DE19522361A1 - Spritzgießverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spritzgießverfahren, vor­ zugsweise für die Herstellung eines (Kunst-)Harzerzeugnisses, etwa einer Kunststofflinse, die unbedingt eine hohe Form- und Maßgenauigkeit, hohe Gleichmäßigkeit ihrer inneren Qualität oder Güte und keine innere Deformation aufweisen muß.

Bisher wurde als herkömmliche Metall(spritz)form zum Formen eines durchsichtigen Formlings einer vergleichsweise großen Dicke, aber ohne innere Deformation und ohne Schrumpf­ markierung aufgrund des Spritzgießens, u. a. die in der JP-OS (J. P. OPI Publication No.) 95431/1982 offenbarte Metallform eingesetzt. In der Metallform werden ein Hochtemperatur- und ein Niedertemperatur-Heizmedium für das Strömen in einen Strömungsdurchgang der Metallform selektiv gewechselt, wobei die Strömungsmenge mittels eines Strömungsmengen-Regelventils so geregelt werden kann, daß die Temperatur der Metallform in Übereinstimmung mit einem Vorgabeprogramm geändert werden kann.

Ferner offenbaren die JP-OS (J.P. OPI Publications Nr.) 11619/1987, 39224/1991 und 132323/1991 Spritzgießver­ fahren zur Herstellung einer hochpräzisen Kunststofflinse oder einer Kunststofflinse, die keine innere Deformation aufweist und die in der optischen Leistung hervorragend ist.

Bei einem solchen Verfahren wird eine Metall(spritz)form auf eine Temperatur über einem Glasübergangspunkt bzw. einer Einfriertemperatur (glass transfer point) eines Harzes erwärmt; in einen Formraum der erwärmten Metallform wird ein geschmolzenes Harz eingefüllt bzw. eingespritzt, worauf ein Haltedruck von 400-1200 kgf/cm² für 0,1-20 s angelegt, danach der Gießtrichter (gate) mechanisch verschlossen und die Metallform allmählich abgekühlt werden.

Bei einem anderen Verfahren werden die den Formraum bil­ dende Fläche einer Metallform auf eine Temperatur, bei der ein Harz zu fließen vermag, erwärmt, der Formraum mit der Harzschmelze gefüllt und sodann die Metallform abgekühlt.

Als Herstellungsverfahren für Spritzgießerzeugnisse, deren Festigkeit nicht durch eine Schweißmarkierung herab­ gesetzt ist, ist darüber hinaus aus der JP-OS 25425/1992 ein Verfahren bekannt, bei dem eine Metalloberflächentemperatur einer Metallform an einer Stelle, an der eine Schweißmarkie­ rung entsteht, innerhalb eines Bereichs von einer Wärmedefor­ mationstemperatur bis zu einer Fließ-Endtemperatur (flow­ stopping temperature) eingestellt wird, wobei ein nichtkri­ stallisiertes Harz in einen Formraum der Metallform einge­ spritzt wird.

Auch bei Verwendung der Metallform nach der JP-OS 95431/1982 ergaben sich die folgenden Probleme: Es ist dabei nicht einfach, mittels Versuchen das Vorgabeprogramm für die Metallformtemperatur, bei der das angestrebte Ziel mit jeder Harzart erreicht werden kann, zu bestimmen. Auch wenn die Me­ tallformtemperatur nach dem gleichen Programm geregelt wird, sich dabei aber die Harzschmelztemperatur oder der Zylinder­ druck in der Spritzgießmaschine ändert, wird dieses Ziel nicht notwendigerweise erreicht, so daß sich Schrumpfmarkie­ rungen, Verzug oder innere Deformation bei einem Spritzling ergeben oder unerwünschte Vorsprünge bzw. Spritzgrate so groß werden, daß ein Spritzerzeugnis oder Spritzling erhalten wird, das bzw. der einer zusätzlichen End-Nachbearbeitung bedarf.

Das Verfahren gemäß den JP-OS 39224/1991 und 132323/1991 entspricht ferner praktisch dem Verfahren gemäß der JP-OS 95431/1982, bei dem die Metallform im voraus auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der das Harz zu fließen vermag. Je nach der Harzschmelztemperatur oder dem Zylinder­ druck in der Spritzgießmaschine können daher bei diesem Ver­ fahren die folgenden Probleme auftreten: Ein Spritzling kann Schrumpfmarkierungen, Verzug oder innere Deformation zeigen, oder die unerwünschten Ansätze bzw. (Spritz-)Grate können so groß werden, daß am Spritzling eine zusätzliche End-Nachbear­ beitung nötig wird.

