DE69816531T2

DE69816531T2 - Verfahren zum Formen eines Schichtstoffes aus faserverstärktem Kunststoff und geformter Schichtgegenstand

Info

Publication number: DE69816531T2
Application number: DE69816531T
Authority: DE
Inventors: Manabu Ichihara-shi Nomura; Kaoru Ichihara-shi Wada; Atsushi Ichihara-shi Sato; Tomokazu Ichihara-shi Abe
Original assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Prime Polymer Co Ltd
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2018-05-07
Also published as: CA2236782C; CA2236782A1; US6099949A; DE69816531D1; EP0887168B1; EP0887168A1; JPH1110673A

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum Formen eines Schichtstoffes aus faserverstärktem Kunststoff und einem geformten Schichtgegenstand. Die Erfindung befasst sich insbesondere mit einem Verfahren zum Formen eines leichtgewichtigen Schichtstoffes aus faserverstärktem Kunststoff, der über ausgezeichnete Eigenschaften bei der Stabilität und Festigkeit, sowie über verbesserte Oberflächeneigenschaften verfügt, genauso wie mit einem geformten Schichtgegenstand, der dadurch erhalten wird.
Geeigneter Weise werden Kunststoffgegenstände, die mit Glasfasern oder etwas Ähnlichem verstärkt sind, auf Grund ihrer ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, wie Reißfestigkeit, Stabilität und Hitzeresistenz häufig für Autoteile verwendet, wie etwa für innere Karosserieteile, Stoßdämpfer, Türschweller, Dachgepäckträger, Verkleidungen am Heck, Gehäuse für Luftfilter, verschiedene Stützen und Handschuhfachklappen, außerdem als Bauteile im Hoch- und Tiefbau, wie etwa Außenwandverkleidungen, Trennwände und Kabelkanäle.
Diese faserverstärkten Kunststoffgegenstände können vermittels des Einspritzformgussverfahrens hergestellt werden, bei dem ein geschmolzener Kunststoff, der bereits Fasern enthält, in das Innere einer Gussform gespritzt wird. Das Einspritzformgussverfahren vereinfacht die Herstellung eines geformten Gegenstandes mit komplizierter Form, und geformte Gegenstände der selben Form können günstig in Massenproduktion hergestellt werden, da ein vorher festgelegter Guss-Zyklus kontinuierlich wiederholt werden kann.
Wenn ein geformter Gegenstand aus faserverstärktem Kunststoff durch Einspritzformguss hergestellt werden soll, führen Versuche zur Anhebung des Faser-Anteils, um die Festigkeit und Stabilität eines geformten Gegenstandes zu verbessern, zu einem Anstieg des Gewichts eines hergestellten, geformten Gegenstandes. Deswegen wird das Expansions-Einspritzformgusserfahren vorgeschlagen, bei dem ein Schäumungsmittel einem Kunststoff-Material unter Mischen zugefügt wird, um so das Gewicht eines geformten Gegenstandes zu reduzieren, und diese Mischung wird dann nach und nach ausgedehnt und gegossen (Japanische offen gelegte Patentanwendung (kokai) No. 7-247679, etc.).
Jedoch ergeben sich bei dem Expansions-Einspritzformgussverfahren Probleme hinsichtlich der Erzeugung eines ausreichenden Expansionsverhältnisses, selbst dann, wenn ein Schäumungsmittel in relativ großen Mengen eingesetzt wird. Des Weiteren verschlechtert das Aufschäumen das Erscheinungsbild eines geformten Gegenstandes, selbst dann, wenn ein ausreichendes Expansionsverhältnis erreicht worden ist. Aber selbst wenn verstärkende Fasern enthalten sind, kann es manchmal trotzdem passieren, dass ein geformter Gegenstand, auf Grund einer großen Aushöhlung, die sich in seinem Inneren gebildet hat, keine befriedigenden mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit, Stabilität und Stoßunempfindlichkeit, erhält.
Um durch das Einspritzformgussverfahren einen geformten Gegenstand mit gutem Erscheinungsbild zu erhalten, kann praktischerweise das Gegendruckformgussverfahren eingesetzt werden. Gemäß des Gegendruckformgussverfahrens wird ein Gas in einen Gussformhohlraum injiziert, um so den Innendruck der Gussform auf einem Druck zu halten, der über dem Schäumdruck des Schäumungsmittels liegt. Der Innendruck, der innerhalb des Hohlraums der Gussform aufgebaut wird, unterbindet das Schäumen des Schäumungsmittels, das in dem geschmolzenen Kunststoff enthalten ist. Nachdem sich die Oberfläche des geschmolzenen Kunststoffes soweit abgekühlt hat, dass sich auf ihr eine Hautschicht bildet, wird das Schäumen des Schäumungsmittels zugelassen.
Da jedoch bei dem Gegendruckformgussverfahren zugelassen wird, dass das Schäumungsmittel aufschäumt, nachdem der geschmolzene Kunststoff bis zu einem gewissen Grad abgekühlt ist, wird folglicherweise ein Expansionsverhältnis limitiert, und es ist sehr leicht möglich, dass sich in einem geformten Gegenstand eine relativ große Aushöhlung oder ein Hohlraum bildet. Deswegen erhält ein geformter Gegenstand nicht notwendigerweise auch die ausreichende Leichtigkeit und Festigkeit. Außerdem werden wegen der Gaseinrichtungen Gussformen benötigt, die besonders luftdicht und dergleichen sind, um den Druck im Gussformhohlraum erhöhen zu können, was die Herstellungskosten entsprechend in die Höhe treibt.
Um die oben aufgeführten Probleme zu lösen, haben die Anwender der vorliegenden Erfindung Formgussverfahren vorgeschlagen, welche das Rückfederungsphänomen ausnutzen, das während des Gießens eines, verstärkende Fasern enthaltenden, Kunststoffes auftritt (Japanische Patentanwendungen Nos. 8-28841 und 8-298600).
Um eine Hautschicht auf der Kunststoffoberfläche zu bilden, wird entsprechend dieser Formgussverfahren ein geschmolzener Kunststoff, der verstärkende Fasern enthält, die länger als eine bestimmte Länge sind, in den Gussformhohlraum, dessen Kapazität kleiner als das Volumen eines gewünschten, geformten Gegenstandes ist, injiziert, oder der injizierte, geschmolzene Kunststoff wird einmal komprimiert. Nachdem sie so mit dem Kunststoff befüllt worden ist, wird die Gussform auf das Volumen des gewünschten, geformten Gegenstandes erweitert, um den Kunststoff unter Ausnutzung des Rückfederungsphänomens auszudehnen. Dadurch werden im fertiggestellten, geformten Gegenstand unzählige, miteinander verbundene Poren gebildet.
In dem Fall, wenn sich ein Kunststoff auf Grund des relativ geringen Anteils verstärkender Fasern durch die Ausnutzung des Rückfederungsphänomens nicht ausreichend ausdehnt, wird eine kleine Menge eines Schäumungsmittels zugesetzt, um den Kunststoff ausreichend auszudehnen.
Gemäß eines solchen Formgussverfahrens können verstärkende Fasern in einer Menge vorhanden sein, die ausreicht, um eine benötigte Festigkeit zu erreichen und um unzählige Poren zu bilden, im Gegensatz zum Expansionsformguss, bei welchem voneinander unabhängige Blasen oder eine große Aushöhlung gebildet werden. Somit weist ein geformter Gegenstand sowohl ausreichende Festigkeit als auch ausreichende Leichtigkeit auf.
Die vorhin erwähnten Autoteile und Bauteile aus Hoch- und Tiefbau werden aus einem Schichtstoff hergestellt, der aus einem geformten Kunststoffgegenstand und Oberflächenbeschichtungsmaterial, welches auf der Oberfläche des geformten Kunststoffgegenstandes aufgebracht ist, zusammengesetzt ist. Ein solcher Schichtstoff wurde auf konventionelle Weise durch das Anbringen eines Oberflächenbeschichtungsmaterials auf einem geformten Kunststoffgegenstand hergestellt. Aber auf Grund der geringen Effizienz der Produktivität dieses Verfahrens, wurde ein Verfahren angewandt, in welchem das Material für die Oberflächenbeschichtung mit einem geformten Gegenstand schon während des Formens zusammengefügt wird, um den Schritt, bei dem das Oberflächenbeschichtungsmaterial an der Oberfläche eines geformten Gegenstandes angebracht wird, zu umgehen. Speziell wird ein Oberflächenbeschichtungsmaterial im Voraus in die Gussform eingebracht, ein Kunststoff wird in die Gussform eingefüllt und der eingefüllte Kunststoff wird geschmolzen, und dabei werden das Oberflächenbeschichtungsmaterial und ein geformter Gegenstand vereinigt.
In den letzten Jahren wurde insbesondere im Fall eines geformten Schichtgegenstandes, welcher ein Oberflächenbeschichtungsmaterial enthält, eine große Nachfrage nach Gewichtsreduktion laut. Um diesem Wunsch nachzukommen, wird in der Japanischen offen gelegten Patentanwendung (kokai) No. 7-171841 ein Verfahren zur Gewichtsreduktion eines geformten Schichtgegenstandes durch die Anwendung des Druckformens vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: ein Oberflächenbeschichtungsmaterial wird zwischen die obere und untere Gussform eingebracht; ein geschmolzener Kunststoff, der Glasfasern und ein Schäumungsmittel enthält, wird zwischen die obere oder untere Gussform und das Oberflächenbeschichtungsmaterial gefüllt; beide Formen werden geschlossen; und die beiden Formen werden voneinander getrennt, damit der geschmolzene Kunststoff durch das Schäumen ausgedehnt wird.
Da die Gussformen jedoch gemäß des obigen Druckformverfahrens, das in der offen gelegten Japanischen Patentanwendung (kokai) No. 7-171841 offenbart wurde, mit dem geschmolzenen Kunststoff gefüllt wurden während sie voneinander getrennt sind, ist die Wahrscheinlichkeit der Gratbildung sehr hoch. Außerdem sinkt das Expansionsverhältnis des Kunststoffes, da ein Gas, das durch das Schäumungsmittel erzeugt wird, aus den Gussformen entweicht, bevor die Gussformen geschlossen werden. Deshalb muss eine große Menge des Schäumungsmittels verwendet werden, um das benötigte Expansionsverhältnis zu erreichen. Auch wird keine weiche Hautschicht auf einem Bereich der Oberfläche eines erhaltenen, geformten Schichtgegenstandes, der nicht mit dem Oberflächenbeschichtungsmaterial überzogen ist, gebildet. Weil die Formungszeit relativ lange dauert, wird dadurch die Effizienz der Herstellung verschlechtert. Da sich der Kunststoff, dadurch dass die obere und untere Gussform voneinander getrennt werden, ausdehnt, ist es außerdem schwierig einen geformten Gegenstand, der eine komplizierte Form hat, wie etwa einen gerippten, geformten Gegenstand, herzustellen.
EP-A-O 439 625 offenbart ein Verfahren zum Formen eines Schichtgegenstandes aus faserverstärktem Kunststoff mit Gussmaterial, das aus faserhaltigen, thermoplastischen Kunststoffpellets besteht, die verstärkende Fasern mit einer Länge von 2 mm bis 100 mm enthalten, welche 5% bis 70% zum Gesamtgewicht des Gussmaterials beitragen, und eine Gussform, die eine bewegliche Form enthält, welche in der Lage ist, sich in den inneren Hohlraum der Gussform hineinzuschieben oder sich daraus zurückzuziehen, welches folgende Schritte umfasst: 1) Injizieren des geschmolzenen Kunststoffes, der durch die Verformung des Gussmaterials erhalten wurde, in die Gussform 2) worin, nachdem mit dem Injizieren des geschmolzenen Kunststoffes in den Hohlraum der Gussform begonnen worden ist, sich die bewegliche Form nach vorne bewegt, um den geschmolzenen Kunststoff, der sich im Hohlraum der Gussform befindet, zu komprimieren. Der komprimierte Kunststoff ist deswegen nicht ganz so leicht.
