Teilbares Formwerkzeug, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung desselben
Die Erfindung betrifft ein teilbares Formwerkzeug für die wiederholte gleiche Formgebung von Werkstücken, vorzugsweise solchen mit darin ausgebildeten Vertiefungen, aus treibmittelhaltigem Kunststoff durch Einspritzen bzw. Eingiessen in aufgeschmolzenem Zustand.
Werkstücke aus treibmittelhaltigem Kunststoff weisen im erstarrten, gebrauchsfertigen Zustande nach der Herstellung im Spritzgiess- oder Formgiessverfahren eine weitgehend porenfreie äussere Schicht und einen porösen Kern auf. Diese Materialstruktur wird oft bei Werkstücken angewendet, welche grosse Wandstärken aufweisen, welche bei geringem Materialaufwand auch grosse Formstabilität aufweisen, welche aber auch trotz grossen Abmessungen geringes Gewicht haben sollen. Bei der Herstellung solcher Werkstücke durch Spritzgiessen erweist es sich als vorteilhaft, dass die Füllung eines teilbaren Formwerkzeuges unter einem geringeren Spritzdruck als beim üblichen Spritzgiessen erfolgt, da die Formfüllung nur teilweise durch das Einspritzen, der Rest durch das Blähen des Treibmittels erfolgt.
Es traten aber beachtliche Schwierigkeiten bei der Herstellung grossräumiger Werkstücke auf, indem diese wegen den grossen Abmessungen oft schlecht oder nur unter grössten Schwierigkeiten hergestellt werden konnten, da die Fliesswege in den grossen Formwerkzeugen sehr lang sind. Damit zusammenhängend ergaben sich oftmals ungünstige Verhältnisse zwischen dem porösen Kern und der weitgehend porenfreien Aussenhaut, indem letztere vielfach allzu mächtig wurde. Damit war eine übermässige Menge an Kunststoffmaterial aufzuwenden.
Diese Werkstücke erhielten ein unnötig hohes Gewicht. Weitere Schwierigkeiten ergaben sich beim Ausformen der Werkstücke aus den Formwerkzeugen durch die wegen den grossen Abmessungen von Formwerkzeug und darin hergestellten Werkstücken sehr grossen Schrumpfungen während des Abkühlprozesses. Daher waren die Werkstücke in erkaltetem Zustand schlecht von der Form zu trennen. Dieser eine Faktor der Entformungsschwierigkeiten wurde noch durch den zweiten der grossen Haftfreudigkeit der verwendbaren Kunststoffe auf den Formoberflächen nachteilig beeinflusst.
Die Behebung dieser Schwierigkeiten durch Ver wendung von bekannten aufsprühbaren Silikon-Produkten oder neuerdings aufsprühbaren Polyfluorolefinen mit deren bekannten verbessernden Gleiteigenschaften zwischen dem Werkstück aus Kunststoff und dem Material des Formwerkzeuges scheiterte an der Schwierigkeit, solche gleitverbessernde Mittel wirksam auf sämtliche, oftmals schlecht oder überhaupt nicht von aussen zugänglichen Flächen des Formwerkzeuges aufzubringen. Durch die der Erfindung zugrunde liegende Massnahme wurden diese Schwierigkeiten auf überraschend einfache Weise gelöst. Zudem erwies sich die Befürchtung, dass die erfinderische Massnahme an den auftretenden Wärmebeanspruchungen scheitere, als ungerechtfertigt.
Das teilbare Formwerkzeug ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die von Kunststoff umhüllten und/oder den Kunststoff umschliessenden Flächen des Formwerkzeuges von einer nichtmetallischen dauerhaftenden Schicht hohen Gleitvermögens für den Kunststoff überzogen sind.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung des teilbaren Formwerkzeuges mit dem kennzeichnenden Merkmal, dass die den Kunststoff formenden Flächen des Formwerkzeuges vor der ersten Formgebung mit einer dauerhaftenden Polyfluorolefin-Schicht überzogen werden und diese Schicht ausgehärtet wird.
Die Erfindung betrifft weiter die Verwendung des teilbaren Formwerkzeuges zur Herstellung von porösen Kunststoff-Werkstücken mit grossem Porenanteil im Kern und mit dünner porenarmer Oberflächen-Haut.