Weiterhin wird beim Verfahren nach der JP-OS 25425/1992 eine Metallform verwendet, deren Formraumoberflächentempera­ tur in einem spezifischen Bereich auf eine Temperatur erhöht wird, bei welcher ein Harz erweicht. Dabei ergeben sich ähn­ liche Probleme wie bei dem (den) Verfahren gemäß den JP-OS 39224/1991 und 132323/1991.

Beim Verfahren nach der JP-OS 11619/1987 werden ein Gießtrichter beim Einfüllen von Harzschmelze in den Formraum verschlossen und ein Haltedruck angelegt. Wenn der Haltedruck dabei nicht hoch (genug) ist, kann eine Schrumpfmarkierung auftreten. Für das Anlegen des hohen Haltedrucks muß die Me­ tallform höhere (Fertigungs-)Präzision und größere Festigkeit aufweisen, so daß sie große Abmessungen erhält oder kosten­ aufwendig wird.

Die Erfindung wurde nun mit dem Ziel der Überwindung der geschilderten Problem bei den herkömmlichen Verfahren ent­ wickelt. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Spritzgießverfahrens, mit dem zuverlässig ein überlegenes bzw. hervorragendes Harzerzeugnis, wie ein Bauteil einer optischen Vorrichtung, mit hoher Form- und Maßgenauigkeit (precision in figure dimension), hoher Gleichmäßigkeit seiner inneren Güte und ohne innere Deformation herstellbar ist, auch wenn eine Umstellung zwischen Harzarten vorgenommen wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich­ neten Maßnahmen gelöst.

Erfindungsgemäß ist folgendes vorgesehen: Wenn das Druckverhältnis des Formraumoberflächendrucks (in einem Formraum) einer Metall(spritz)form beim Einspritzen eines Harzes in den Formraum zu einem Zylinderdruck einer Spritz­ gießvorrichtung größer ist als 0,65, wird der Vorgang des Einspritzens des Harzes in den Formraum durchgeführt, worauf der erste Druckhaltevorgang zum Konstanthalten des Zylinder­ drucks erfolgt. Danach wird der Zylinderdruck so erhöht, daß der Oberflächendruck im Formraum um das 0,95-fache oder mehr größer ist als der Druck (Fülldruck), wenn der Formraum mit dem Harz gefüllt worden ist, und das Verhältnis von Formraum­ oberflächendruck zu Zylinderdruck größer ist als 0,5; sodann erfolgt der zweite Druckhaltevorgang zum Aufrechterhalten des erhöhten Zylinderdrucks zumindest so lange, bis die Formraum­ oberflächentemperatur unter die Einfriertemperatur (glass transfer point) des Harzes abfällt.

Da beim erfindungsgemäßen Spritzgießverfahren das Ein­ spritzen des Harzes in den Formraum in der Weise erfolgt, daß das Druckverhältnis des Formraumoberflächendrucks (in einem Formraum) einer Metall(spritz)form beim Einspritzen eines Harzes in den Formraum zu einem Zylinderdruck einer Spritz­ gießvorrichtung größer ist als 0,65, und danach der erste Druckhaltevorgang durchgeführt wird, können das Entstehen einer Schweißmarkierung (weld line) verhindert werden und die Gleichmäßigkeit der inneren Güte (des Erzeugnisses) verbes­ sert sein. Da anschließend der Zylinderdruck so geregelt wird, daß der Oberflächendruck im Formraum um das 0,95-fache oder mehr größer ist als der Druck (Fülldruck), wenn der Formraum mit dem Harz gefüllt worden ist, und das Verhältnis von Formraumoberflächendruck zu Zylinderdruck größer ist als 0,5, und der zweite Druckhaltevorgang zum Halten des gere­ gelten Zylinderdrucks zumindest so lange durchgeführt wird, bis die Formraumtemperatur niedriger wird als die Einfrier­ temperatur des Harzes, können die Entstehung einer Schrumpf­ markierung, eines Verzugs oder einer inneren Deformation ver­ mieden und die Form- und Maßgenauigkeit erhöht werden. Als Ergebnis kann ein optisches Bauteil, z. B. eine Kunststoff­ linse, hervorragender optischer Leistung hergestellt werden. Auch bei einer Umstellung von einer Harzart auf eine andere kann ferner ein Spritzgießerzeugnis mit den oben angegebenen vorteilhaften Eigenschaften hergestellt werden.