Dem gemäß ist es Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Formen eines Schichtgegenstandes aus faserverstärktem Kunststoff bereitzustellen, mit welchem ein leichtgewichtiger, geformter Schichtgegenstand hergestellt werden kann, der unabhängig von der Form des geformten Gegenstandes über ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, wie Festigkeit, Stabilität und Hitzeresistenz, verfügt, und mit welchem ein geformter Schichtgegenstand effizient hergestellt werden kann, ohne dass große Mengen eines Schäumungsmittels – wenn überhaupt – dafür gebraucht werden, und mit welchem auf einfache Weise ein Oberflächenbeschichtungsmaterial und ein geformter Gegenstand miteinander verbunden werden können, wobei das Oberflächenbeschichtungsmaterial in gutem Zustand erhalten bleibt, und mit welchem dem geformten Schichtgegenstand ein exzellentes Erscheinungsbild verliehen werden kann, genauso wie einen geformten Schichtgegenstand bereitzustellen, der mit selbigem hergestellt wurde.
Dieses Ziel wird gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Verfahren, das die Eigenschaften von Anspruch 1 umfasst, erreicht. Verbesserte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7.
Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Formen eines Schichtgegenstandes aus faserverstärktem Kunststoff bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst: Das Anbringen eines Oberflächenbeschichtungsmaterials auf einer Gussform zum Aufbringen auf die Oberfläche eines geformten Gegenstandes; und das Injizieren eines geschmolzenen Kunststoffes, der durch das Verformen eines Gussmaterials erhalten wurde, in die Gussform, um so einen einheitlichen, geformten Schichtgegenstand , der das Oberflächenbeschichtungsmaterial enthält, zu erhalten, wobei das Gussmaterial aus faserhaltigen, thermoplastischen Kunststoffpellets besteht, die verstärkende Fasern mit einer Länge von 2 mm bis 100 mm enthalten, welche 5% bis 70% zum Gesamtgewicht des Gussmaterials beitragen, die Gussform, die eine bewegliche Form enthält, welche in der Lage ist, sich in den inneren Hohlraum der Gussform hineinzuschieben oder sich daraus zurückzuziehen, worin, nachdem das Einspritzen des geschmolzenen Kunststoffes in den Hohlraum der Gussform gestartet wurde, die bewegliche Form auf eine Position vorgeschoben wird, um den geschmolzenen Kunststoff, der sich in dem Hohlraum der Gussform befindet, zu komprimieren, gefolgt von einer Erweiterung des Hohlraum in der Gussform auf das Volumen eines gewünschten Gegenstandes.
Gemäß des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung, enthält das Gussmaterial verstärkende Fasern, in mindestens einer festgesetzten Menge von mindestens einer festgesetzten Länge. Deswegen tritt während des Formens zuverlässig ein Rückfederungsphänomen auf; weswegen der geschmolzene Kunststoff ausreichend ausgedehnt werden kann. Des Weiteren können die verstärkenden Fasern in einer Menge enthalten sein, die ausreichend ist, um eine benötigte Festigkeit zu gewährleisten. Folglich weist ein erhaltener, geformter Gegenstand sowohl ausreichende Festigkeit als auch ausreichende Leichtigkeit auf.
Außerdem wird die bewegliche Gussform vorgeschoben, nachdem mit dem Injizieren des geschmolzenen Kunststoffes in den Hohlraum der Gussform begonnen wurde. Das bedeutet, dass mit dem Injizieren des geschmolzenen Kunststoffes begonnen wird, während der Hohlraum der Gussform bis zu einem gewissen Maß erweitert ist. Folglich kann der Druck des geschmolzenen Kunststoffes, der auf das Oberflächenbeschichtungsmatertal einwirkt, gesenkt werden, insbesondere der Druck des geschmolzenen Kunststoffes, der im Anfangsstadium des Injizierens direkt auf das Oberflächenüberschichtungsmaterial auftrifft. Dadurch wir das Oberflächenbeschichtungsmaterial vor Beschädigung oder Druckstellen geschützt, die ansonsten durch den Druck des geschmolzenen Kunststoffes bewirkt werden könnten. Dadurch bewahrt das Oberflächenbeschichtungsmatertal einen guten taktilen Eindruck und ein gutes Erscheinungsbild.
Da des Weiteren die bewegliche Gussform vorgeschoben wird, um den geschmolzenen Kunststoff, der im Hohlraum der Gussform enthalten ist, zu komprimieren, wird der geschmolzene Kunststoff an das Oberflächenbeschichtungsmaterial gedrückt; dadurch werden der geschmolzenen Kunststoff und das Oberflächenbeschichtungsmatertal zuverlässig miteinander verbunden. Dadurch dass für die bewegliche Gussform eine einfache Form verwendet wird, kann ein geformter Schichtgegenstand mit einer komplizierten Form zuverlässiger und schneller hergestellt werden, als in dem Fall, wenn ein Kunststoff durch das Öffnen der Formen ausgedehnt wird. Durch das Komprimieren des geschmolzenen Kunststoffes wird der geschmolzenen Kunststoff auch an die formende Oberfläche der Gussform gepresst; dadurch wird entlang der formenden Oberfläche der Gussform eine Hautschicht auf der Oberfläche des geschmolzenen Kunststoffes gebildet. Dadurch wird dem erhaltenen, geformten Gegenstand ein ausgezeichnetes Erscheinungsbild verliehen.
Da das Oberflächenbeschichtungsmatertal auf der Oberfläche der Gussform aufgebracht wird, bevor mit dem Formen begonnen wird, können das Oberflächenbeschichtungsmatertal und ein geformter Gegenstand während des Formens miteinander verbunden werden. Folglich kann der Schritt, in dem ein Oberflächenbeschichtungsmatertal mit der Oberfläche eines geformten Gegenstandes verbunden wird, weggelassen werden, wodurch der Herstellungsprozess für einen geformten Schichtgegenstand, der aus einem geformten Gegenstand und einem, die Oberfläche des geformten Gegenstandes überziehenden, Oberflächenbeschichtungsmatertal zusammengesetzt ist, signifikant vereinfacht wird.
Ein geformter Gegenstand kann ganz oder teilweise von einem Oberflächenbeschichtungsmatertal überzogen sein.
Beispiele für dieses Oberflächenbeschichtungsmatertal umfassen Ein-Schicht Materialien, wie gewebte Stoffe, nicht gewebte Stoffe, Oberflächenbeschichtungsmaterialien aus thermoplastischen Kunststoffen, Oberflächenbeschichtungsmaterialien aus expandierenden, thermoplastischen Kunststoffen sowie Filme, die mit Mustern oder Ähnlichem bedruckt sind; und mehrschichtige Oberflächenbeschichtungsmaterialien, wie thermoplastische Elastomere, Vinyl-Chlorid Harz oder ein ähnliches Oberflächenbeschichtungsmaterial, das mit thermoplastischem Kunststoff ausgekleidet ist, ein expandierender, thermoplastischer Kunststoff oder etwas Ähnliches.
Da für das Formen ein geschmolzener Kunststoff in den Hohlraum der Gussform injiziert wird, kann selbst ein geformter Gegenstand mit komplizierter Form, wie etwa ein gerippter, geformter Gegenstand, auf einfache Weise hergestellt werden, und die Formungszeit kann, im Vergleich zum konventionellen Druckformen, reduziert werden. Somit kann die Effektivität bei der Herstellung verbessert werden.
Dadurch dass ein geschmolzener Kunststoff in das Innere einer Gussform injiziert wird, nachdem die Gussform geschlossen worden ist, kann auch die Gratbildung verhindert werden.
Des Weiteren kann die Menge eines Schäumungsmittels, das im Gussmaterial enthalten ist, verringert werden, weil ein geschmolzener Kunststoff durch die Ausnutzung des Rückfederungsphänomens ausgedehnt wird, wodurch eine Beeinträchtigung der Formqualität verhindert wird, die ansonsten durch das enthaltene Schäumungsmittel bewirkt werden könnte.
Wenn die Länge der verstärkenden Fasern weniger als 2 mm beträgt, erhält ein geformter Gegenstand eine unzureichende Festigkeit, und die faserhaltigen, thermoplastischen Kunststoffpellets können während ihrer Verarbeitung zerbrechen. Weiter wird durch ein Rückfederungsphänom keine auseichende Expansion bewirkt. Wenn die Länge jedoch 100 mm überschreitet, können Brücken während des Einspritzformgießens ausgebildet werden, oder die Verformbarkeit kann beeinträchtigt werden. Deshalb kann die Durchführung des Formens schwierig werden.
Wenn der Anteil an verstärkenden Fasern in einem Gussmaterial unter 5 Gewichts-% liegt, kann kein Rückfederungsphänomen erwartet werden, welches die Expansion induziert, weshalb es passieren kann, dass die Stabilität und die Stoßfestigkeit eines geformten Gegenstandes unzureichend werden. Wenn ein Gussmaterial jedoch verstärkende Fasern in einer Menge enthält, die über 70 Gewichts-% ausmacht, wird der Anteil des geschmolzenen Kunststoffes extrem klein, was zu geringer Verformbarkeit oder niedriger Fluidität führt. Als Resultat wird kein guter, geformter Gegenstand erhalten.
In einem Gussmaterial kann ein Schäumungsmittel in einer Menge enthalten sein, die 3 Gewichtsanteile nicht überschreitet, bezogen auf 100 Gewichtsanteile für das Gussmaterial.
Vermöge eines Gussmaterials, das eine geringere Menge an schäumendem Agens, als es oben der Fall war, enthält, führt das Zurückziehen einer beweglichen Gussform zu einer verlässlichen Expansion des geschmolzenen Kunststoffes auf das Volumen eines gewünschten, geformten Gegenstandes, selbst dann wenn auf Grund des nur geringen Anteils verstärkender Fasern nicht erwartete werden kann, dass lediglich ein Rückfederungsphänomen alleine die ausreichende Expansion eines geschmolzenen Kunststoffes bewirkt, da das Schäumen des Schäumungsmittels die fehlende Expansion des Kunststoffes kompensiert.
Speziell kann ein Schäumungsmittel in einer Menge von 0,01 bis 3 Gewichtsanteilen enthalten sein. Wenn der Anteil des Schäumungsmittels über 3 Gewichtsanteilen liegt, können silbrige Flecken entstehen, wodurch das äußere Erscheinungsbild des geformten Gegenstandes beeinträchtigt wird, und es kann eine relativ große Aushöhlung innerhalb eines geformten Gegenstandes gebildet werden, was zu einer signifikanten Beeinträchtigung der Festigkeit und Stabilität führt.
Wie oben bereit angemerkt worden ist, wird der Anteil an schäumendem Agens bevorzugt gering gehalten, da ein Schäumungsmittel zugegeben wird, um eine nicht ausreichendes Rückfederungsphänomen zu kompensieren.
Die Art des zugefügten Schäumungsmittels ist nicht beschränkt, so lange es thermisch zersetzt wird, um Gas zu produzieren.
Beispiele für solch ein Schäumungsmittel umfassen Derivate der Oxalsäure, Azo-Verbindungen, Hydrazin-Derivate, Semicarbazide, Azid-Verbindungen, Nitroso-Verbindungen, Triazole, Harnstoff und damit verwandte Verbindungen, Nitrite, Hydride, Carbonate und Bicarbonate.
Spezielle Beispiele solcher schäumenden Agenzien enthalten Azodicarbonamid (ADCA), Benzensulfohydrazid, N,N,-Dinitropentamethylentetramin und Terephthalazid.
Das vorher bereits erwähnte Gussmaterial enthält auch faserhaltige, thermoplastische Kunststoffpellets, die eine Länge von 2 mm bis 100 mm haben und verstärkende Fasern enthalten, deren Länge derjenigen der Kunststoffpellets entspricht, und die parallel angeordnet sind, in einer Konzentration von 20 bis 80 Gewichts-%. Alternativ dazu kann das Gussmaterial verstärkende Fasern in einer Menge die 5 bis 70 Gewichts-% enthalten.
Das bedeutet, dass die bereits vorher erwähnten, faserhaltigen, thermoplastischen Kunststoffpellets entweder alleinig oder in Kombination mit anderen Kunststoffpellets enthalten sein können.
Wenn Pellets verwendet werden, die parallel angeordnete, verstärkende Fasern in einer Menge von 20 bis 80 Gewichts-% enthalten, brechen die Fasern nicht so leicht, selbst dann nicht, wenn die Pellets in einem Einspritzapparat verformt und geknetet werden.
Beispiele für verstärkende Fasern, die in den vorher bereits erwähnten Kunststoffpellets enthalten sind, umfassen Fasern, wie sie im Folgenden unter (1) bis (4) vorgestellt werden. Besonders bevorzugt werden Glasfasern oder Carbonfasern eingesetzt.

