DE19734834A1 - Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Spritzgußteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung faserver­ stärkter Spritzgußteile gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Bislang werden faserverstärkte Kunststoffmaterialien in Extru­ dern hergestellt und als Fertiggranulat auf einer Spritzgießma­ schine wieder aufgeschmolzen und in das Formwerkzeug einge­ spritzt.

Es ist ebenfalls bereits bekannt, das Fasermaterial in den Pla­ stifizierzylinder einer Spritzgießmaschine einzuleiten, wo beim Plastifiziervorgang auch die Vermischung mit den Fasern er­ folgt.

In beiden Fällen werden die Fasern mechanisch durch die Schnecke so stark beansprucht, daß die Länge der Fasern im Schmelze-Faser-Gemisch derart reduziert wird, daß die Eigen­ schaften des Endprodukts leiden.

Signifikante Verbesserungen ergeben sich auch nicht durch den Einsatz einer sogenannten Entgasungsschnecke, die aus zwei Schneckenteilbereichen mit dazwischenliegendem schneckengangs­ freien Bereich bestehen, in welchen die Fasern eingeführt wer­ den, da zum einen Teil aufgrund der Druckverhältnisse in diesem Bereich Dichtungsprobleme auftreten und zum anderen die mecha­ nische Belastung der Fasern nur wenig verringert ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so zu führen, daß eine schonende Verarbeitung der Fasern gewährleistet ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch, daß die Fasern der Kunststoff­ schmelze außerhalb des sie erzeugenden Plastifizieraggregats zugeführt werden und das so entstandene Schmelze-Faser-Gemisch in einen Sammelraum gelangt, aus dem es mittels eines Ein­ spritzaggregats unter dem erforderlichen Druck in die Kavität eingespritzt wird.

Vorteilhafte Alternativen des erfindungsgemäßen Verfahrens er­ geben sich aus den Unteransprüchen.

Der grundlegende Erfindungsgedanke liegt somit darin, den Ver­ mischungsvorgang der Fasern mit der Kunststoffschmelze unabhän­ gig von der Schneckenrotation der Plastifiziereinheit zu ge­ stalten.

Die Einsatzmöglichkeiten eines derartigen Verfahrens sind viel­ fältig.

So werden z. B. bei dem als Schneckenvorplastifizierung bekann­ ten Verfahren die Fasern der Schmelze, die in einem Extruder mit lediglich rotierbar angeordneter Schnecke erzeugt wurde, auf dem Weg der Schmelze in einen Sammelraum, der zwischen dem Angußkanal des Werkzeugs und der eigentlichen Einspritzvorrich­ tung angeordnet ist, zugeführt. Das geschieht beispielsweise dadurch, daß in den Förderkanal vom Extruder zum Sammelraum eine Knetwalzenvorrichtung angeordnet ist, die die zugeführten Fasern in die Schmelze einarbeitet. Die Einspritzeinheit be­ steht hier aus einem in einem Einspritzzylinder angeordneten Kolben, der das Gemisch aus dem Sammelraum in die Kavität ein­ spritzt.

Alternativ kann das Verfahren auch so geführt werden, daß die aus dem Extruder kommende Schmelze in den Schneckenvorraum ei­ ner weiteren Plastifiziereinrichtung eingeleitet wird, wobei hier die Faserzuführeinrichtung zwischen dem Extruderausgang und dem Eingang zum Schneckenvorraum der weiteren Plastifizier­ einrichtung angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, Spritz­ gußteile im Monosandwich-Verfahren zu fertigen. Im Schnecken­ vorraum baut sich das Schmelze-Faser-Gemisch als eine Schicht vor einer weiteren faserlosen Schmelzeschicht auf, die durch die Plastifizierschnecke in dem weiteren Plastifizieraggregat beim Zurückweichen dieser Schnecke entsteht. Die Plastifizier­ schnecke dient dann als Einspritzkolben, wenn der Plastifizier­ vorgang beendet ist. Das im Schneckenvorraum entstandene Schichtpaket wird dann derart in die Kavität des Spritzgieß­ werkzeugs eingespritzt, daß zunächst die mit Fasern vermengte Schmelze als Hautmaterial in das Spritzgießwerkzeug einge­ spritzt wird und dann das faserlose Material als Kernmaterial das Spritzgußteil komplettiert.

Eine Abwandlung dieses Verfahrens besteht darin, daß mindestens zwei Extruder vorgesehen sind, welche beide ihre Schmelze in Kolbenvorraum eines Einspritzzylinders fördern, wobei zwi­ schen einem der beiden Extruder und dem Kolbenvorraum die Faserzuführeinrichtung angeordnet ist.