Das Einfüllen bzw. Einspritzen des Harzes in den Form­ raum in der Weise, daß das Verhältnis des Formraumoberflä­ chendrucks bei mit dem Harz gefülltem Formraum zum Zylinder­ druck für die Gewährleistung eines Harzfülldrucks größer ist als 0,65, kann - nebenbei bemerkt - einfach derart erfolgen, daß die Formraumoberfläche der Metallform mittels einer innerhalb oder außerhalb der Metallform vorgesehenen Wärme­ quelle auf eine zweckmäßige Temperatur innerhalb eines Be­ reichs erwärmt wird, der über der Einfriertemperatur des Harzes und unterhalb der Harzschmelzentemperatur im Zylinder der Spritzgießvorrichtung liegt; danach wird das Harz mit einer zweckmäßigen Kolbengeschwindigkeit vom Zylinder zum Formraum überführt. Der erste Druckhaltevorgang kann auch einfach dadurch durchgeführt werden, daß der Kolben praktisch angehalten wird. Ferner kann der zweite Druckhaltevorgang in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß der Kolben entsprechend dem am Öldruckmesser der Hydrauliköl-Druckpumpe zum Beauf­ schlagen des Zylinder-Kolbens angezeigten Zylinderdruck und dem mittels des als Teil der Formraumoberfläche vorgesehenen Drucksensors gemessenen Oberflächendruck im Formraum allmäh­ lich oder fortlaufend verschoben wird, worauf der Kolben an­ gehalten wird, wenn die mittels eines Temperatursensors, der ebenfalls als Teil der Formraumoberfläche vorgesehen ist, ge­ messene Formraumoberflächentemperatur niedriger wird als die Einfriertemperatur des Harzes.

Im folgenden ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer beispielhaften Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Spritzgießverfahrens,

Fig. 2 Zeitsteuer- oder -folgediagramme für einen Zylin­ derdruck einer Spritzgießvorrichtung beim Spritz­ gießen, einen Formraumoberflächendruck einer Metall(spritz)form und eine Formraumoberflächen­ temperatur und

Fig. 3 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einem (einer) Spritzgießzustand oder -bedingung und einem Spritzerzeugnis bzw. Spritzling.

Die in Fig. 1 dargestellte Spritzgießvorrichtung weist eine Spritzgieß-Metallform 10 auf, in welcher ein kastenför­ miger Formraum durch einen feststehenden Metall-Formteil und einen verschiebbaren Metall-Formteil festgelegt ist. In den verschiebbaren Formteil greifen Positionierstifte 12a am feststehenden Formteil ein. In den Formteilen sind Heizein­ richtungen oder Heizflüssigkeit-Strömungsdurchgänge 14 und 15 als Wärmequelle für das Beheizen der beiden Formteile vorge­ sehen. Ein Drucksensor 16, z. B. eines Kristalltyps, dient zum Messen einer Harztemperatur im Formraum 13. Ein Temperatur­ sensor 17, z. B. von einem Thermoelementtyp, dient zum Messen einer Temperatur einer angrenzenden Formraumoberfläche oder einer Harzoberflächentemperatur im Formraum 13.

Ein Zylinder 20 der Spritzgießvorrichtung weist eine Düse 20a auf, die in einen Einlaß eines Trichters (spool) 13a eines Harzdurchgangs zum Formraum 13 im festen Formteil ein­ greift, und ist mit einer Harzzuführöffnung 20b versehen. Ein Kolben 21 weist eine Harzförderschnecke 21a auf. Eine Hydrau­ liköl-Druckvorrichtung 22 dient zum Vorwärts- oder Rückwärts­ verschieben des Kolbens 21. Für die Anzeige eines Zylinder­ drucks ist ein Druckmesser bzw. Manometer 23 vorgesehen. Weiter vorgesehen sind Temperatursensoren 24, 25, 26 und 27, z. B. eines Thermoelementtyps, zum Messen einer Harztemperatur im Inneren der Düse sowie an einer Austrittsseite, einem mittleren Punkt und einer Innenseite des Zylinders 20.