Die teilbaren Formwerkzeuge für die wiederholte gleiche Formgebung von Werkstücken werden in bekannter Weise durch spanlose oder spanabhebende und neuerdings auch elektroerosive Bearbeitung dem negativen Werkstück entsprechend aus einem geeigneten wärmebeständigen Material, vorzugsweise einer wärmebeständigen Metall-Legierung hergestellt. Im Gegensatz zu bisherigen Formwerkzeug-Bearbeitungen werden die Fertigmasse in Abhängigkeit der anschliessenden Beschichtung durch ein Material hohen Gleitvermögens etwas verfälscht hergestellt. Während bisher eine spiegelhafte Politur der Flächen des Formwerkzeuges, die mit dem einzuspritzenden Kunststoff in Berührung kommen, vorzunehmen war, erübrigt sich dies bei der Herstellung von Formwerkzeugen, die mit einer Schicht hohen Gleitvermögens überzogen werden.
Nach der Bearbeitung wird die Schicht hohen Gleitvermögens, wofür sich ein Polvfluorolefin als überaus vorteilhaft erwies und welche beispielsweise unter den Handelsbezeichnungen Teflon (Du Pont), Hostaflon (Farbwerke Hoechst), Viton (Du Pont), Fluon (ICI) erhältlich sind, entsprechend dem für sie bekannten Auftrag-Verfahren auf die zu beschichtenden Flächen des teilbaren Formwerkzeuges aufgebracht. So erfolgt beim Produkt des einen Herstellers zweckmässig zuerst ein Auftragen durch Aufspritzen oder Aufstreichen einer ersten Schicht bzw. Komponente. Diese wird anschliessend bei der für sie erforderlichen Temperatur ausgehärtet, z. B. bei 1500 C während 15 Minuten. Nach dem Erkalten des Formwerkzeuges nach der ersten Aushärtung wird eine zweite Schicht oder Komponente dieser Materialien, d. h.
Polyfluorolefine, auf die zu beschichtenden Flächen aufgetragen (aufgespritzt oder aufgestrichen). Diese zweite Schicht wird unter dem Einfluss einer Temperatur zwischen 300 und 4000 C, beim Produkt eines bestimmten Herstellers z. B. bei 3450 C, wiederum ausgehärtet. Ein nach diesem Verfahren hergestelltes teilbares Formwerkzeug weist nun vor der ersten Formgebung des damit wiederholt herzustellenden Werkstückes Flächen mit sehr hohem Gleitvermögen für den einzuspritzenden Kunststoff auf.
Je nach dem herzustellenden Werkstück werden dabei entweder nur die vom einzuspritzenden Kunststoff zu umhüllenden Flächen des Formwerkzeuges mit einer solchen dauerhaftenden Polyfluorolefin-Schicht überzogen oder aber man versieht gleichzeitig oder alternativ die den einzuspritzen- den Kunststoff umschliessenden Flächen des Formwerkzeuges mit einer solchen Polyfluorolefin-Schicht. Aus Gründen des Wärmehaushaltes zwischen dem eingespritzen Kunststoff einerseits und der Formtemperatur anderseits erweist es sich als vorteilhaft, wenn die auf die betreffenden Flächen des Formwerkzeuges aufgetragene Polyfluorolefin-Schicht nicht dicker als 0,1 mm ist. Die Erfahrung zeigt, dass eine Schicht von 501rm die genannten Resultate bringt.
Derart hergestellte teilbare Formwerkzeuge werden mit grossem Erfolg zur Herstellung von porösen Kunststoffwerkstücken verwendet. Dabei können solche Werkstücke sowohl durch Spritzgiessen unter Druck hergestellte Strukturschaumstücke als auch durch Formgiessen hergestellte Integralschaum-Stücke sein. Dies hängt damit zusammen, dass solche Schichten den im Formwerkzeug auftretenden Wärmebeanspruchungen während langer Zeit zu widerstehen vermögen.
Sie halten aber auch den bei diesen Herstellungsprozessen auftretenden Drücken stand.