(1) Keramische Fasern: Bor-Fasern, Silizium-Carbid-Fasern, Aluminium-Fasern, Silizium-Nitrid-Fasern, Zirkonium-Fasern
(2) Anorganische Fasern: Glasfasern, Carbon-Faser
(3) Metallische Fasern: Kupfer-Fasern, Messing-Fasern, Stahl-Fasern, Fasern aus rostfreiem Stahl, Aluminium-Fasern, Fasern aus Aluminiumlegierungen
4) (Organische Fasern: Polyethylen-Fasern mit ultra-hohem Molekulargewicht, Polypropylen-Fasern, Aramid-Fasern, Polyarylat-Fasern Polyester-Fasern, Polyamid-Fasern

Glasfasern, die verwendet werden können, sind E-Glas oder S-Glas Fasern, mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von nicht mehr als 25 μm, vorzugsweise von 3 μm bis 20 μm.
Wenn der Durchmesser der Glasfasern geringer als 3 μm ist, ist der Kontakt zwischen den Glasfasern und einem Kunststoff nicht eng genug, und folglich wird das Imprägnieren der Glasfasern mit einem Kunststoff, während der Herstellung der Pellets, schwierig. Im Gegensatz dazu, können die Glasfasern, während des Schmelzens und Verformens, leicht brechen oder splittern, wenn der Durchmesser der Glasfasern über 20 μm liegt.
Ein thermoplastischer Kunststoff, der als Hauptkomponente der Kunststoffpellets dient, ist nicht auf einen speziellen beschränkt. Beispiele für solch einen thermoplastischen Kunststoff umfassen Polypropylen, gerichtete Co-Polymere von Propylen-Ethylen, ungerichtete Co-Polymere von Propylen-Ethylen, Polyolefin-Harze, wie etwa Polyethylen, Polystyren-Harze, ABS-Harze; Polyvinyl-Chlorid-Harze, Polyamid-Harze, Polyester-Harze, Polyacetal-Harze, Polycarbonat-Harze, aromatische Polyether- oder Thioether-Harze, aromatische Polyester-Harze, Polysulfon-Harze und Acrylat-Harze.
Die oben aufgelisteten thermoplastischen Kunststoffe können alleine oder in Kombination verwendet werden.
Unter den thermoplastischen Kunststoffen werden Polypropylen-Harze, wie Polypropylen, gerichtete oder ungerichtete Co-Polymere von Propylen und einem anderen Olefin, und Mischungen davon, bevorzugt eingesetzt, und besonders bevorzugt werden Polypropylen-Harze, die ein Polyolefin-Harz enthalten, das mit einer ungesättigten Carboxyl-Säure oder deren Derivat modifiziert worden ist.
Bei der Herstellung von Pellets aus jedem der oben aufgeführten Kunststoffe und Glasfasern durch Pultrusion oder Flüssig-Imprägnierung, werden die Glasfasern durch die Verwendung eines verbindenden Agens oberflächenbehandelt, und danach durch Verwendung eines Bindemittels in Gruppen von 100 Fasern bis zu 10.000 Fasern gebündelt, vorzugsweise jedoch von 150 Fasern bis zu 5.000 Faser.
Das verbindende Agens kann gleichermaßen aus den herkömmlichen, sogenannten Silan-Bindern und Titan-Binden ausgewählt werden.
Beispiele für ein solches verbindendes Agens umfassen Amino-Silane oder Epoxid-Silane, wie etwa γ-Aminopropyltrimethoxysilan, N-β-(Aminoethyl)- γ-Aminopropyltrimethoxysilan, γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan und β-(3,4-Epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilan. Besonders die zuerst genannten Amino-Silan-Verbindungen werden bevorzugt verwendet.
Beispiele für Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Glasfasern durch die Verwendung solcher verbindenden Agenzien umfassen einen Verklebungs-Prozess, ein Trocken-Misch-Verfahren und ein Sprüh-Verfahren. Bei dem Prozess des Verklebens wird ein verbindendes Agens in ein organisches Lösungsmittel gemischt, um eine organische Lösung oder Suspension zu erhalten, und anschließend wird die so erhaltenen Lösung oder Suspension zu den Glasfasern gegeben und dient dort als so genanntes Klebe-Mittel.
Bei der Oberflächenbehandlung der Glasfasern kann zusätzlich zu dem bereits oben erwähnten, verbindenden Agens eine filmbildende Substanz für Glas verwendet werden. Beispiele für solch eine filmbildende Substanz umfassen Polyester, Urethan-Polymere, Epoxy-Polymere, Acryl-Polymere, Vinyl-Acetat-Polymere und Isocyanat-Polymere, wobei Urethan-Polymere und Olefin-Polymere zu bevorzugen sind.
Beispiele für Bindemittel umfassen Urethan-Verbindungen, Olefin-Verbindungen, Acryl-Verbindungen, Butadien-Verbindungen und Epoxy-Verbindungen.
Unter den oben aufgeführten Bindemitteln, können die Urethan-Binder entweder vom Einkomponenten-Typ sein, wie etwa dem öl-modifizierten Typ, dem nass-gehärteten Typ, dem gerichteten Typ oder etwas Ähnlichem, oder sie können vom Zweikomponenten-Typ sein, wie etwa dem katalytisch gehärteten Typ, dem polyol-gehärteten Typ oder etwas Ähnlichem, genau so wie Urethan-Binder, die herkömmlicher Weise durch die Reaktion von einer Diisocyanat-Verbindung mit einem polyhydrierten Alkohol erhalten werden, wobei der Anteil an Polyisocyanat 50 Gewichts-% nicht unterschreiten sollte.
Beispiele für ein olefinisches Bindemittel umfassen Polyolefin-Harze, die mit einer ungesättigten Carboxyl-Säure oder deren Derivat modifiziert worden sind.
Glasfasern, die mit Hilfe der oben aufgelisteten Bindemittel gebündelt worden sind, werden mit einem thermoplastischen Kunststoff imprägniert und beschichtet, um so die Glasfasern enthaltenden Kunststoffpellets herzustellen.
Beispielsverfahren für das Beschichten und Imprägnieren von Glasfasern mit einem thermoplastischen Kunststoff umfassen Folgendes: ein Bündel Fasern wird in einen geschmolzenen Kunststoff, der in einem Container oder etwas Ähnlichem enthalten ist, eingetaucht, um das Bündel auf diese Weise mit dem Kunststoff zu imprägnieren; ein Bündel Fasern wird in eine wirkungsvolle Suspension oder Emulsion aus Kunststoff getaucht, um so das Bündel mit dem Kunststoff zu imprägnieren, und danach wird das Faserbündel durch eine Beschichtungsform geleitet; und ein geschmolzener Kunststoff, der an einem Bündel Fasern haftet, wird mit Druck durch die Verwendung einer Gussform ausgespreizt, so dass das Bündel Fasern mit dem Kunststoff imprägniert wird.
Auch ein Pultrusions-Prozess in Kombination mit Druck kann in einem Prozess, bei dem Fasern mit einem Kunststoff imprägniert werden, eingesetzt werden. Genauer gesagt, wird ein Bündel Fasern für die Imprägnierung mit einem geschmolzenen Kunststoff durch eine Form gezogen, die Vertiefungen und Vorsprünge in ihrer inneren Wand aufweist, wodurch ein besonders enger Kontakt zwischen einem Bündel Fasern und einem Kunststoff hergestellt wird, d. h. um die Benetzbarkeit zu verbessern. Dann wird das Bündel Fasern mit Hilfe von Press-Rollen zusammengepresst.
Wenn Glasfasern und ein geschmolzener Kunststoff engen Kontakt miteinander haben, oder eine gute Benetzbarkeit vorliegt, sind die Glasfasern vollständig mit dem geschmolzenen Kunststoff imprägniert, und die Pellets können direkt hergestellt werden. Folglich kann der vorher erwähnte Schritt des Bündelns von Fasern durch die Verwendung eines Bindemittels ausgelassen werden.
Um einen engen Kontakt zwischen Glasfasern und Kunststoff herzustellen, kann der Kunststoff polartsiert werden, oder es kann eine funktionelle Gruppe, die mit dem verbindenden Agens reagiert, an die Oberfläche der Glasfasern gebunden werden.
Das so gebildete Bündel langer Fasern (es nimmt die Form eines Stranges oder eine ähnliche Form an), das mit einem Kunststoff imprägniert ist, wird in seiner Längsrichtung zerschnitten, damit Kunststoffpellets entstehen, welche lange Fasern von der selben Länge wie die Pellets, enthalten.
Die Form eines Bündels langer Fasern, die mit einem Kunststoff imprägniert sind, und aus dem Kunststoffpellets gemacht werden, ist nicht auf einen Strang mit im Wesentlichen rundem Querschnitt beschränkt. Ein Bündel langer Fasern, das mit einem Kunststoff imprägniert ist, kann auch die Form eines Blattes, Bandes oder Riemens annehmen, und kann zerschnitten werden, um Pellets einer vorbestimmten Länge zu erhalten.
Falls nötig, können zu Kunststoffpellets noch Stabilisatoren, Antistatik-Agenzien, Stabilisatoren gegen Verwitterung, Färbemittel, kurze Fasern und Füllstoffe, wie etwa Talk, Elastomere, Brandverzögerer (Agenzien, die Brände verlangsamen), Antioxidantien, Grenzflächenmodifizierer und etwas Ähnliches zugesetzt werden.
Gemäß eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein geformter Schichtgegenstand bereitgestellt, der mit dem Verfahren der Erfindung (erster Aspekt der Erfindung) hergestellt wird. Die vorliegende Erfindung stellt insbesondere einen geformten Schichtgegenstand bereit, welcher aus einem Korpus, aus einem faserverstärkten Kunststoff, und einem Oberflächenbeschichtungsmaterial, das damit eine Einheit bildet, besteht, welcher in diesen Schritten hergestellt wird: Anbringen des Oberflächenbeschichtungsmaterials auf einer Gussform, um auf die Oberfläche eines geformten Gegenstandes aufgebracht zu werden; und Injizieren eines geschmolzenen Kunststoffes, der durch die Verformung eines Gussmaterials erhalten worden ist, in die Gussform, um so einen einheitlichen, geformten Schichtgegenstand zu erhalten, welcher das Oberflächenbeschichtungsmaterial enthält, wobei das Gussmaterial faserhaltige, thermoplastische Kunststoffpellets beinhaltet, welche verstärkende Fasern mit einer Länge von 2 mm bis 100 mm enthalten, und worin die verstärkenden Fasern 5 bis 70 Gewichts-% des Gussmaterials ausmachen, wobei die Gussform eine bewegliche Gussform enthält, die in der Lage ist, sich in den internen Hohlraum der Gussform hineinzuschieben und sich aus ihm zurückzuziehen, worin, nachdem mit dem Injizieren des geschmolzenen Kunststoffes in die Gussform begonnen worden ist, die bewegliche Gussform nach vorne geschoben wird, um so den Kunststoff, der im Hohlraum der Gussform enthaltenen ist, zu komprimieren, gefolgt von einer Expansion des Volumens des Gussformhohlraums auf dasjenige eines gewünschten, geformten Gegenstandes, um so einen leichtgewichtigen, einheitlichen Schichtstoff, welcher das Oberflächenbeschichtungsmaterial enthält, zu erhalten.
Gemäß des zweiten Aspekts zeichnet sich der geformte Schichtgegenstand durch Leichtigkeit und exzellente mechanische Eigenschaften, wie etwa Reißfestigkeit, Stabilität und Hitzeresistenz, aus; außerdem sind ein Oberflächenbeschichtungsmaterial und ein geformter Gegenstand miteinander vereinigt, wobei das Oberflächenbeschichtungsmaterial in einem guten Zustand bleibt, wodurch ein gutes Erscheinungsbild erhalten wird. Folglich ist der geformte Schichtgegenstand aus der Erfindung in einem weitgefächerten Einsatzgebiet verwendbar, bei Autoteilen, Konstruktionselementen in Hoch- und Tiefbau, bei Haushaltsgeräten, Möbeln, verschiedenen Teilen von Geräten und Ähnlichem.