Über die Harzzuführöffnung 20b wird Harzschmelze in den Zylinder 20 eingespeist. Die Harzförderschnecke 21a wird durch eine nicht dargestellte Drehantriebseinrichtung, die über eine verschiebbare Keilfeder mit einem Zahnrad in Ein­ griff steht, in der durch einen Pfeil angegebenen Richtung in Drehung versetzt. Die Harzförderschnecke 21a fördert dabei die Harzschmelze nach links (vgl. Fig. 1), so daß der Kolben 21 die Harzschmelze in den Zylinder 20 einfüllt bzw. "ein­ schießt". Dabei wird der Kolben 21, der zusammen mit der Harzförderschnecke 21a in der Pfeilrichtung in Drehung ver­ setzt ist, durch die Gegenwirkkraft der nach links geförder­ ten Harzschmelze nach rechts verschoben, wobei er eine vor­ bestimmte, in der Zeichnung dargestellte Stellung einnimmt. Infolgedessen wird die Harzschmelze bis zur vorbestimmten Position entsprechend einem vorbestimmten Volumen des Zylin­ ders 20 eingefüllt.

Vorzugsweise wird eine Zylinderwand des Zylinders 20 mittels einer nicht dargestellten Heizeinrichtung erwärmt, deren erzeugte Wärmemenge nach Maßgabe der Meßinformation von den Temperatursensoren 24 bis 27 geregelt werden kann, so daß damit auch die Temperatur der eingefüllten oder "eingeschos­ senen" Harzschmelze geregelt werden kann. Dabei ist es mög­ lich, über die Harzzuführöffnung 20b ein in festem Zustand vorliegendes Harz zuzuführen und dieses im Zylinder 20 auf­ zuschmelzen. Die Zuspeisung von aufgeschmolzenem Harz bzw. Harzschmelze wird jedoch bevorzugt, weil dadurch eine Zeit­ spanne vom Einfüllen des Harzes in den Zylinder 20 bis zum Beginn des Spritzgießens durch Linksverschiebung des Kolbens 21 mittels der Hydrauliköl-Druckvorrichtung 22 verkürzt sein kann.

Nach dem Einfüllen der Harzschmelze der vorbestimmten Temperatur in den Zylinder 20 beginnt die Spritzgießvorrich­ tung den Spritzgießvorgang durch Verschieben des Kolbens 21 nach links mittels der Hydrauliköl-Druckvorrichtung 22. Nach­ dem der Formraum 13 mit dem eingespritzten Harz gefüllt worden ist, kann dann, wenn ein Druckverhältnis eines Form­ raumoberflächendrucks oder eines Fülldrucks im Formraum 13, durch den Drucksensor 16 gemessen bzw. erfaßt, zu einem am Manometer 23 angezeigten Zylinderdruck nicht größer ist als 0,65, eine Schweißlinie bzw. Schweißmarkierung oder ein innerer Verzug auftreten. Außerdem kann es dabei schwierig sein, eine Schrumpfmarke bzw. -markierung an einem Formling zu vermeiden. Infolgedessen ist es nötig, daß das Druckver­ hältnis nicht kleiner ist als 0,65. Diese Druckverhältnis­ bedingung kann auf die im folgenden beschriebene Weise sichergestellt werden.

Wenn nämlich die Temperatur der Metall(spritz)form 10 bei Einleitung des Spritzgießens niedrig ist, kühlt die in die Metallform eingespritzte Harzschmelze schnell ab, so daß sich ihre Viskosität erhöht. Infolgedessen treten in dem in den Formraum 13 eingefüllten Harz eine Schweißmarkierung und ein innerer Verzug auf. Weiterhin wird ein durch den Druck­ sensor 16 erfaßter Harz-Fülldruck im Formraum 13 niedrig, während andererseits ein am Manometer 23 angezeigter Zylin­ derdruck hoch wird, wobei als Folge davon das Druckverhältnis von Harzfülldruck zu Zylinderdruck kleiner wird als 0,65. Wenn die Metallform 10 mittels der integrierten Wärmequellen 14 und 15 im voraus erwärmt oder beheizt wird, um die durch den Temperatursensor 17 erfaßte Formraumoberflächentemperatur über einen Glasübergangspunkt bzw. eine Einfriertemperatur des Harzes zu erhöhen, und sodann das Spritzgießen mittels der beheizten Metallform eingeleitet wird, kühlt die in den Formraum 13 eingefüllte oder eingespritzte Harzschmelze nicht so schnell ab. Infolgedessen treten die oben angegebenen De­ fekte (Schweißmarkierung und innerer Verzug bzw. innere De­ formation) nicht auf, wobei ein Druckverhältnis des mittels des Drucksensors 16 erfaßten Formraumoberflächendrucks bei Abschluß des Füllvorgangs im Formraum 13 auf nicht weniger als 0,65 gehalten wird. Wenn das Druckverhältnis höher wird als 0,8, können andererseits unerwünschte Vorsprünge bzw. Grate des eingespritzten Harzes auftreten. Um dies zu ver­ hindern, muß die Metallform 10 mit hoher Genauigkeit gefer­ tigt sein, oder es ist bei der Endbearbeitung des Erzeug­ nisses ein zusätzlicher Arbeitsgang zum Entfernen des uner­ wünschten Vorsprungs bzw. Grats nötig. Das Druckverhältnis wird demzufolge vorzugsweise auf nicht mehr als 0,8 einge­ stellt.