Dank der durch diese Beschichtung der Flächen im Formwerkzeug bewirkten Verminderung der Gleitreibungen des einzuspritzenden Kunststoffes gegenüber den Flächen des teilbaren Formwerkzeuges wird die Formfüllung durch das unter Druck erfolgende Spritzgiessen von Strukturschaum wesentlich erleichtert. Daraus resultiert raschere und zuverlässige Formfüllung unter Verwendung von weniger aufgeschmolzener Kunststoffmenge, was wiederum zu leichteren Werkstücken führt. Auch weisen in solchen teilbaren Formwerkzeugen hergestellte Werkstücke eine gleichmässigere poröse Kernstruktur und eine porenarme Werkstück-Aussenhaut geringerer Dicke auf.
Im Vergleich zu den bisherigen, nicht immer zuverlässig durchführbaren Aufsprühmethoden von die Entformung erleichternden Gleitmitteln in äusserst dünnem Film nach jeder einzelnen Formgebung eines Werkstückes ergibt sich durch das einmalige Auftragen einer dauerhaftenden Schicht hohen Gleitvermögens für den Kunststoff eine Beschleunigung der Herstellung von Kunststoff Werkstücken sowohl durch Spritzgiessen wie auch durch Giessformen und im allgemeinen eine beachtliche Senkung der Herstellungskosten. Weiter erleichtert diese Vorb ehand- - lung der Formwerkzeuge das nachfolgende Oberflächenveredeln der Werkstücke, z.
B. durch Lackieren oder andersartiges Beschichten, indem das Haftvermögen solcher Oberflächenschichten nicht durch die beim stets zu wiederholenden Aufsprühen von Trennmittel auf der Werkstück-Oberfläche zurückbleibenden Trennmittel-Rückstände beeinträch- tigt, reduziert wird. Solche Trennmittel-Rückstände mussten bisher durch aufwendige Reinigungen entfernt werden.
PATENTANSPRUCH 1
Teilbares Formwerkzeug für die wiederholte gleiche Formgebung von Werkstücken, vorzugsweise solchen mit darin aus#gebildeten Vertiefungen, aus treibmittelhaltigem Kunststoff durch Einspritzen bzw. Eingiessen in aufgeschmol- zenem Zustand, dadurch gekennzeichnet, dass die von Kunststoff umhüllten und/oder den Kunststoff umschliessenden Flächen des Formwerkzeuges von einer nichtmetallischen dauerhaftenden Schicht hohen Gleitvermögens für den Kunst stoff überzogen sind.
Divisible mold, method for its manufacture and use of the same
The invention relates to a divisible molding tool for the repeated identical shaping of workpieces, preferably those with recesses formed therein, made of propellant-containing plastic by injection or pouring in the melted state.
In the solidified, ready-to-use state after manufacture in the injection molding or molding process, workpieces made of plastic containing blowing agent have a largely pore-free outer layer and a porous core. This material structure is often used for workpieces which have large wall thicknesses, which also have great dimensional stability with little material expenditure, but which should also have a low weight despite large dimensions. In the manufacture of such workpieces by injection molding, it has proven to be advantageous that a divisible mold is filled under a lower injection pressure than in conventional injection molding, since the mold is only partially filled by injection, the rest by expanding the propellant.
However, considerable difficulties arose in the production of large-scale workpieces, in that these could often be produced poorly or only with great difficulty because of the large dimensions, since the flow paths in the large molding tools are very long. In connection with this, there were often unfavorable relationships between the porous core and the largely pore-free outer skin, in that the latter often became too thick. This required an excessive amount of plastic material to be used.
These workpieces were given an unnecessarily high weight. Further difficulties arose when removing the workpieces from the molds due to the very large shrinkage during the cooling process due to the large dimensions of the mold and the workpieces produced therein. As a result, the workpieces were difficult to separate from the mold when they were cold. This one factor, the demolding difficulties, was adversely affected by the second, the great adhesion of the plastics that can be used on the mold surfaces.
The elimination of these difficulties by using known spray-on silicone products or recently spray-on polyfluoroolefins with their known improving sliding properties between the workpiece made of plastic and the material of the molding tool failed because of the difficulty in making such anti-slip agents effective on all, often poorly or not at all to apply externally accessible surfaces of the molding tool. These difficulties were solved in a surprisingly simple manner by the measure on which the invention is based. In addition, the fear that the inventive measure would fail because of the thermal stresses that occurred turned out to be unjustified.