Beispiele für solche Autoteile beinhalten innere Verkleidungen, Kofferraumabtrennungen, Türschweller, Dachgepäckträger, Verkleidungen am Heck, verschieden Stützen und Handschuhfachklappen.
Beispiele für solche Konstruktionselemente aus Hoch- und Tiefbau beinhalten Außenwandverkleidungen, Trennwände und Kabelkanäle.
Beispiele für solche Möbel beinhalten Tische und Stühle.
Beispiele für solche Geräte beinhalten Einbauküchenausstattungen und Labortische.
Unter den Verwendungsmöglichkeiten des geformten Schichtgegenstandes der Erfindung, verbessert seine Verwendung bei Teilen von Transportmitteln, wie etwa Autoteilen, die mechanischen Eigenschaften und dergleichen von Transportmitteln. Die Verwendung bei Konstruktionselementen in Hoch- und Tiefbau, wie etwa Außenwandverkleidungen und Trennwände, vereinfacht auf Grund der Leichtigkeit des geformten Schichtgegenstandes ebenfalls die Installationsarbeit, und ermöglicht verschiedenste Designs, die solchen Elementen verliehen werden können.
Es gibt im Einzelnen keine Einschränkungen beim Expansionsverhältnis eines geschmolzenen Kunststoffes. Jedoch wird ein geschmolzener Kunststoff bevorzugt auf das 1,3 bis 6 -fache seines ursprünglichen Volumens ausgedehnt, am besten auf das 1,5 bis 5 -fache.
Durch das Ausdehnen eines geschmolzenen Kunststoffes auf das 1,3 bis 6 -fache seines ursprünglichen Volumens, wird innerhalb eines geformten Kunststoffgegenstandes auf verlässliche Weise eine große Anzahl miteinander verbundener Poren gebildet.
Wenn das Expansionsverhältnis unter 1,3 liegt, können sich unzusammenhängende Blasen innerhalb eines Kunststoffgegenstandes bilden, weswegen folglich keine ausreichende Gewichtsreduktion erreicht wird. Wenn aber im Gegensatz dazu, das Expansionsverhältnis über 6 liegt, können die Stabilität eines geformten Kunststoffgegenstandes und seine Widerstandsfähigkeit gegen Druck beeinträchtigt werden.
Verstärkende Fasern, die in dem geformten Schichtgegenstand der Erfindung enthalten sind, haben eine durchschnittliche Länge von 2 mm bis 20 mm, am Besten von 4 mm bis 12 mm.
Wenn die durchschnittliche Länge der verstärkenden Fasern nicht unter 2 mm sinkt, kann ein geschmolzener Kunststoff durch die Ausnutzung des Rückfederungsphänomens direkt auf ein gewünschtes Volumen ausgedehnt werden. Als Resultat wird der geformte Gegenstand ausreichen leicht und weist eine Verbesserung hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, wie Widerstandsfähigkeit bei Aufprall und Stabilität, auf.
Wenn im Gegensatz dazu, die durchschnittliche Länge der verstärkenden Fasern über 20 mm liegt, haben die verstärkenden Fasern Schwierigkeiten, in enge Bereiche, Rippen oder etwas Ähnliches eines geformten Gegenstandes zu gelangen. Als Folge verringert sich die Festigkeit eines solche Bereiches, weil dort nicht genügend verstärkende Fasern vorhanden sind.
In einer Einspritzformgussmaschine, die für das Formen eines Schichtstoffes, der verstärkende Fasern mit einer durchschnittlichen Länge von 2 mm bis 20 mm enthält, verwendet wird, hat ein Fließweg für einen geschmolzenen Kunststoff bevorzugt eine Düse, einen Gießtrichter, eine Rinne eine Schleuse oder etwas dergleichen mit einem relativ großen Durchmesser.
Besonders der innere Durchmesser einer Düse beträgt vorzugsweise nicht weniger als 5 mm, noch besser nicht weniger als 6 mm.
Die Schnecke einer Einspritzformgussmaschine hat vorzugsweise ein Kompressionsverhältnis, das 2,5 nicht übersteigt, am besten sogar 2,0 nicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein leichtgewichtiger geformter Schichtgegenstand erhalten, der über exzellente mechanische Eigenschaften, wie Festigkeit, Stabilität und Hitzeresistenz verfügt. Ein geformter Schichtgegenstand kann auch durch die Verwendung von relativ geringen Mengen eines Schäumungsmittel effizient hergestellt werden. Des Weiteren können ein Oberflächenbeschichtungsmaterial und ein geformter Gegenstand einfach miteinander verbunden werden, wobei das Oberflächenbeschichtungsmaterial in einem gutem Zustand erhalten bleibt.
In den Zeichnungen werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt; sie sind:
1 ist eine Seitenansicht mit einem partiellen Querschnitt, der eine Einspritzformgussmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine teilweise angebrochene Aufsicht, die einen geformten Schichtgegenstand zeigt, der mit der Einspritzformgussmaschine aus 1 erhalten wurde;
3A ist eine Ansicht, die einen Formschritt der Einspritzformgussmaschine aus 1 zeigt;
3B ist eine Ansicht, die einen Formschritt der Einspritzformgussmaschine aus 1 zeigt;
3C ist eine Ansicht, die einen Formschritt der Einspritzformgussmaschine aus 1 zeigt;
4 ist die Ansicht eines Schnitts durch das Oberflächenbeschichtungsmaterial, das in den Beispielen 1 und 2 der vorliegenden Erfindung, sowie in den Vergleichs-Beispielen 1 bis 3, verwendet wurde;
5 ist die Ansicht eines Schnitts durch das Oberflächenbeschichtungsmaterial, das in Beispielen 3 der vorliegenden Erfindung, sowie in dem Vergleichs-Beispiel 4, verwendet wurde.
1 zeigt eine Einspritzformgussmaschine 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Einspritzformgussmaschine 1 wird ein geschmolzener Kunststoff in das Innere einer Gussform 10 (um eine 1/6 Schalttafel zu formen) injiziert, um einen geformten Gegenstand zu erhalten.
Die Gussform 10 enthält eine stationäre Form 10A und eine bewegliche Form 10B. Ein bewegliches Kernstück 12 ist an der beweglichen Form 10B der Gussform 10 auf eine Weise befestigt, dass das bewegliche Kernstück 12 in den Hohlraum 11 der Gussform 10 hineingeschoben und aus ihm zurückgezogen werden kann. Das Volumen des Hohlraums 11 wird durch die Bewegung des beweglichen Kernstücks 12 verändert.
Die Oberfläche des beweglichen Kenstücks 12, die der Seite des Hohlraums 11 zugewandt liegt, ist so konstruiert, dass das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52, zum Beschichten der Oberfläche eines geformten Gegenstandes, darauf aufgebracht werden kann. Speziell verfügt das bewegliche Kernstück 12 über Befestigungshilfen (nicht dargestellt), wie etwa Stifte, Löcher für Vakuumspannvorrichtungen oder dergleichen, um das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 anzubringen.
Das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 kann auf der Oberfläche der stationären Form 10A angebracht sein. Alternativ können sowohl das bewegliche Kernstück 12 als auch die stationäre Form 10A beide so konstruiert sein, dass das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 an ihnen angebracht werden kann.
Beispiele für das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 enthalten Ein-Schicht Materialien, wie gewebte Stoffe, nicht gewebte Stoffe, Oberflächenbeschichtungsmaterialien aus thermoplastischen Kunststoffen, Oberflächenbeschichtungsmaterialien aus expandierenden, thermoplastischen Kunststoffen, sowie Filme, die mit Mustern oder Ähnlichem bedruckt sind, und mehrschichtige Oberflächenbeschichtungsmaterialien, wie thermoplastische Elastomere, Vinyl-Chlorid-Harz oder ein ähnliches Oberflächenbeschichtungsmaterial, das mit einem thermoplastischen Kunststoff ausgekleidet ist, ein expandierter thermoplastischer Kunststoff oder etwas Ähnliches.
Die stationäre Form 10A der Gussform 10 verfügt über einen Zugang 13, der in ihrem Inneren wie ein Gießtrichter, eine Rinne oder etwas Ähnliches geformt ist, um damit einen geschmolzenen Kunststoff in das Innere der Gussform 10 zu leiten. Ein lokal begrenztes, elektrischen Heizelement 14 erstreckt sich um den Zugang 13 herum, so dass der Zugang 13 als sogenannter, beheizter Angusskanal dient, der verhindert, dass ein durchfließender, geschmolzener Kunststoff aushärtet.
Die obige Gussform 10 ist so konfiguriert, dass sie einen geformten Schichtgegenstand 50 formen kann, wie er in 2 dargestellt ist. Der geformte Schichtgegenstand 50 ist aus einem geformten Kunststoffgegenstand 51 und dem Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 zusammengesetzt. Der geformte Kunststoffgegenstand 51 hat eine rechteckige, flache Gestalt mit einer Breite W und eine Tiefe D. Das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 wird auf einer Seite (der Oberfläche, die sich auf der Seite des beweglichen Kernstücks 12 befindet) des geformten Gegenstandes 51 angebracht. Der zentrale Bereich der rückwärtigen Oberfläche (der Oberfläche, die sich gegenüber dem Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 befindet) des geformten Gegenstandes 51 korrespondiert mit einer Schleuse 15 (siehe 1), welche ein Ende des Zugangs 13, das auf der Seite des Hohlraums 11 in der Gussform 10 liegt, bildet.
Wieder zurück in 1, enthält die Einspritzformgussmaschine 1 einen Einspritzapparat 1A zum Injizieren eines geschmolzenen Kunststoffes in den Hohlraum 11 der Gussform 10, eine stationäre Gussplatte 3, an welcher die stationäre Form 10A angebracht ist, eine bewegliche Gussplatte 4, an welcher die bewegliche Form 10B angebracht ist, eine Gussform-Spannvorrichtung 5, um damit die bewegliche Gussplatte 4 auf die stationäre Gussplatte 3 zu zu bewegen, und eine Gussform-Bewegungsvorrichtung 20, um damit das bewegliche Kernstück 12 der Gussform 10 auf eine bestimmte Position innerhalb einer festgelegten Spanne zu bewegen, und um das bewegliche Kernstück 12 in dieser Position anzuhalten.
Im Einspritzapparat 1A, werden die Kunststoffpellets, die ins Innere eines Injektionszylinders 16 eingespeist wurden, durch die Verwendung einer nicht abgebildeten Schnecke geknetet und verformt. Ein geschmolzener Kunststoff, der durch die Verformung der Kunststoffpellets entstanden ist, wird dann durch eine Düse 17, die sich an der Spitze des Injektionszylinders 16 befindet, abgegeben. Die Schnecke darf ein Verdichtungsverhältnis von 2,5 nicht überschreiten, und die Düse einen Durchmesser von nicht weniger als 5 mm haben.
Die bewegliche Gussplatte 4 ist gleitfähig an Verbindungsstangen 8, die sich zwischen der stationären Gussplatte 3 und einer stationären Platte 7 erstrecken, an welcher eine ölhydraulische Zylindereinheit 6 für das Fastspannen befestigt ist, montiert.
Die Gussform-Spannvorrichtung 5 verfügt über einen Scherenbügelmechanismus 9, der mit der Pleuelstange 6A des ölhydraulischen Zylinderapparates 6 verbunden ist. Die Druckkraft der ölhydraulischen Zylindervorrichtung 6 wird durch den Scherenbügelmechanismus 9 verstärkt. Die so verstärkte Druckkraft bewirkt die Vorwärtsbewegung der beweglichen Gussplatte 4. Dadurch wird die bewegliche Form 10B in engen Kontakt mit der stationären Form 10A gebracht, wodurch die Gussform 10 geschlossen wird.