Nach dem Einfüllen der Harzschmelze in den Formraum 13 wird während einer kurzen Zeitspanne ein erster Druckhalte­ vorgang durchgeführt, in welchem der Zylinderdruck zum Zeit­ punkt des Abschlusses des Einfüllvorgangs auf gleicher Höhe gehalten wird. Dadurch können die oben genannten Defekte am Spritzling vermieden werden. Wird der erste Druckhaltevorgang nicht durchgeführt, so kann leicht die Schrumpfmarkierung entstehen. Als Folge einer Gegenmaßnahme zur Vermeidung des Schrumpfmarkierung kann der unerwünschte Vorsprung bzw. Grat (projection) noch größer werden. Als Gegenmaßnahme zur Ver­ meidung des unerwünschten Vorsprungs bzw. Grats muß die Metallform mit höherer Genauigkeit gefertigt sein und eine größere Festigkeit aufweisen, was zu einer beträchtlichen Kostenerhöhung für die Metallform führt.

Nach dem ersten Druckhaltevorgang wird der Zylinderdruck erhöht, so daß der durch den Drucksensor 16 erfaßte Formraum­ oberflächendruck um das 0,95-fache oder mehr höher ist als der Formraumoberflächendruck zum Zeitpunkt des Abschlusses des Formraum-Füllvorgangs, wobei das Druckverhältnis des Formraumoberflächendrucks zum Zylinderdruck auf nicht weniger als 0,5 eingestellt ist oder wird. Der zweite Druckhalte­ vorgang zum Aufrechterhalten des Zylinderdrucks auf gleicher Größe wird zumindest so lange durchgeführt, bis die durch den Temperatursensor 17 erfaßte Formraumoberflächentemperatur unterhalb der Einfriertemperatur des Harzes liegt. Mit diesem Verfahren kann ein kastenförmiges Erzeugnis ohne Schrumpfmar­ kierung und ohne Verzug erhalten werden. Wenn andererseits der mittels des Drucksensors 16 erfaßte Formraumoberflächen­ druck bei Erhöhung des Zylinderdrucks auf einen Druck beim zweiten Druckhaltevorgang kleiner ist als ein Druckwert, der um das 0,95-fache größer ist als der Formraumoberflächen­ druck zum Zeitpunkt des Abschlusses des Füllvorgangs am Formraum 13, oder wenn das Druckverhältnis des mittels des Drucksensors 16 erfaßten Formraumoberflächendrucks zum Zylinderdruck kleiner ist als 0,5, können die obigen Defekte leicht auftreten. Wenn weiterhin der zweite Druckhaltevorgang abgeschlossen ist oder wird, bevor die Formraumoberflächen­ temperatur unter die Einfriertemperatur absinkt, können ähn­ liche Probleme auftreten.