According to the invention, the separable molding tool is characterized in that the surfaces of the molding tool which are encased by plastic and / or surrounding the plastic are covered by a non-metallic, permanent layer of high sliding properties for the plastic.
The invention further relates to a method for producing the divisible molding tool with the characterizing feature that the surfaces of the molding tool forming the plastic are coated with a permanent polyfluoroolefin layer before the first molding, and this layer is cured.
The invention further relates to the use of the divisible molding tool for the production of porous plastic workpieces with a large proportion of pores in the core and with a thin surface skin with few pores.
The divisible molds for the repeated identical shaping of workpieces are made in a known manner by non-cutting or cutting and recently also electrical discharge machining of a suitable heat-resistant material, preferably a heat-resistant metal alloy. In contrast to previous molding tools, the finished mass is produced in a somewhat falsified manner, depending on the subsequent coating, due to a material with high slip properties. While previously a mirror-like polishing of the surfaces of the mold that come into contact with the plastic to be injected had to be carried out, this is not necessary in the manufacture of molds that are coated with a layer of high lubricity.
After processing, the layer becomes highly slippery, for which a polyfluoroolefin has proven to be extremely advantageous and which are available, for example, under the trade names Teflon (Du Pont), Hostaflon (Farbwerke Hoechst), Viton (Du Pont), Fluon (ICI), according to the for them known application method applied to the surfaces to be coated of the divisible mold. In the case of one manufacturer's product, it is expedient to first apply it by spraying on or spreading on a first layer or component. This is then cured at the temperature required for it, e.g. B. at 1500 C for 15 minutes. After the mold has cooled down after the first hardening, a second layer or component of these materials, i. H.
Polyfluoroolefins, applied to the surfaces to be coated (sprayed or painted on). This second layer is applied under the influence of a temperature between 300 and 4000 C, e.g. B. at 3450 C, cured again. A divisible molding tool produced by this method now has surfaces with very high sliding properties for the plastic to be injected prior to the first molding of the workpiece to be produced repeatedly with it.
Depending on the workpiece to be produced, either only the surfaces of the molding tool to be enveloped by the plastic to be injected are coated with such a permanent polyfluoroolefin layer or at the same time or alternatively the surfaces of the molding tool surrounding the plastic to be injected are provided with such a polyfluoroolefin layer. For reasons of the heat balance between the injected plastic on the one hand and the mold temperature on the other hand, it proves to be advantageous if the polyfluoroolefin layer applied to the relevant surfaces of the mold is not thicker than 0.1 mm. Experience shows that a 501rm layer brings the results mentioned.
Divisible molds produced in this way are used with great success for the production of porous plastic workpieces. Such workpieces can be structural foam pieces produced by injection molding under pressure as well as integral foam pieces produced by molding. This is related to the fact that such layers are able to withstand the thermal stresses occurring in the mold for a long time.
But they also withstand the pressures that occur during these manufacturing processes.
Thanks to the reduction in the sliding friction of the plastic to be injected compared to the surfaces of the divisible molding tool brought about by this coating of the surfaces in the molding tool, the filling of the mold by the injection molding of structural foam under pressure is made considerably easier. This results in faster and more reliable mold filling using less molten plastic, which in turn leads to lighter workpieces. Workpieces produced in such divisible molds also have a more uniform porous core structure and a low-pore workpiece outer skin of smaller thickness.
Compared to the previous, not always reliable, spray-on methods of lubricants that facilitate demoulding in an extremely thin film after each individual shaping of a workpiece, the one-off application of a permanent layer of high lubricity for the plastic results in an acceleration of the production of plastic workpieces both by injection molding as well as through molds and in general a considerable reduction in manufacturing costs. This pre-treatment also facilitates the subsequent surface finishing of the workpieces, e.g.
B. by painting or other types of coating, in that the adhesion of such surface layers is not impaired by the release agent residues remaining on the workpiece surface when the release agent is repeatedly sprayed on. Until now, such release agent residues had to be removed by laborious cleaning.
PATENT CLAIM 1
Divisible mold for repeated identical shaping of workpieces, preferably those with depressions formed in #, made of propellant-containing plastic by injection or pouring in the melted state, characterized in that the plastic-encased and / or plastic-enclosing surfaces of the molding tool are covered by a non-metallic permanent layer of high slip for the plastic.