegenstände aus Schaumkunststoff durch Spritzgießen herzustellen, Indem schäumbarer Kunststoff geschmolzen und mit einem Blähmittel vermischt wird, wobei die Temperatur der Mischung ge-

nügend hoch ist, um den Blähprozess einzuleiten, wobei der auf die Mischung ausgeübte Druck jedoch über dem Blähdruck liegt, sodaß der Blähprozess in der Mischung verhindert wird. Dieser Druck wird auf die Mischung so lange ausgeübt, bis sie in die Gußform eingespritzt Ist, wonach sich der flüssige Schaumkunststoff ausdehnt und die Gußform ausfüllt. Bei dem genannten Verfahren hat sich jedoch als nachteilig'erwiesen, daß die Mischung oft nicht unter genügend Druck gehalten werden kann um, nachdem sie ihre Blähtemperatur erreicht hat, den Blähprozess zu verzögern. Dadurch wird der Blähprozess in der Mischung schon eingeleitet, bevor diese In die Gußform gelangt. Dieses vorzeitige Schäumen führt dazu, daß der gegossene Gegenstand eine Zellenstruktur von niederer Qualität erhält, speziell dann, wenn es sich um relativ dünne Gegenstände handelt.

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_ .,"' Ee 1st ein weiteres Verfahren dieser Art bekannt, in welchem geschmolzener Kunststoff mit einem Blähmittel bei einer Temperatur, welche unter der Blähtemperatur des Blähmittels liegt ^ und, feel feinem Druck welcher unterhalb des Blähdruckes der 1*1- \ ''-. . sehung liegt vermischt werden, wonach die Ilischung in eine ;.■{-, Ifytta fjespritEt wird, und ihre Temperatur auf oder über die BÜthtemperatur erhöht und dadurch der Blähprozess eingeleitet * wii*l. Obschon das letztere dem erstgenannten Verfahren ^epren- Öb»r Vorteilhaft erscheint, tritt nach dem Vermischen bei oder unterhalb des Blähdruckes immer noch ein gewisses Schäumen ein, ehe die Mischung die Blähtenperatur des Blähmittels erreicht ι Jiät. Dieser Umstand kann darauf zurückgeführt werden, daß die Kiichgeräte «um Teil ungleichmäßig erwärmt sind.

Der fcffindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile ,· Jener bekannten Verfahren zu überkommen, namentlich den Blilh- protest In einer flüssigen Schaumkunststoffmischung so lanre aufzuhalten, bis diese in eine SpritzRußforn r-elangt ist und y sodann das Ausmaß des Blähprozesses der Ilischung in der fiuß-' form BO zu steuern^, daß Gegenstände von hoher Zellqualität hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Mischung bei einen über dem Blähdruck des Blähmittels lierenden Druck in eine Formausnehmung ftepeben wird, wobei die Temperatur der Mischung auf eine der niähtenperatur des Bl£h-

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mittels entsprechende Temperatur erhöht wird und daß nach dem Füllen der Druck in der Form auf ein dem Blähdruck gleichwertiges Haß reduziert wird.

Ilach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die Druckverringerung in der Form durch Vergrößern des Formvolumens erreicht.

Die beigefügte Zeichnung stellt eine Vorrichtung, teilweise im Schnitt, zur Ausführung des Verfahrens dar, und dient im Zusammenhang mit der nachstehenden Beschreibung zur Erläuterung der Erfindung.

Die Vorrichtung besteht aus einer Schmelzvorrichtung 2, in welcher schäumbarer Kunststoff geschmolzen und mit einem Blähmittel vermischt wird und aus einer Gußform ^l\₃ in welche der flüssige Kunststoff p-espritzt wird. Die Schmelzvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 6 mit einer Schmelzkammer H, in v/elcher eine zum Erweichen des Gußgutes dienende Schnecke 10 eingebaut ist. Die Schmelzvorrichtung 2 weiet eine Einlaßöffnung 12 mit einen Fülltrichter l^l\ und eine Austrittsöffnung 16 mit Düsenventil IB auf. In Gehäuse G ist eine Kühlvorrichtung 20 mit Kühlkanälen 22 eingebaut, wobei durch die Kanäle 22 geleitete Kühlflüssigkeit die Temperatur in der Schmelzkammer 8 und des sich darin befindlichen Materials regelt.