Wenn der mittels des Drucksensors 16 erfaßte Formraum­ oberflächendruck bei Erhöhung des Zylinderdrucks auf den Druckwert des zweiten Druckhaltevorgangs größer ist als ein Druck, der um das 1,2-fache größer ist als der Formraumober­ flächendruck zum Zeitpunkt des Abschlusses des Füllvorgangs am Formraum 13, oder wenn das Druckverhältnis des mittels des Drucksensors 16 erfaßten Formraumoberflächendrucks zum Zylin­ derdruck größer ist als 0,6, kann der unerwünschte Vorsprung bzw. Grat noch größer werden, so daß für die Endbearbeitung des Erzeugnisses ein zusätzlicher Arbeitsgang nötig ist. In­ folgedessen wird bevorzugt der mittels des Drucksensors 16 erfaßte Formraumoberflächendruck im Laufe des zweiten Druck­ haltevorgangs unter einem Druckwert gehalten, der um das 1,2- fache größer ist als der Formraumoberflächendruck zum Zeit­ punkts des Formraum-Füllvorgangs; weiterhin wird vorzugsweise das Druckverhältnis des mittels des Drucksensors 16 erfaßten Formraumoberflächendrucks zum Zylinderdruck unter 0,6 ge­ halten.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung für den Fall des Spritzgießens mit Polystyrol, dessen Glasübergangspunkt bzw. Einfriertemperatur (glass transfer point) 103°C beträgt. Im Druckdiagramm repräsentieren ein in ausgezogener Linie ange­ gebener Zylinderdruck und ein in strichpunktierter Linie dar­ gestellter Formraumoberflächendruck ein Beispiel gemäß der Erfindung, in welchem die Metallform 10 im voraus auf 170°C erwärmt wurde. Andererseits repräsentiert ein in doppelt strichpunktierter Linie dargestellter Formraumoberflächen­ druck ein Vergleichsbeispiel, bei dem die Metallform 10 im voraus auf 40°C erwärmt wurde. Für das Vergleichsbeispiel ist dabei kein Zylinderdruck angegeben, weil sich dieser ähnlich dem Änderungsmuster des durch die ausgezogene Linie angege­ benen Zylinderdrucks bis (zum Zeitpunkt) t2 ändert, zu dem der erste Druckhaltevorgang beendet ist. Im Temperaturdia­ gramm repräsentiert die in ausgezogener Linie angegebene Formraumoberflächentemperatur das erfindungsgemäße Beispiel, während die in doppelt strichpunktierter Linie angegebene Formraumoberflächentemperatur für das Vergleichsbeispiel steht.

Aus Fig. 2 geht folgendes hervor: Wenn das aufgeschmol­ zene Polystyrol einer Temperatur von 210°C aus dem Zylinder in die Metallform eingespritzt wird, deren Temperatur mit 40°C unter der Einfriertemperatur von 103°C von Polystyrol liegt, ist das Druckverhältnis des Einfülldrucks des Harzes nach Abschluß des Einfüll- oder Einspritzvorgangs zum Zylin­ derdruck niedriger als 0,44 und (damit) wesentlich niedriger als 0,65. Auch wenn dabei nach Abschluß des Einfüllvorgangs 10 s lang ein Druckhaltevorgang durchgeführt wird, in welchem der Zylinderdruck aufrechterhalten wird, kann während dieses kurzen Druckhaltevorgangs kein Formraumoberflächendruck zur Beseitigung oder Vermeidung einer Schrumpfmarkierung erhalten werden. Außerdem erhöht sich nach erfolgtem Einfüllvorgang die Formraumoberflächentemperatur auf die Temperatur der Harzschmelze, um danach auch im Druckhaltevorgang schnell abzufallen. Infolgedessen entstehen an den Formlingen eine Schrumpfmarkierung und ein Verzug als äußere oder externe Defekte bezüglich der Außenform sowie eine Schweißmarkierung und ein innerer oder interner Verzug als innere Defekte.

Wenn dagegen die Metallform im voraus auf eine Tempera­ tur von 170°, die ausreichend über der Einfriertemperatur von 103°C von Polystyrol liegt, erwärmt und das aufgeschmolzene Polystyrol einer Temperatur von 210°C aus dem Zylinder in die erwärmte oder beheizte Metallform eingespritzt wird, ist das Druckverhältnis des Harz-Fülldrucks nach Abschluß des Füll­ vorgangs zum Zylinderdruck mit über 0,74 höher als das Ver­ hältnis von 0,65. Infolgedessen entsteht keine Schweißmar­ kierung. Wenn ferner ein 10 s langer erster Druckhaltevorgang zum Aufrechterhalten des Zylinderdrucks ab dem Abschluß des Füllvorgangs durchgeführt wird, kann der Formraumoberflächen­ druck zum Zeitpunkt des Abschlusses des Füllvorgangs erhalten bleiben bzw. aufrechterhalten werden, so daß sich die Form­ raumoberflächentemperatur, die nach erfolgtem Füllvorgang auf die Temperatur der Harzschmelze angestiegen ist, kaum verrin­ gert. Infolgedessen kann die Entstehung der Schrumpfmarkie­ rung vermieden werden. Ferner wird der zweite Druckhalte­ vorgang in der Weise durchgeführt, daß der Formraumoberflä­ chendruck um das 0,95-fache oder mehr, um die Schrumpfmarkie­ rung sicher zu vermeiden, größer bzw. vorzugsweise um das 1,2-fache kleiner eingestellt wird, um den unerwünschten Vor­ sprung bzw. Grat zu vermeiden, und zwar bezogen auf den Druck bei Abschluß des Füllvorgangs. Während des zweiten Druckhal­ tevorgangs ist der Formraumoberflächendruck um das 0,5-fache größer als der Zylinderdruck, und der erhöhte Zylinderdruck wird aufrechterhalten, bis die Formraumoberflächentemperatur unter 103°C entsprechend der Einfriertemperatur von Polysty­ rol abfällt. Infolgedessen wird der unerwünschte Vorsprung bzw. Grat sehr klein, so daß kein zusätzlicher Endbearbei­ tungsgang nötig ist und ein Erzeugnis erhalten werden kann, das frei ist von den inneren Defekten der Schweißmarkierung und der inneren Deformation sowie den Formdefekten der Schrumpfmarkierung und des Verzugs.