In allen Fällen ist die Faserzuführeinrichtung vorteilhafter­ weise in einem den Extruder und das eigentliche Einspritzaggre­ gat verbindenden Heißkanal angeordnet, wodurch die Schmelze auf der für den Einspritzvorgang erforderlichen Temperatur gehalten wird.

Dabei bilden Heißkanal und Extruder vorteilhafterweise eine räumliche Einheit dergestalt, daß Extruder und Heißkanal zum Fördern und Mischen vor das Düsenmundstück der weiteren Plasti­ fiziereinheit gefahren wird und nach erfolgter Füllung des Schneckenvorraums der weiteren Plastifiziereinheit wieder zu­ rückgefahren wird, wonach die Plastifiziereinheit mit ihrem Dü­ senmundstück an den Angußkanal der Kavität herangefahren wird und schließlich das Einspritzen erfolgt.

Alternativ kann der Heißkanal auch als integraler Bestandteil des Formwerkzeugs bzw. der feststehenden Formaufspannplatte ausgebildet sein, wobei der Förder- und Spritzvorgang durch Um­ schalten eines geeigneten Ventils verwirklicht wird.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ergibt sich durch den Patentanspruch 7, nach dessen Merk­ malen eine Teilmenge des Schmelze-Faser-Gemisches über den Heißkanal in einen zusätzlichen Speicherraum gefördert wird, aus dem diese Teilmenge nach dem Einspritzen der Hauptmenge des Gemisches und der zweiten Schicht der faserlosen Kunst­ stoffschmelze aus der weiteren Plastifiziereinheit mittels ei­ nes Kolbens in die Kavität eingespritzt wird. Hierbei dient die Teilmenge des Schmelze-Faser-Gemisches als die Menge, die in der Nachdruckphase benötigt wird.

In jedem der vorgenannten Fälle werden die Fasern schonend mit der Schmelze zusammengeführt, da der Vermischungsvorgang dann erfolgt wenn sich die Schmelze in einem Niederdruckzustand be­ findet und die Fasern keinerlei mechanischer Beanspruchung durch eine Plastifizier- und Einspritzschnecke unterworfen sind.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Spritzgußteile, bei dem eine mit den Fasern vermischte Kunststoffschmelze in die Kavität eines Spritzgießwerkzeugs eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Kunststoffschmelze außerhalb des sie erzeugenden Plastifizieraggregats zugeführt werden und das so entstandene Schmelze-Faser-Gemisch in einen Sammelraum gelangt, aus dem es mittels eines Einspritzaggregats unter dem erforderlichen Druck in die Kavität eingespritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Plastifizierung des Kunststoffs und die Förderung desselben in die Faserzuführeinrichtung mittels einer le­ diglich rotierbar angeordneten Extruderschnecke erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzen in die Kavität mittels eines Ein­ spritzkolbens erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelze-Faser-Gemisch vor dem Einspritzen in die Kavität aus der Faserzuführeinrichtung in den als Sam­ melraum dienenden Schneckenvorraum einer weiteren Plasti­ fiziereinheit mit einer axial verschiebbaren Schnecke ge­ fördert wird und dort eine Schicht bildet, die zusammen mit einer weiteren sich beim Plastifizieren vor der zu­ rückweichenden Schnecke aufbauenden Schicht einer in die­ ser Plastifiziereinheit erzeugten Kunststoffschmelze mit­ tels der Schnecke in die Kavität eingespritzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserzuführeinrichtung in einem Heißkanal angeord­ net ist, in dem beim Fördern der Schmelze vom diese erzeu­ genden Extruder- in den Schneckenvorraum der weiteren Pla­ stifiziereinheit der Vermischungsvorgang mit dem in den Heißkanal eingebrachten Fasermaterial stattfindet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißkanal zusammen mit dem Extruder zum Fördern und Mischen vor das Düsenmundstück der weiteren Plastifi­ ziereinheit gefahren wird und nach erfolgter Füllung des Schneckenvorraums der weiteren Plastifiziereinheit wieder zurückgefahren wird, wonach die Plastifiziereinheit mit ihrem Düsenmundstück an den Angußkanal der Kavität heran­ gefahren wird und schließlich das Einspritzen erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilmenge des Schmelze-Faser-Gemisches über den Heißkanal in einen zusätzlichen Speicherraum gefördert wird, aus dem diese Teilmenge mittels eines Kolbens nach dem Einspritzen der Hauptmenge des Gemisches und der zwei­ ten Schicht der faserlosen Kunststoffschmelze aus der wei­ teren Plastifiziereinheit in die Kavität eingespritzt wird.