BAD OFIiGiNAL

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•Die Schnecke 10 kann von einer Kolben-Zylinder-Einheit 2h, 26 in dem Gehäuse 6 axial verschoben werden, indem z. D. auf die Rückseite 28 des Kolbens 26 wirkende Druck die Schnecke 10 in der Kammer 8 gegen die Auslaßöffnung 16 bewegt, so daß bei geöffnetem Ventil 18 das Schmelzgut aus der Schmelzkammer 8 durch die Auslaßöffnung 16 in die Form 4 befördert wird.

Die Schnecke 10 wird von einer Welle 30 gedreht, welche mit einem Antrieb 3Ϊ verbunden ist. Infolge der Drehbeiyegung der Förderschnecke 10 werden der durch den Fülltrichter 1*1 eingebrachte Kunststoff und das Blähmittel in der Sehmelzkammer 8 gründlich miteinander vermischt. Dabei schmilzt auch der im festen Zustand eingeführte Kunststoff. Die flüssige Mischung wird von der Schnecke 10 in Richtung der Austrittsöffnung 16 gedrängt. Wenn das Düsenventil 18 geschlossen ist, wird bei 32 geschmolzene Mischung gestaut, wodurch die Schnecke 10 mit dem Kolben 26 zurückgedrängt wird.

Ein Auslösehebel 3^ ist an der Welle 30 der Förderschnecke 10 befestigt und dazu vorgesehen, einen Schalter 36 dann zu betätigen, wenn sich die Förderschnecke in ihrer der Austrittsöffnung 16 nächstliegenden Stellung befindet. Durch Betätigung des Schalters 36 wird der Antrieb 31 eingeschaltet um die Schnecke 10 zu drehen. Weiters dient der Auslösehebel 34 dazu, einen Schalter 38 dann zu betätigen, wenn sich die Schnecke 10 in ihrer von der Austrittsöffnung 16 entfernt liegenden Stellung befindet. Dies verursacht, daß der Antrieb 31 wieder

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ausschaltet und die Drehung der Schnecke 10 beendet wird. Zur selben Zeit wird von dem Schalter 38 ein Pendelventil 40 in die in cfer Zeichnung dargestellte Stellung geschaltet, wobei der Zylinder 24 an eine Druckleitung 42 angeschlossen und dadurch die Seite 28 des Kolbens 26 unter Druck gesetzt wird. Dies verursacht Axialbewegung der Schnecke 10 im Schmelzgehäuse 8 nach links.

Die Form 4 besteht aus einem ersten Formteil 50, welcher auf einer festen Grundplatte 52 befestigt ist und einem zweiten Formteil 5¹*, welcher von einem beweglichen Träger 56 gehalten wird. Als Antrieb für den beweglichen Träger 56 ist ein Zylinder 58 vorgesehen, durch welchen der zweite Formteil 54 relativ zum ersten bewegt werden kann. Einer der Formteile ist mit einer Einlaßöffnung 6θ versehen, welche die Formausnehmung 62 mit dem Düsenventil 18 verbindet. Die Form 4 ist darüber hinaus mit einer Kühlvorrichtung, bestehend aus Kühlkanälen 64, durch welche Kühlflüssigkeit geleitet werden kann ausgerüstet.

Zwecks Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst der Motor 31 eingeschaltet, wodurch die Schnecke 10 in der Schmelzkammer 8 gedreht wird. Die Ausgangsstellung der Schnekke 10 ist in der Zeichnung festgehalten. Schäumbarer Kunststoff in fester Form wird durch den Fülltrichter 14 und die Einlaßöffnung 12 in die Schmelzkammer 8 eingebracht. Blähmittel

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kann auf dieselbe, oder andere Weise zugegeben werden. Als feschäumbares Material kann z. B. mit Azo-bis-Formamid bestäub-

tee kOrniges Polypropylen verwendet werden.