Fig. 3 veranschaulicht das Ergebnis eines Spritztests, in welchem mittels der Spritzgießvorrichtung gemäß Fig. 1 ein Kasten aus Polystyrol einer Einfriertemperatur von 103°C her­ gestellt wurde. Der Kasten besitzt eine Länge von 40 mm, eine Breite von 100 mm und eine Höhe von 30 mm; die Bodenplatte und die Seitenwände des Kastens besitzen jeweils eine Dicke von 3 mm. Beim Spritzgießen betrug die Temperatur der Harz­ schmelze im Zylinder 210°C; unabhängig vom Fülldruck im Form­ raum wurde der Zylinderdruck während des ersten Druckhalte­ vorgangs nach Abschluß des Formraum-Füllvorgangs auf 300 kgf/cm² gehalten, während der Zylinderdruck 10 s lang auf­ rechterhalten wurde. In dem nach dem ersten Druckhaltevorgang durchgeführten zweiten Druckhaltevorgang wurden der Zylinder­ druck auf 400 kgf/cm² eingestellt und der Zylinderdruck 20 s lang aufrechterhalten.

In Fig. 3 stehen die Quadrate für eine Änderung in der Verzugsgröße an der Quer-Seitenwand des Kastens, der unter Testbedingungen hergestellt wurde, bei denen die Metallform- Vorwärmtemperatur unter den angegebenen Spritzgießbedingungen geändert wurde. Die Kreise stehen für die Änderung der Ver­ zugsgröße für den Fall, daß der Zylinderdruck im zweiten Druckhaltevorgang beim angegebenen Spritzgießen auf 600 kgf/cm² geändert wurde. Weiterhin stehen die Markierungen "x" für die Änderung der Verzugsgröße in dem Fall, in welchem die Druck-Haltezeit beim zweiten Druckhaltevorgang auf 40 s geän­ dert wurde.

Das Testergebnis gemäß Fig. 3 läßt sich wie folgt zu­ sammenfassen: Wenn die Temperatur der vorgewärmten Metallform unter 103°C, entsprechend der Einfriertemperatur von Polysty­ rol, liegt, tritt der Verzug immer noch auf ähnliche Weise auf, auch wenn der Zylinderdruck im zweiten Druckhaltevorgang auf das 1,5-fache erhöht oder die Haltezeit im zweiten Druck­ haltevorgang um das 2,0-fache länger gehalten wird. Das Auf­ treten des Verzugs ist daher schwierig zu vermeiden. Wenn die Temperatur der vorgewärmten Metallform höher ist als 103°C, verringert sich die maximale Verzugsgröße in einer Einwärts­ richtung an der Quer-Seitenwand auf weniger als 100 µm, so­ fern der Druck von 400 kgf/cm² im zweiten Druckhaltevorgang (nach dem ersten Druckhaltevorgang) 20 s lang angelegt wird. Wenn ferner der Zylinderdruck im zweiten Druckhaltevorgang auf das 1,5-fache höher erhöht oder die Haltezeit im zweiten Druckhaltevorgang um das 2,0-fache länger eingestellt wird, kann die Verzugsgröße im Vergleich zum Zustand vor der Ände­ rung des Zylinderdrucks im zweiten Druckhaltevorgang merklich verringert werden. Mit anderen Worten: da die Verzugsgröße und die Verzugsrichtung mit der Änderung des Zustands oder der Bedingung des zweiten Druckhaltevorgangs reguliert werden können, wird die Temperatur der vorgewärmten Metallform vor­ zugsweise auf eine Größe über der Einfriertemperatur des je­ weils verwendeten Harzes (103°C beim genannten Polystyrol) eingestellt.