Die Gussform-Bewegungsvorrichtung 21) befindet sich zwischen der bewegliche Gussplatte 4 und der beweglichen Form 10B und ist so konstruiert, dass das bewegliche Kernstück 12 in den Hohlraum 11 vorgeschoben wird, um so eine komprimierende Kraft auf einen geschmolzenen Kunststoff, der in den Hollraum 11 eingespritzt worden ist, auszuüben, und so dass das bewegliche Kernstück 12 zurückgezogen wird, um das Volumen des Hohlraums 11 zu erweitern.
Die Gussform-Bewegungsvorrichtung 20 dient auch Hilfsmittel für die Variation des Hohlraumspielraums, um den Spielraum zwischen der formenden Oberfläche des beweglichen Kernstücks 12 und derjenigen der stationären Form 10A beliebig variieren zu können.
In der Gussform-Bewegungsvorrichtung 20 befinden sich schräge Oberflächen 21A und 22A, die in Bezug auf die Bewegungsrichtung des beweglichen Kernstücks 12 abgeschrägt sind, ein Paar abgeschrägter Elemente 21 und 22, um die abgeschrägten Oberflächen 21A und 22A gegeneinander abzustützen, eine Basisplatte 23 mit einer flachen Oberfläche, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des beweglichen Kernstücks 12 verläuft, einen Gussform-Befestigungssockel 24, um die bewegliche Gussplatte 4 mit der beweglichen Form 10B zu verbinden, sowie eine Druckplatte 25, um das bewegliche Kernstück 12 mit dem abgeschrägten Element 22 zu verbinden.
Das abgeschrägte Element 21 kann entlang der Oberfläche der Basisplatte 23, die an der beweglichen Gussplatte 4 angebracht ist, gleiten und wird von einer ölhydraulischen Zylindereinheit 26 angetrieben, damit sie sich senkrecht zur Bewegungsrichtung des beweglichen Kernstücks 12 bewegt.
An beiden seitlichen Rändern der abgeschrägten Oberfläche 22A des abgeschrägten Elements 22 befinden sich, entlang der Bewegungsrichtung des abgeschrägten Elements 21, Führungsstücke 22B. In Längsrichtung des Führungsstückes 22B befindet sich in der inneren Oberfläche des Führungsstückes 22B eine Vertiefung 22C.
An jeder der seitlichen Oberflächen des abgeschrägten Elements 21 befindet sich ein verlängerter Vorsprung 21B, welcher Kontakt mit den entsprechenden inneren Oberflächen der Führungsstücke 22B hat. Die verlängerten Vorsprünge 21B greifen in die entsprechenden Vertiefungen 22C, die sich in den Führungsstücken 22B des abgeschrägten Elements 22 befinden, ein.
Folglich drückt das abgeschrägte Element 21 gegen das abgeschrägt Element 22, wenn die Pleuelstange 26A der ölhydraulischen Zylindereinheit 26 nach vorne bewegt wird, wodurch das bewegliche Kernstück 12 nach vorne geschoben wird. Wenn die Pleuelstange 26A der ölhydraulischen Zylindereinheit 26 zurückgezogen wird, zieht das abgeschrägte Element 21 das abgeschrägte Element 22 mit sich zurück, wodurch das bewegliche Kernstück 12 zurückgezogen wird.
Eine ölhydraulische Einheit 30 wird bereitgestellt, um die Gussform-Bewegungsvorrichtung 20 mit hydraulischem Öldruck zu versehen. Des Weiteren wird eine Steuerungseinheit 31 bereitgestellt, um die ölhydraulischen Einheit 30 zu steuern, damit sie die Gussform-Bewegungsvorrichtung 20 dazu bringt, einen gewünschten Vorgang durchzuführen.
Die Steuerungseinheit 31 hat eine sequenzielle Steuerschaltung, wie etwa einen digitalen Sequenzer oder etwas dergleichen, die von einem Benutzer so programmiert werden kann, dass Arbeitsvorgänge sequentiell durchgeführt werden; zum Beispiel wird das bewegliche Kernstück 12 dazu gebracht, den sequentiellen Schritten des schrittweisen Sich-Annäherns und Sich-Zurückziehens in Relation zum Hohlraum 11 zu folgen, und dabei zeitweilig an einer vorher festgelegten Position innezuhalten und sich zurückzuziehen.
Als Nächstes soll hier ein Formvorgang (Formprozess) gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben werden.
Als Erstes werden die Gussform 10 und die Gussform-Bewegungsvorrichtung 20 an der normalen Einspritzformgussmaschine 1 angebracht, wie es in 1 abgebildet ist. Ein vorher festgelegtes Gussmaterial wird in einen nicht abgebildeten Einfülltrichter gefüllt.
Nachdem die Kunststoffpellets in den Einspritzzylinder 16 des Einspritzapparates 1A eingespeist worden sind, wird die Einspritzformgussmaschine gestartet, wobei sie die Kunststoffpellets, die sich im Einspritzzylinder 16 befinden, verformt und knetet. Im Einspritzzylinder 16 werden die Kunststoffpellets so lange verformt und geknetet, bis die Menge eines geschmolzenen Kunststoffes, die zur Herstellung des geformten Gegenstandes 51 benötigt wird, erhalten worden ist. Durch dieses Verformen und Kneten werden auch die zahllosen Glasfasern in dem geschmolzenen Kunststoff gleichmäßig verteilt und genügend miteinander verwoben, wodurch das Auftreten eines Rückfederungsphänomens erleichtert wird.
Bei dem Gussmaterial handelt es sich um faserhaltige, thermoplastische Kunststoffpellets in einer Länge von 2 mm bis 100 mm, die Polypropylen als Hauptkomponente enthalten. Jedes der Kunststoffpellets enthält verstärkende Glasfasern in einer Menge von 20 bis 80 Gewichts-%, die parallel angeordnet sind und deren Länge derjenigen des Kunststoffes entspricht.
Wenn es sich bei dem Gussmaterial um eine Mischung aus den obigen faserhaltigen Kunststoffpellets und faserlosen Kunststoffpellets handelt, enthält das Gussmaterial verstärkende Glasfasern in einer Menge von 5 bis 70 Gewichts-%.
Das Gussmaterial kann auch ein Schäumungsmittel in einer Menge enthalten, die nicht über 3 Gewichtsanteilen liegt, bezogen auf 100 Gewichtsanteile des Gussmaterials.
Die Zugabe eines Schäumungsmittels wird dadurch erreicht, dass eine Vormischung von Pellets, welche ein Schäumungsmittel enthält, mit den obigen Kunststoffpellets vermischt wird. Beispiele solcher Vormischungen von Pellets, die ein Schäumungsmittel enthalten, sind POLYSLEN EV306G (Handelsname, hergestellt von Eiwa Kasei Kogyo Co., Ltd.) und POLYSLEN TS-182 (Handelsname, hergestellt von Eiwa Kasei Kogyo Co., Ltd.).
Das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 wird auf dem bewegliche Kernstück 12 der Gussform 10 angebracht. Anschließend wird die Gussform-Spannvorrichtung 5 betrieben, damit sich die bewegliche Gussplatte 4 auf die stationäre Gussplatte 3 zu bewegt, so lange, bis die bewegliche Form 10B an die stationäre Form 10A stößt, wodurch die Gussform 10 geschlossen wird, wie es in 1 dargestellt ist.
Als Nächstes wir die Gussform-Bewegungsvorrichtung 20 betrieben, damit sich das bewegliche Kernstück 12 in Position L bewegt, wie es in 3A gezeigt ist. Dadurch wird die Dicke T des Hohlraums 11 zu T1. In diesem Stadium wird ein geschmolzener Kunststoff vom Einspritzapparat 1A in das Innere der Gussform 10 injiziert. Wenn der gesamte geschmolzene Kunststoff in den Hohlraum 11 injiziert worden ist, ist der Schritt des Injizierens von geschmolzenem Kunststoff abgeschlossen.
Die Dicke T1 des Hohlraums 11, welche vom beweglichen Kernstück 12, das in Position L angehalten hat definiert ist, wird so bestimmt, dass das Volumen des Hohlraums 11, der die Dicke T1 hat, größer als das Volumen des gesamten, injizierten, geschmolzenen Kunststoffs wird.
Als Folge wird der geschmolzenen Kunststoff in den Hohlraum 11, welcher ein größeres Volumen hat, als der geschmolzene Kunststoff, der in den Hohlraum 11 injiziert werden soll, injiziert. Somit wird der Druck, den der geschmolzene Kunststoff auf das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 ausübt, geringer, als er es in dem Fall wäre, wenn der Hohlraum 11 das selbe Volumen hat, wie der geschmolzenen Kunststoff, der dort hinein injiziert werden soll. Da der Abstand zwischen der Schleuse 15 und dem Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 in dem obigen Fall dann erweitert ist, wird insbesondere der Druck, der durch den geschmolzenen Kunststoff, welcher im Anfangsstadium des Injizierens direkt auf das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 auftrifft, geringer als im obigen Fall.
Nachdem mit dem Injizieren des geschmolzenen Kunststoffes begonnen wurde, wird die Gussform-Bewegungsvorrichtung 20 so betrieben, dass sie das bewegliche Kernstück auf Position M vorschiebt, wie es in 3B gezeigt ist. Dadurch wird die Dicke T des Hohlraums 11 zu T2.
Die Dicke T2 des Hohlraums 11, welche vom beweglichen Kernstück 12, das in Position M angehalten hat, definiert ist, wird so bestimmt, dass der Hohlraum 11 mit der Dicke T2 vollständig mit dem gesamten, injizierten, geschmolzenen Kunststoff gefüllt ist.
Als ein Ergebnis des oben geschilderten Vorwärtsschiebens des beweglichen Kernstücks 12, wird der Hohlraum 11 vollständig mit dem geschmolzenen Kunststoff unter Druck gefüllt. Folglich wir der geschmolzenen Kunststoff gegen das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 gedrückt, wodurch der geschmolzene Kunststoff und das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 miteinander verbunden werden. Der geschmolzene Kunststoff wird ebenfalls eng gegen die formende Oberfläche der Gussform 10 gedrückt, vor allem gegen die formende Oberfläche der stationären Form 10A. Dadurch entsteht entlang der formenden Oberfläche eine Hautschicht auf der Oberfläche des geschmolzenen Kunststoffes.
Das bewegliche Kernstück 12 kann vor, direkt nach oder nachdem eine gewisse Zeitspanne, die auf die Beendigung des Injizierens folgt, verstrichen ist, vorgeschoben werden.
Wenn das bewegliche Kernstück 12 die Position M erreicht, wird die Gussform-Bewegungsvorrichtung 20 erneut in Gang gesetzt, um das bewegliche Kernstück 12 auf Position N zurückzuziehen, wie es in 3C gezeigt ist. Somit wird die Dicke T des Hohlraums 11 zu T3. Die Dicke T3 des Hohlraums 11, welche durch den, in Position N verharrenden, beweglichen Kern 12 definiert ist, wird so bestimmt, dass das Volumen des Hohlraums 11, der die Dicke T3 hat, identisch mit demjenigen des geformten Schichtgegenstandes 50 wird.
Wenn das bewegliche Kernstück 12 zurückgezogen wird, bewirkt ein Rückfederungsphänomen ein Ausdehnen des geschmolzenen Kunststoffes. Insbesondere Glasfasern, die in dem geschmolzenen Kunststoff enthalten sind, stehen nicht mehr unter Druck und wirken mit einer elastischen wiederherstellenden Kraft auf den geschmolzenen Kunststoff; folglich dehnt sich der geschmolzene Kunststoff aus und bildet dabei zahllose Poren innerhalb des geschmolzenen Kunststoffes. Somit wird der leichtgewichtige, geformte Schichtgegenstand 50 erhalten, dessen Volumen größer als dasjenige des verwendeten Gussmaterials ist.