Das schäumbare Material wird bei Drehung der Schnecke 10 geschmolzen und gegen die Austrittsöffnung 1.-6 in die Schmelzkammer 8 gedrückt. Da das Düsenventil 18 geschlossen ist, sammelt sich geschmolzene Gußmasse bei 32 in der Schmelzkammer 8 an, wodurch die Förderschnecke IO nach rechts zurückgedrängt wird. Dieser Bewegung der Förderschnecke wirkt auf die Fläche 28 des Kolbens 26 ausgeübter Druck entgegen. Eine Druckleitung 70 ist mit dem Zylinder 2'J durch ein Ventil ^l\Q verbunden. Die Druckleitung 70 ist mit einem Sicherheitsventil 72 versehen, welches so einstellbar ist, daß der Druck in der Leitung 70 undim Zylinder 2*1 auf einen bestimmten Wert gebracht werden kann. Wenn der Druck des vor der Förderschnek-, ke 10 angesammelten Schmelzgutes jenen in der Druckleitung 70 übertrifft, wird die Schnecke 10 zurückgedrängt, v/ob ei sich weiterhin Schmelzgut im Schmelzgehäuse 8 ansammeln kann. Per Druck im'Zylinder 2'J ist so eingestellt, daß das Schnelzgut in der Schmelzkammer B von der Schnecke 10 unter einem über dem Blähdruck des Materials liegenden Druck gehalten wird. Der auf die Schnecke 10 vom Zylinder 26 ausgeübte Druck verhindert daher, daß das geschmolzene schäumbare "aterial in der Schmelzkammer 8 vorzeitig schäumt.

Es wird so lange Schmelzgut in der Schmelzkammer angesammelt.

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bis auf Grund des dadurch verursachten Rücklaufes der Förderschnecke 10 der Auslösehebel 3*ί den Schalter 38 betätigt und den Antrieb 31 ausschaltet, wodurch die Drehbewegung der Förderschnecke 10 beendet wird. Nunmehr ist die Schmelzvorrichtung 2 für einen SpritzgußVorgang bereit. Die Form 4 und die Schmelzvorrichtung 2 sind dabei so zueinander ausgerichtet, daß der Einspritzkanal 60 mit dem Düsenventil 18 verbunden ist. ·

Durch Betätigung eines Druckknopfes ¹Ml oder wahlweise automatisch durch Betätigung des Schalters 38 Tuird das Pendelventil JJO in die in der Zeichnung dargestellte Position geschaltet, wodurch der Zylinder 2Ü mit einer Druckleitung *l2 verbunden wird. Der Druck in der Leitung ^l\2 ist wesentlich- höher als der von den Schmelzgut auf die Schnecke 10 in der Schmelzkammer 8 ausgeübte Druck, vrodurch Kolben 26 nebst Schnecke 10 gegen die Austrittsöffnung 16 gepreßt werden. Gleichzeitig wird das Düsenventil 18 geöffnet, wodurch das in der Schmelzkammer 8 angesammelte Schneisgut durch das Düsenventil 18 und die Einlaßöffnung 60 in die For mausnehmung 62 gepreßt wird.

Die Austrittsöffnung 16 ist mit einem Durchlaß versehen, welcher in Länge und Durchmesser so beschaffen ist, daß den durchfließendem Schmelzrut Reibungswiderstand entf-egengesetzt wird,. der zu einer Erwärmung des Gemisches in dem Sinne.führt, daß das Blähmittel aktiviert wird. Infolge- des noch immer währenden über 3-lähdruck liegenden Drucken in der Form, wird

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das Blähen jedoch weiterhin zurückgestellt. Die Einspritzzeit ist kürzer als die ZeIt₃ welche benötigt wird, um das Blähmittel zu aktivieren.

Wenn die Formausnehmung 62 gefüllt ist und die Förderschnekke 10 in ihrer der Austrittsöffnung 16 nächstliegenden Stellung liegt, wird das Ventil 18 geschlossen, wodurch die Formausnehmung 62 hermetisch geschlossen wird.

Durch den Zylinder 58 wird der Formteil 54 und damit das sich in der Formausnehmung 62 befindliche Material unter Druck gehalten. Zu einer bestimmten Zeit (wozu ein automatischer Zeitschalter verwendet werden kann) wird der Formteil 54 vom Zylinder 58 so bewegt, daß das Volumen der Formausnehmung 62 vergrößert wird. Dieses Vergrößern verursacht einen Druckabfall in der Formausnehmung 62 auf eine Höhe, die nicht unter dem Blähdruck des Blähmittels liegen soll. Dadurch daß die Temperatur des Materials genügend hoch und der auf das Material ausgeübte Druck niedrig genug ist, kann der Blähprozess stattfinden, sodaß sich der Kunststoff so weit ausdehnt, bis er die vergrößerte Formausnehmung ausfüllt.

Flüssigkeit kann durch die Kanäle 64 geleitet werden, um die Form auf Blähtemperatur zu halten, oder die Form abzukühlen, bevor der Blähprozess beginnt, um dem Gußstück eine "Haut" zu geben.