Wenn die Temperatur der vorgewärmten Metallform inner­ halb eines Bereichs von 103 bis 210°C eingestellt wird, er­ reicht der mittels des Drucksensors 16 zum Zeitpunkt des Formraum- Füllvorgangs erfaßte Formraumoberflächendruck 300 kgf/cm², so daß sein Druckverhältnis größer ist als 0,65 und innerhalb eines bevorzugten Bereichs von unter 0,8 liegt; als Ergebnis tritt weder eine Schweißmarkierung noch eine Schrumpfung auf. Wenn zudem die Temperatur der vorgewärmten Metallform über die Temperatur der Harzschmelze im Zylinder erhöht ist oder wird, wird deshalb, weil der Erwärmungs- oder Abkühlvorgang eine vergleichsweise längere Zeitspanne benö­ tigt, nicht nur eine große Energiemenge vergeudet, vielmehr treten auch große unerwünschte Vorsprünge bzw. Grate auf, und die Metallform verzieht sich derart, daß eine Schrumpfmarkie­ rung leicht auftreten kann. Demzufolge wird die genannte Temperatur vorzugsweise in einem Bereich von 103 bis 210°C gehalten. Wenn dabei der zweite Haltedruck von 400 kgf/cm² nach dem ersten Haltedruck von 300 kgf/cm² plötzlich oder schlagartig angelegt wird, steigt der durch den Drucksensor 16 erfaßte Formraumoberflächendruck über das 1,2-fache eines Drucks zu dem Zeitpunkt, zu dem der Füllvorgang abgeschlossen worden ist. Infolgedessen können große unerwünschte Vorsprün­ ge bzw. Grate entstehen. Um dies zu vermeiden, ist es vor­ teilhaft, eine Drucksenkzeit (releasing time) zum Senken des Haltedrucks zwischen dem ersten und dem zweiten Druckhalte­ vorgang, wie im Beispiel von Fig. 2 gezeigt, vorzusehen oder den Druck im-zweiten Druckhaltevorgang zu senken.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das Bei­ spiel von Polystyrol beschränkt, sondern auf ein beliebiges, an sich bekanntes Harz, das für das Spritzgießen benutzbar ist, anwendbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet in überra­ schender Weise, daß hervorragende Harzerzeugnisse, wie opti­ sche Bauteile, mit hoher Maßgenauigkeit oder -haltigkeit, sehr gleichmäßiger innerer Qualität und ohne innere Deforma­ tion stabil bzw. zuverlässig unter Verwendung des für Spritz­ gießzwecke geeigneten Harzes hergestellt werden können.

Claims (5)

1. Spritzgießverfahren, umfassend die folgenden Schritte:
Einfüllen oder Einspritzen eines Harzes in einen Form­ raum einer (Spritzgieß-)Form in der Weise, daß ein Druckver­ hältnis eines Formraumoberflächendrucks (im Formraum) zu einem Zylinderdruck einer Spritzgießvorrichtung nicht weniger als 0,65 beträgt,
Durchführen eines ersten Druckhaltevorgangs zum Kon­ stanthalten des Zylinderdrucks nach dem Einspritzschritt, Ändern des Zylinderdrucks, derart, daß der Formraumober­ flächendruck (im Formraum) um das 0,95-fache oder mehr größer ist als der Formraumoberflächendruck zu dem Zeitpunkt, zu dem der Formraum mit dem Harz gefüllt worden ist, und
Durchführen eines zweiten Druckhaltevorgangs zum Auf­ rechterhalten (to keep) des geänderten Zylinderdrucks zumin­ dest so lange, bis eine Formraumoberflächentemperatur niedri­ ger wird als ein Glasübergangspunkt bzw. eine Einfriertempe­ ratur des Harzes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des ersten Druckhaltevorgangs der Formraumober­ flächendruck nicht um das 0,8-fache höher ist als der Zylin­ derdruck.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des zweiten Druckhaltevorgangs das Verhältnis von Formraumoberflächendruck zu Zylinderdruck größer ist als 0,5.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des zweiten Druckhaltevorgangs der Formraumoberflächendruck nicht um das 1,2-fache höher ist als der Formraumoberflächendruck zu dem Zeitpunkt, zu dem der Formraum mit dem Harz gefüllt worden ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Formraumoberflächentemperatur der Form vor dem Einfüll- oder Einspritzschritt (durch Erwärmen) auf eine Temperatur in einem Bereich über der Einfriertemperatur des Harzes und unterhalb einer Harzschmelzentemperatur im Zylinder erhöht wird.