Das bewegliche Kernstück 12 kann vor, direkt anschließend oder nach dem Verstreichen einer festgelegten Zeitspanne, die auf die Beendigung des Injizierens des geschmolzenen Kunststoffes folgt, zurückgezogen werden. Wenn das bewegliche Kernstück 12 nach der Beendigung des Injizierens zurückgezogen werden soll, kann die Zeitspanne zwischen der Beendigung des Injizierens und dem Beginn des Zurückziehens des beweglichen Kernstücks 12, die irgendwo in einem Bereich von 0 Sekunden bis 10 Sekunden liegt, festgesetzt werden. Der Bereich kann abhängig von der Temperatur etwas variieren.
Die Rückzugsrate Vr des beweglichen Kernstücks 12 liegt zwischen 0,05 mm/Sek. und 10 mm/Sek., besser noch zwischen 0,05 mm/Sek. und 50 mm/Sek..
Nachdem eine festgelegt Zeitspanne verstrichen ist, die für ein ausreichendes Abkühlen des geformten Schichtgegenstandes 50 nötig ist, wird die Gussform-Spannvorrichtung 5 betrieben, um die bewegliche Gussplatte 4 zurückzuziehen, damit so die Gussform 10 geöffnet wird. Dann wird der geformte Schichtgegenstand 50, der aus dem geformten Gegenstand 51 und dem Oberflächenbeschichtungsmaterials 52, welches auf der Oberfläche des geformten Gegenstandes 51 aufgebracht wurde, zusammengesetzt ist, aus dem Inneren der Gussform 10 entfernt, womit der Form-Prozess abgeschlossen ist.
Anschließend wird der oben geschildert Form-Prozess, falls nötig, wiederholt.
Der geformte Schichtgegenstand 50, welcher durch den oben beschriebenen Form-Prozess erhalten worden ist, zeichnet sich durch Leichtigkeit, ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, wie Reißfestigkeit, Stabilität und gutes Aussehen aus.
Damit sich zuverlässig eine große Anzahl miteinander verbundener Poren in dem geformten Gegenstand 51 des geformten Schichtgegenstandes 50 bildet, wird der geschmolzene Kunststoff vorzugsweise auf das 1,3 bis 6 -fache seines ursprünglichen Volumens ausgedehnt, besser noch auf das 1,5 bis 5 -fache.
Um die Expansion des geschmolzenen Kunststoffes, die durch das Rückfederungsphänomen hervorgerufen wird, auf eine gewünschte Größe zu erleichtern, und um die mechanischen Eigenschaften, wie etwa Stoßunempfindlichkeit und Stabilität, zu verbessern, beträgt die durchschnittliche Länge Fasern, die in dem geformten Gegenstand 51 enthaltenen sind, 2 mm bis 20 mm.
Die obige Ausführungsform bewirkt die folgenden Effekte.
Ein Gussmaterial enthält verstärkende Fasern, die nicht kürzer als eine festgelegte Länge sind, in mindestens einer festgelegten Menge. Folglich tritt während des Formens zuverlässig ein Rückfederungsphänomen auf; wodurch sich ein geschmolzener Kunststoff ausreichend ausdehnen kann. Es können auch verstärkende Fasern in einer Menge enthalten sein, die ausreicht, um die erforderte Festigkeit zu erhalten. Somit weist der geformte Schichtgegenstand 50 sowohl ausreichende Festigkeit aus auch ausreichende Leichtigkeit auf.
Faserhaltige, thermoplastische Kunststoffpellets, welche als ein Gussmaterial dienen, haben eine Länge von 2 mm bis 100 mm und enthalten parallel angeordnete, verstärkende Fasern, die genauso lang wie die Pellets sind, in einer Menge von 20 bis 80 Gewichts-%. Folglich ist es sehr unwahrscheinlich, dass die enthaltenen Fasern zerbrechen, selbst wenn die faserhaltigen, thermoplastischen Kunststoffpellets im Einspritzapparat 1A ausreichend verformt werden, wodurch die Faserlänge erhalten bleibt. Deswegen tritt während des Formens ein Rückfederungsphänomen selbst dann zuverlässig auf, wenn die faserhaltigen, thermoplastischen Kunststoffpellets mit anderen Kunststoffpellets gemischt werden; somit kann ein geschmolzener Kunststoff ausreichend ausgedehnt werden.
Folglich kann durch eine adäquate Einstellung des Mischungsverhältnisses zwischen faserhaltigen, thermoplastischen Kunststoffpellets und faserlosen Kunststoffpellets, der Anteil verstärkender Fasern innerhalb der Grenzen von 5 bis 70 Gewichts-% beliebig eingestellt werden, und ein gewünschter Anteil an verstärkenden Fasern kann dadurch leicht erreicht werden. Deswegen können dem geformten Schichtgegenstand 50 die verlangte Leichtigkeit sowie mechanische Eigenschaften verliehen werden.
Da das bewegliche Kernstück 12 nach vorne geschoben wird, nachdem mit dem Injizieren des geschmolzenen Kunststoffes begonnen wurde, d. h. das Injizieren eines geschmolzenen Kunststoffes wird begonnen, während der Hohlraum 11 erweitert ist, kann außerdem der Druck eines geschmolzenen Kunststoffes, der auf das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 ausgeübt wird, reduziert werden, insbesondere der Druck, der durch den geschmolzenen Kunststoff, welcher im Anfangsstadium des Injizierens direkt auf das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 auftrifft. Folglich kann das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 vor Beschädigungen oder Druckstellen geschützt werden, die andernfalls durch den Druck eines geschmolzenen Kunststoffes entstehen würden. Darum bleiben der einheitliche, taktile Eindruck und das Erscheinungsbild des Oberflächenbeschichtungsmaterials 52 in gutem Zustand erhalten.
Bevor mit dem Injizieren eines geschmolzenen Kunststoffes begonnen wird, wird der bewegliche Kern 12 noch in eine Position L bewegt, um dadurch die Dicke des Hohlraums 11 auf T1 einzustellen, so dass das Volumen des Hohlraums 11 größer wird, als dasjenige eines geschmolzenen Kunststoffes, der vollständig injiziert werden soll. Folglich kann der Druck eines geschmolzenen Kunststoffes, der auf das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 ausgeübt wird signifikant reduziert werden, verglichen mit dem Druck, der auf das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 während des konventionellen Einspritzformgießens ausgeübt wird. Dadurch ist das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 noch zuverlässiger geschützt.
Auch wird nach dem Beginn des Injizierens von geschmolzenen Kunststoff der bewegliche Kern 12 in die Position M vorgeschoben, wodurch die Dicke T des Hohlraums 11 zu T2 wird. Dadurch reduziert sich das Volumen des Hohlraums 11, so dass es geringer als dasjenige des geformten Schichtgegenstandes 50 wird. Das hat zur Folge, dass ein geschmolzener Kunststoff in komprimierter Form in den Hohlraum 11 gefüllt wird, so dass der geschmolzene Kunststoff eng gegen das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 gepresst wird. Als Resultat können das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 und der geformte Gegenstand zuverlässig vereinigt werden.
Des weiteren wird der geschmolzene Kunststoff durch die oben geschilderte Kompression eines geschmolzenen Kunststoffes zusätzlich noch gegen die formende Oberfläche der Gussform 10 gepresst. Dem entsprechend wird eine Hautschicht auf der Oberfläche des geschmolzenen Kunststoffes längs der formenden Oberfläche der Gussform 10, besonders längs der formenden Oberfläche der stationären Form 10A, gebildet. Als Folge wird der geformte Schichtgegenstand 50 mit ein exzellentes Erscheinungsbild versehen.
Da das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 an der Gussform 10 angebracht wird, bevor mit dem Formen begonnen wird, können das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 und der geformte Gegenstand 51 vereinigt werden, während der geformte Gegenstand 51 geformt wird. Folglich kann der Schritt, in welchem das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 auf der Oberfläche des geformten Gegenstandes 51 angebracht wird, ausgelassen werden, wodurch der Herstellungsprozess des geformten Schichtgegenstandes 50, der aus dem geformten Gegenstand 51 und dem, die Oberfläche des geformten Gegenstandes 51 überziehenden, Oberflächenbeschichtungsmaterial 52 zusammengesetzt ist, signifikant vereinfacht wird.
Da des weiteren ein geschmolzener Kunststoff in den Hohlraum 11 für das Formen injiziert wird, kann sogar ein geformter Gegenstand 50 mit einer komplizierten Form, wie etwa ein gerippter, geformter Gegenstand, auf einfache Weise hergestellt werden, und die Formungszeit kann im Vergleich zum konventionellen Druckformen reduziert werden. Somit kann die Effizienz der Herstellung verbessert werden.
Da ein geschmolzener Kunststoff in das Innere der Gussform 10 injiziert wird, nachdem die Gussform 10 geschlossen wurde, kann die Gratbildung ebenfalls verhindert werden.
Da ein geschmolzener Kunststoff durch die Ausnutzung eines Rückfederungsphänomens ausgedehnt wird, kann außerdem der Anteil eines, in einem Gussmaterial enthaltenen, Schäumungsmittels verringert werden, wodurch eine Beeinträchtigung der Formqualität verhindert wird, wie es ansonsten auf Grund des enthaltenen Schäumungsmittels der Fall wäre.
Wenn verstärkende Fasern nicht in einer, für die Erlangung einer vorbestimmten Expansion benötigten, Menge enthalten seien können, oder in einem ähnlich gearteten Fall, wird ein Schäumungsmittel in einer Menge zugefügt, die nicht größer als 3 Gewichtsanteile ist, bezogen auf 100 Gewichtsanteile eines Gussmaterials, wenn es nötig ist. Folglich kompensiert das Schäumen des Schäumungsmittels den Mangel an Expansion des Kunststoffes, wenn nicht zu erwarten ist, dass ein reines Rückfederungsphänomen alleine eine ausreichende Expansion bewirken kann, um so den geschmolzenen Kunststoff in einem ausreichenden Ausmaß auszudehnen.
Da ein Schäumungsmittel in einer solchen Menge zugegeben wird, dass es jede Unzulänglichkeit einer Kunststoffexpansion, die durch ein Rückfederungsphänomen erlangt worden ist, kompensiert, entstehen in einem geformten Gegenstand keine voneinander unabhängigen Blasen oder eine große Aushöhlung, ganz im Gegensatz zum konventionellen Expansionsformguss. Somit werden die mechanischen Eigenschaften, wie etwa Festigkeit, Stabilität und Hitzeresistenz, eines geformten Gegenstandes nicht beeinträchtigt.
Weil der geformte Schichtgegenstand 50 sowohl ausreichende Leichtigkeit als auch verbesserte, mechanische Eigenschaften, wie etwa Stabilität und Festigkeit, aufweist, verbessert der Einsatz dieses geformten Schichtgegenstandes 50 bei Teilen von Transportvorrichtungen, wie etwa Autoteilen, die mechanische Effizienz oder dergleichen von den Transportvorrichtungen. Auch bei der Verwendung in Bauteilen im Hoch- und Tiefbau, wie etwa Kabelkanälen, wird die Installationsarbeit auf Grund der Leichtigkeit erleichtert.
BEISPIELE
Die Wirkung der vorliegenden Erfindung soll hier jetzt mit Hilfe von Beispielen beschrieben werden.
Beispiel 1:
Der geformte Schichtgegenstand 50 wurde durch Formen, basierend auf der obigen Ausführungsform, und unter Verwendung der Gussform 10, der Einspritzformgussmaschine 1 und dem Formprozess, der oben beschrieben worden ist, geformt. Speziell wurde folgendes Gussmaterial, Gussform, Einspritzformguss und Formprozess verwendet.