Beispiele:
Mit Azo-bis-Formamid bestäubtes körniges Polypropylen von

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.- ίο -

einer Dichte von 0,902 und einem Schmelzpunkt von ca. 170⁰C, wurde in einer auf 175°C vorgewärmten Schmelzkammer einer Spritzgießmaschine unter einem Druck von 68.6 kp/cm² geschmolzen, ohne dabei zu schäumen. Die Schmelze wurde bei einem Einspritzhub von 1,25 see. Dauer in eine auf -6,7°C gehaltene Form gegeben, deren Pormraum eine Höhe von 8mm hatte. Nach dem Füllen der Formausnehmung wurde diese durch Anheben eines Formteiles bei einer Geschwindigkeit von 0,6 mm/sec. um 7,0 mm erweitert. Das auf diese Weise gebildete Gußstück hatte eine Dicke von 15 mm und eine Dichte von 0,^77·

Unter denselben Voraussetzungen, jedoch bei einer Anhebegeschwindigkeit des Formteiles von 1.8 mm/sec. über 4,5 mm wurde eine Platte aus Schaumkunststoff von 12.5 mm Dicke und einer Dichte von 0,580 hergestellt.

Bei gleichen Bedingungen, jedoch bei einer Anhebegeschwindig·- keit des Formteiles von 2 mm/sec. über 2 mm wurde eine Schaumkunststoff platte von 10.0 mm Dicke und einer Dichte von 0.370 hergestellt.

Wieder unter denselben Voraussetzungen, jedoch bei einer Bewegungsgeschwindigkeit des Formteiles von 0.6 mm/sec. über 7,2 mm wurde eine Schaumkunststoffplatte von 15-2 mm Dicke und einer Dichte von O.^l\JO hergestellt. j

Unter Verwendung eines hochverdichteten mit Azo-bis-Formamid bestäubten Polystyrols in gekörnter Form mit einer Dichte von

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l.O6 und einem Schmelzpunkt von 165⁰ C, xmrde ungeschäumtes Schmelzgut bei einer Schmelzkammertemperatur von 175° C unter einem Druck von 56 kp/cm aufbereitet. Der Einspritzhub dauerte 1,25 see. wobei eine auf 93° C erwärmte Pormausnehmung gefüllt wurde. Die Form hatte eine flache Aushöhlung mit einer Höhe von llmm. Nach dem Füllen der Formausnehmunp; wurde diese durch Anheben eines Formteiles bei einer Geschwindigkeit von O.7 mm/sec. um ¹I mm erweitert. Die so erzeugte Schaumkunststoffplatte wies eine Dicke von 8 mm bei einer Dichte von O₄540 auf.

Ein mit Azo-bis-Formamid bestäubtes körniges Polyäthylen-Kopolymer, mit einer Dichte von 0,950 und einem Schmelzpunkt von !öS' C» wurde bei einer Schmelzkammertemperatur von 175⁰C und einem Druck von 56 kp/cnr geschmolzen. Bei einem Einspritzhub von 1,25 see. Dauer wurde die Schmelze in eine auf 8O⁰C erwärmte Form, deren Ausnehmung 'I mm hoch war, pespritzt.

- ^f Nach dem Pullen der Formäusnehmung wurde diese durch Anheben eines Formteiles bei einer Geschwindigkeit von 15 mn/sec. um ή,5 «in erweitert» Die so erzeugte Schaumkunststoffplatte hatte eine Dicke von 8.5 mm bei einer Dichte von Ο.4Ί6.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1J Verfahren zum Spritzgießen von Gegenständen aus einer Mischung von schäumbarem, geschmolzenem Kunststoff und einem Blähmittelj wobei die Mischung auf einer Temperatur, die unter jener des Blähmittels liegt, gehalten und auf die Mischung ein Druck ausgeübt wird, welcher über dem Blähdruck des Blähmittels liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung bei" einem über dem Blähdruck des Blähmittels liegenden Druck in eine Pormausnehmung gegeben wird, wobei die Temperatur der Mischung auf eine der Blähtemperatur des Blähmittels entsprechende Temperatur erhöht wird und nach dem Füllen der Druck in der Form auf ein dem Blähdruck gleichwertiges Maß reduziert wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckverringerung in der Form durch Vergrößern des Formvolumens erzielt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die blähbare Mischung durch einen Durchgang (60) mit einem Düsenventil (18) in die Form (62) eingespritzt wird, wobei die Mischung durch Reibung auf ihre Blähtemperatur erwärmt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Mischung mit einer Geschwindigkeit, welche größer ist als ihre Zersetzungsgeschwindigkeit, in die Form eingespritzt wird.

PT/alc

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