a) Gussmaterial: es wurden ausschließlich faserhaltige Polypropylen-Pellets verwendet.

Pellet-Zusammensetzung
Glasfasern:	40 Gewichts-%
Polypropylen:	58 Gewichts-%
Maleinsäure modifiziertes Polypropylen:	2 Gewichrs-%
Länge der Pellets:	15 cm
Länge der Glasfasern:	15 mm

b) Gussform: Eine Gussform gemäß der obigen Ausführungsform, die dazu dienen soll, den geformten Schichtgegenstand 50 herzustellen, welcher die Form einer flachen, rechteckigen Scheibe annimmt, welche folgende Abmessungen hat:

Breite W des geformten Schichtgegenstandes 50:	600 mm
Tiefe D des geformten Schichtgegenstandes 50:	300 mm
Dicke des geformten Schichtgegenstandes 50:	variiert mit der Bewegung des beweglichen Kernstücks
Gussformtemperatur während des Formens:	30°C

c) Einspritzformgussmaschine: Eine Einspritzformgussmaschine gemäß der obigen Ausführungsform wurde unter den folgenden Bedingungen verwendet;

Kompressionsverhältnis der Schnecke: 1,8

Durchmesser der Düse: 10 mm

Temperatur des geschmolzenen Kunststoffes: 250°C (im Injektionszylinder gemessen)
d) Oberflächenbeschichtungsmaterials: Es wurde das Oberflächenbeschichtungsmaterials 52A (2,5 mm dick) verwendet, das in 4 dargestellt ist. Das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52A wurde aus einem scheibenförmigen Untergrundmaterial 53 und zahllosen hauchdünnen Haaren 54, die in das Untergrundmaterial 53 eingesetzt sind, zusammengesetzt.
e) Formprozess: ein Formprozess gemäß der obigen Ausführungsform, der folgende Schritte (1)–(3) umfasst (siehe 3):
(1) Bevor der geschmolzene Kunststoff injiziert wurde, ist der Kunststoff verformt worden und durch den Injektionsapparat 1A in einer Menge bemessen worden, die dem Volumen des Hohlraums 11 mit einer Dicke T von 4,5 mm entspricht. Das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52A wurde auf dem beweglichen Kernstück 12 der Gussform 10 angebracht. Dann wurde die Gussform 10 geschlossen, und das bewegliche Kernstück 12 in die Position L vorgeschoben. Die Position L wurde so eingestellt, dass die Dicke T 1 des Hohlraums 11 20 mm dick wurde. In diesem Stadium wurde der gesamte, geschmolzene Kunststoff in das Innere der Gussform 10 injiziert.
(2) Nach dem Start des Injizierens des geschmolzenen Kunststoffes, wurde das bewegliche Kernstück 12 auf die Position M vorgeschoben, während gleichzeitig der geschmolzene Kunststoff in die Gussform 10 injiziert wurde. Die Position M wurde so eingestellt, dass die Dicke T2 des Hohlraums 11 etwa 6 mm dick wurde. Die Vorschubrate des beweglichen Kernstücks 12 wurde so eingestellt, dass das bewegliche Kernstück 12 die Position M dann erreicht hat, wenn das Injizieren des geschmolzenen Kunststoffes abgeschlossen war.
(3) 3 Sekunden nachdem das bewegliche Kernstück 12 die Position M erreicht hatte, wurde das bewegliche Kernstück 12 auf die Position N zurückgezogen, wo sich der geschmolzene Kunststoff dann abkühlen und verfestigen konnte. Die Position N wurde so eingestellt, dass die Dicke T3 des Hohlraums 11 20 mm dick wurde.

Beispiel 2:
Die Bedingungen für das Formen aus Beispiel 1 wurden so, wie es unten beschrieben wird, modifiziert, und der geformte Schichtgegenstand 50 wurde auf ähnliche Weise erhalten, wie in Beispiel 1.

Kompressionsverhältnis der Schnecke der Einspritzformgussmaschine: 2,5

Düsendurchmesser der Einspritzformgussmaschine: 6 mm

Dicke T3 des Hohlraums 11: 14 mm
Beispiel 3:
Die Bedingungen für das Formen aus Beispiel 1 wurden so, wie es unten beschrieben wird, modifiziert, und der geformte Schichtgegenstand 50 wurde auf ähnliche Weise erhalten, wie in Beispiel 1.

a) Gussmaterial: faserhaltige Polypropylen-Pellets und Polypropylen-Pellets wurden trocken so gemischt, dass der Glasfaseranteil 30 Gewichts-% ausmachte, wodurch das Gussmaterial erhalten wurde. Zu 100 Gewichtsanteilen des so erhaltenen Gussmaterials wurden 0,3 Gewichtsanteile eines Schäumungsmittels zugegeben. (Die Zugabe des Schäumungsmittels wurde ausgeführt, indem 1 Gewichtsanteil einer Vormischung von Pellets (POLYSLEN EV-306G, Handelsname des Produkts von Eiwa Kasei Kogyo Co., Ltd.) zugefügt wurden, welche das Schäumungsmittel in einer Menge von 30 Gewichts-% enthalten.)

Zusammensetzung der faserhaltigen Polypropylen-Pellets:
Glasfasern:	60 Gewichts-%
Polypropylen:	38 Gewichts-%
Maleinsäure modifiziertes Polypropylen:	2 Gewichts-%
Länge der Pellets:	8 mm
Länge der Glasfasern:	8 mm
Schmelzindex (MI) der Polypropylen-Pellets:	60 g/10 Minuten (230°C, 2,16 kgf)

b) Gussform: ähnlich derjenigen aus Beispiel 1; Gussformtemperatur: 20°C c) Oberflächenbeschichtungsmaterial: Es wurde das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52B (3 mm dick) verwendet, das in 5 dargestellt ist. Das Oberflächenbeschichtungsmaterial 52B wurde aus einem expandierten Polypropylen-Material 55, welches etwa auf das 15 -fache seines ursprüngliche Volumens expandiert ist, und einem Vinylchlorid-Leder 56, das mit dem Material 55 verbunden worden ist, zusammengesetzt.
e) Formprozess: Der Formprozess aus Beispiel 1 wurde auf die folgende Weise modifiziert. In Schritt (1) war die Menge des injizierten, geschmolzenen Kunststoffes identisch mit dem Volumen des Hohlraums 11 mit einer Dicke T von 3,0 mm. In Schritt (2) wurde die Position M so eingestellt, dass die Dicke T2 des Hohlraums 11 5,7 mm dick wurde. In Schritt (3) wurde die Position N so eingestellt, dass die Dicke T3 des Hohlraums 11 15 mm dick wurde.

Vergleichs-Beispiel 1:
Die Bedingungen für das Formen aus Beispiel 1 wurden so, wie es unten beschrieben wird, modifiziert, und der geformte Schichtgegenstand wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 erhalten.

a) Bedingungen für das Formen: Der Schritt (3) aus Beispiel 1, in welchem das bewegliche Kernstück 12 in die Position N zurückgezogen wird, wurde ausgelassen. Der geschmolzene Kunststoff konnte abkühlen, während das bewegliche Kernstück 12 in der vorgeschobenen Position M verblieb.

Vergleichs-Beispiel 2:
Die Bedingungen für das Formen aus Beispiel 1 wurden so, wie es unten beschrieben wird, modifiziert, und der geformte Schichtgegenstand wurde auf ähnliche Weise erhalten, wie in Beispiel 1.

a) Bedingungen für das Formen: In Schritt (1) aus Beispiel 1 wurde die Position L so eingestellt, dass dei Dicke T1 des Hohlraums 11 etwa 5,5 mm dick wurde. Das bewegliche Kernstück 12 wurde nicht vorgeschoben (Schritt (2) aus Beispiel 1 wurde ausgelassen). In Schritt (3) aus Beispiel 1 wurde das bewegliche Kernstück 12 von der Position L in die Position N geschoben.

Vergleichs-Beispiel 3:
Die Bedingungen für das Formen aus Beispiel 1 wurden so, wie es unten beschrieben wird, modifiziert, und der geformte Schichtgegenstand wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 erhalten.
a) Bedingungen für das Formen: In den Schritten (2) und (3) aus Beispiel 1, wurde das bewegliche Kernstück 12 weder vorgeschoben noch zurückgezogen. Das bedeutet, dass das Formen durchgeführt wurde, während die Dicke T des Hohlraums 11 von T1 = T2 = T3 = 20 mm erhalten blieb.
Vergleichs-Beispiel 4:
Als verstärkende Fasern waren kurze Fasern, von denen nicht zu erwarten ist, dass sie ein Rückfederungsphänomen induzieren, in den faserhaltigen Kunststoff-Pellets enthalten.
Auch wurde den Pellets ein Schäumungsmittel zugesetzt, um die Expansion des Kunststoffes zu beschleunigen.
Speziell wurden die Bedingungen für das Formen aus Beispiel 3 so, wie es unten beschrieben wird, modifiziert, und der geformte Schichtgegenstand wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 erhalten.

Zu 100 Gewichtsanteilen der faserhaltigen Polypropylen-Pellets wurden 1,5 Gewichtsanteile eines Schäumungsmittels zugegeben. (Die Zugabe des Schäumungsmittels wurde durchgeführt, indem 5 Gewichtsanteile einer Vormischung von Pellets (POLYSLEN EV-306G, Handelsname des Produkts von Eiwa Kasei Kogyo Co., Ltd. ) zugefügt wurden, welche das Schäumungsmittel in einer Menge von 30 Gewichts-% enthalten.)

Zusammensetzung der faserhaltigen Polypropylen-Pellets:
Glasfasern:	30 Gewichts-%
Polypropylen:	69 Gewichts-%
Maleinsäure modifiziertes Polypropylen:	1 Gewichts-%
Länge der Pellets:	3 cm
Länge der Glasfasern:	0,61 mm

Die Produkte (geformte Schichtgegenstände), die in den Beispielen 1 bis 3 und den Vergleichs-Beispielen 1 bis 4 erhalten worden sind, wurden hinsichtlich ihres Expansions-Verhältnisses, der durchschnittlichen Länge der enthaltenen Glasfasern, der Abkühlungszeit und den Zuständen (Zustand der Oberflächenbeschichtung, Erscheinungsbild und Zustand der Expansion) bewertet. Die Resultate werden in Tabelle 1 gezeigt. Die Bewertungs-Verfahren sind im Folgenden beschrieben:
Das Expansionsverhältnis α wurde durch nachstehende Formel erhalten. Basierend auf dem so erhaltenen Expansions-Verhältnis α wurden die Produkte (geformte Schichtgegenstände) hinsichtlich des Grades ihrer Expansion bewertet. α = Vxρ/Wwobei V: Volumen des geformten Gegenstandes ohne Oberflächenbeschichtungsmaterial
ρ: durchschnittliche Dichte des Gussmaterials
W: Gewicht des in die Gussform injizierten Kunststoffes Durchschnittliche Länge der Glasfasern, die in dem Produkt enthalten sind:
Jedes der Produkte wurde verascht. Verbliebene Glasfasern wurden aus der Asche entfernt und direkt mit 10 -facher Vergrößerung auf Druckpapier, unter Verwendung eines Universalprojektors, gedruckt. Anschließend wurde die Länge der projizierten Glasfasern unter Verwendung eines Digitizers gemessen. Es wurde die durchschnittliche Gewichtsfaserlänge von etwa 5000 Glasfasern erhalten. Abkühlungszeit:
In jedem der Beispiele 1 bis 3 und der Vergleichs-Beispiel 1 bis 4 wurde eine Vielzahl geformter Schichtgegenstände hergestellt und für die jeweiligen Abkühlungszeiten, die sich jeweils um Intervalle von 10 Sekunden unterschieden, abgekühlt. Geformte Schichtgegenstände, die keinerlei thermale Expansion oder thermales Schrumpfen aufwiesen, wurden als akzeptable Produkte bewertet. Es wurde die kürzeste Abkühlungszeit, die benötigte wurde, um ein akzeptables Produkt zu erhalten, ermittelt.
Produktzustände:
Die Oberflächenbeschichtungen der Produkte wurden visuell untersucht und mit der Hand angefasst, um dadurch das Erscheinungsbild, die taktilen Eigenschaften und Ähnliches zu bewerten.
Die Produkte wurden visuell auf ihr Erscheinungsbild hin untersucht, was die Glätte ihrer Oberflächenrückseiten (Oberfläche gegenüber dem Oberflächenbeschichtungsmaterial) mit einschloss, um sie dadurch auf ihr Erscheinungsbild hin bewerten zu können.
Jedes der Produkte wurde in der Mitte durchgeschnitten, und der Querschnitt wurde visuell auf einen großen Hohlraum sowie auf den inneren Zustand der Expansion hin untersucht.
In Bezug auf die Beispiele 1 und 2 befand sich das Oberflächenbeschichtungsmaterial in einem guten Zustand. Der geschmolzene Kunststoff wurde genügend ausgedehnt somit wurde eine ausreichende Gewichtsreduktion erreicht. Die Produkte weisen ein exzellentes Erscheinungsbild auf.
In Bezug auf Beispiel 3 verhalf das Schäumungsmittel dazu, ein ausreichendes Expansionsverhältnis zu erreichen, obwohl die Menge der Glasfasern, die in dem Gussmaterial enthalten waren, geringer als in Beispiel 1 war; somit wurde eine ausreichende Gewichtsreduktion erreicht. Wie auch in Beispiel 1 befindet sich das Oberflächenbeschichtungsmaterial in einem guten Zustand, und ein exzellentes Erscheinungsbild wurde erreicht. Des weitem kann die Abkühlungszeit reduziert werden.
In den Beispielen 1 bis 3 wurde ein relativ hohes Expansionsverhältnis erreicht, da die Fasern vor dem Zerbrechen bewahrt wurden. Das zeigt an, dass der Düsendurchmesser vorzugsweise nicht unter 5 mm und das Kompressionsverhältnis der Schnecke nicht größer als 3,0 sein sollte, um so zu verhindern, dass die verstärkenden Fasern zerbrochen werden, wenn die Fasern eine ähnliche Länge haben, wie sie diejenigen aus den Beispielen 1 bis 3, hatten.
In dem Vergleichs-Beispiel 1 wurde keinerlei Expansion des Kunststoffes beobachtet, da das bewegliche Kernstück 12 nicht zurückgezogen wurde; folglich wurde keine Gewichtsreduktion erreicht.
In dem Vergleichs-Beispiel 2 wurden die eingesetzten Haare zerdrückt, weil der Druck des Kunststoffes auf das Oberflächenbeschichtungsmaterial relativ hoch war; folglich sind die besonderen, taktilen Eigenschaften und das Erscheinungsbild des Oberflächenbeschichtungsmaterials beeinträchtigt worden.
In dem Vergleichs-Beispiel 3 trat ein Kurzschluss auf, da das bewegliche Kernstück 12 nicht zurückgezogen wurde; folglich wurde kein gewünschtes Produkt erhalten.
In dem Vergleichs-Beispiel 4 trat keine ausreichende Expansion auf, da die Länge der Glasfasern, die in dem Gussmaterial enthalten waren, zu kurz war.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele dienen der Veranschaulichung und sind nicht als Restriktion zu verstehen. Die Erfindung ist nicht nur auf sie beschränkt, sondern kann modifiziert werden, ohne dabei vom Wesentlichen der Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel können die bewegliche Form und das bewegliche Kernstück, wie in einer herkömmlichen Einspritzformguss-Maschine, bidirektional in einer horizontalen oder einer vertikalen Richtung bewegt werden.
Auch ist der thermoplastische Kunststoff, welcher als Hauptkomponente der Kunststoff-Pellets dient, nicht nur auf Polypropylen beschränkt, sondern kann irgendein Polyolefin-Harz sein, wie etwa gerichtete Propylen-Ethylen Co-Polymere und Polyethylene, Polyethylen-Harze, Polystyrol-Harze, ABS-Harze, Polyvinyl-Chlorid-Harze, Polyamid-Harze, Polyester-Harze, Polyacetal-Harze, Polycarbonat-Harze, aromatische Polyether oder Thioether-Harze, aromatische Polyester-Harze, Polysulfon-Harze und Acrylat-Harze. Die spezielle Zusammensetzung eines thermoplastischen Kunststoffes kann jeweils passend ausgewählt werden, solange der thermoplastische Kunststoff die Herstellung eines mit Glasfasern verstärkten, geformten Gegenstandes ermöglicht.
Verstärkende Fasern, die in den Kunststoff-Pellets enthalten sind, beschränken sich nicht nur auf Glasfasern, sondern können keramische Fasern, anorganische Fasern, Metallfasern, organische Fasern oder etwas dergleichen sein. Zu verwendende, verstärkende Fasern können jeweils passend ausgewählt werden, wenn die Erfindung ausgeführt wird.
Das Oberflächenbeschichtungsmaterial ist nicht auf ein Material beschränkt, in welches Haare eingesetzt sind, oder welches mit Leder bezogen ist, sondern kann aus jedem existierenden Oberflächenbeschichtungsmaterial sein, welches auf die Oberfläche von geformten Kunststoffgegenständen aufgebracht wird. Ein Oberflächenbeschichtungsmaterial, das verwendet wird, kann jeweils passend ausgewählt werden, wenn die Erfindung ausgeführt wird.

Claims

Verfahren zum Formen eines Schichtstoffes aus faserverstärktem Kunststoff mit Gussmaterial, das faserverstärkte, thermoplastische Kunststoffpellets beinhaltet, welche verstärkende Fasern mit einer Länge von 2 mm bis 100 mm enthalten, wobei die verstärkenden Fasern 5% bis 70% des Gewichts des Gussmaterials ausmachen, und und eine Gussform (10), welche eine bewegliche Form (12), die in der Lage ist, sich in den internen Hohlraum der Gussform vorzuschieben und sich daraus zurückzuziehen, enthält, welches folgende Schritte umfasst: – das Injizieren eines geschmolzenen Kunststoffes, welcher durch die Verformung des Gussmaterials erhalten wurde, in die Gussform, – worin, nachdem mit dem Injizieren des geschmolzenen Kunststoffes in den Hohlraum der Gussform begonnen wurde, die bewegliche Form so vorgeschoben wird, dass der geschmolzene Kunststoff, der sich in dem Hohlraum der Gussform befindet, komprimiert wird, welches durch folgende Schritte charakterisiert ist: – Anbringen eines Oberflächenbeschichtungsmaterials (25, 52A, 52B), das auf der Oberfläche eines geformten Gegenstandes aufgebracht werden soll, an der Gussform, noch vor dem Schritt, in welchem der geschmolzene Kunststoff injiziert wird, um so während des Schritts, in welchem der geschmolzene Kunststoffinjiziert wird, einen einheitlichen, geformten Schichtgegenstand zu erhalten, der das Oberflächenbeschichtungsmaterial enthält; und – Erweitern des Volumens des Hohlraums der Gussform auf dasjenige eines gewünschten, geformten Gegenstandes, nachdem die bewegliche Form vorgeschoben wurde.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, in welchem das Gussmaterial ein schäumendes Agens in einer Menge enthält, die 3 Gewichtsanteilen oder weniger, bezogen auf 100 Gewichtsanteile des Gussmaterials, entspricht.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 2, in welchem das Gussmaterial faserhaltige, thermoplastische Kunststoffpellets mit einer Länge von 2 mm bis 100 mm enthält, welche verstärkende Fasern, deren Länge derjenigen der Kunststoffpellets entspricht, und welche parallel angeordnete sind, in einer Menge von 20 bis 80 Gewichts-% enthalten, wobei die Menge der verstärkenden Fasern einer Menge von 5 bis 70 Gewichts-% entspricht.
Das Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, in welchem die verstärkenden Fasern entweder Glasfasern oder Karbonfasern sind.
Das Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem der thermoplastische Kunststoff, der in den faserhaltigen, thermoplastischen Kunststoffpellets enthalten ist, ein synthetischer Polypropylen-Kunststoff ist.
Das Verfahren gemäß irgend einem der Ansprüche 1 bis 5, in welchem der geschmolzene Kunststoff auf das 1,3 bis 6 -fache seines ursprünglichen Volumens ausgedehnt wird.
Das Verfahren gemäß irgend einem der Ansprüche 1 bis 6, in welchem die durchschnittliche Faserlänge der verstärkenden Fasern zwischen 2 mm und 20 mm liegt.