DE2141421B2

DE2141421B2 - Vorrichtung zum Spritzgiessen von wärmehärtbaren Kunststoffen, insbesondere von kittartigen Polyestergemischen

Info

Publication number: DE2141421B2
Application number: DE2141421A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Kozawa; Toshihiko Sueyoshi
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1970-09-04
Filing date: 1971-08-18
Publication date: 1978-08-31
Also published as: GB1365941A; DE2141421A1; DE2141421C3; US3789103A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spritzgießen von wärmehärtbaren Kunststoffen, insbesondere von kittartigen Polyestergemischen mit Pigmenten, Gleitmitteln, Füllstoffen und Verstärkungsstoffen, wie z. B. Glasfasern, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches.

Zur formgebenden Verarbeitung von wärmehärtbaren Kunststoffen, wie trockenen Polyesterharzen u. dgl., verwendet man insbesondere die folgenden Verfahren: Formpressen, Spritzpressen sowie Spritzgießen auf Kolbenspritzgießmaschinen oder Schneckenspritzgießmaschinen. Während die Verarbeitung von rieselfähigen wärmehärtbaren Kunststoffen auf Schneckenspritzgießmaschinen in zunehmendem /Maße vorgenommen wird, konnte das Schneckenspritzgießverfahren zur Verarbeitung von kittartigen Massen, insbesondere kittartigen Polyestergemischen mit Glasfaserfüllstoffen, bislang nicht erfolgreich eingesetzt werden, obschon das Verfahren als solches den Vorteil bietet, daß sich mit ihm Formteile von hohem Glanz und hoher Maßgenauigkeit in kurzer Zykluszeit herstellen lassen. Die Gründe für den bisherigen fehlenden Einsatz dieses Verfahrens für Massen der in Rede stehenden Art sind vornehmlich:

1. Da die Polyestergemische in Form von Klumpen mit kittartiger Konsistenz vorliegen, werden sie nicht gleichmäßig stabil von der Schnecke eingezogen und weiterbefördert.

2. Durch die Scherwirkung der Schnecke werden die Verstärkungsstoffe, wie insbesondere Glasfasern, zerstückelt, was Formteile mit nur mäßiger mechanischer Festigkeit ergibt.

3. Wegen der niedrigen Viskosität der Polyestergemische besteht eine kräftige Rückströmneigung der im Spritzgießzylinder aufbereiteten Masse, was nicht nur Schwierigkeiten bei der Einhaltung eines bestimmten Volumens, sondern auch eine weitere Scherbeanspruchung der Verstärkungsstoffe zur Folge hat
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Zur Verbesserung des Einzugsverhaltens wurde schon vorgeschlagen (Kunststoffe, Bd. 56,1966, Heft 5, S. 346 ff.), die Masse mittels eines über der Einfüllöffnung angeordneten Stopfkolbens zwangsweise in die

ίο Schneckengänge einzupressen. Diese Maßnahme allein reichte jedoch, wie Versuche zeigten, nicht aus, um kittartige Polyestergemische auf Schneckenspritzgießmaschinen verarbeiten zu können. Vielmehr war das zwangsmäßige Einziehen der kittartigen Polyestergemi-

'⁵ sehe, so wie bislang durchgeführt, mit einer zusätzlichen Scherbeanspruchung der Masse im Einzugsbereich der Schnecke und folglich mit einer Zerkleinerung der Verstärkungsstoffe verbanden, und weiter wird von Rückstromverlusten in der Größenordnung von 20 bis 25% berichtet Es ist daher anzunehmen, daß die bekannte, nur mit einer zwangsweisen Einzugsvorrichtung ausgestattete Maschine nicht die Herstellung von qualitativ hochwerten Formteilen aus Polyestergemischen mit Verstärkungswerkstoff erlaubt

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, mit der sich auch kittartige Polyestergemische mit Füllstoffen, insbesondere Glasfasern, ohne Zerstörung oder Zerkleinerung der Füllstoffe zu reproduzierbaren Formteilen hoher mechanischer Festigkeit und hohen Oberflächenglanzes verarbeiten lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Spritzgießmaschine gelangt somit der wärmehärtbare Kunststoff bzw. das kittartige Polyestergemisch in einen am unteren Ende der den Stopfkolben enthaltenden Einfüllkammer angeordneten Führungszylinder, der einen zur Förderschnecke sich verengenden Durchgang hat und gegenüber dem Spritzgießzylinder als auch der Einfüllkammer wärmeisoliert ist, so daß er gezielt temperiert werden kann. Dies in Verbindung mit einem

an der Übergangsstelle zürn Durchgang in Drehrichtung der Schnecke ausgeschnittenen Zylindermantel des Spritzgießzylinders gewährleistet ein stabiles und gleichmäßiges Einziehen der Masse in die Schneckengänge, wobei die Viskosität der Masse beim Einziehen so eingestellt werden kann, daß eine übermäßige Scherbeanspruchung der Verstärkungs- oder Füllstoffe nicht eintritt. Dabei ist das Vorsehen eines Führungszylinders mit sich zur Förderschnecke verengendem Durchgang an sich aus der britischen Patentschrift 1112 931 sowie der AT-PS 2 57 141 bekannt, doch wurde diese Maßnahme bislang nur in Verbindung mit Vorrichtungen zur Verarbeitung thermoplastischer oder kautschukartiger Massen vorgeschlagen.

Das in die Schneckengänge gleichmäßig eingezogene Polyestergemisch wird dann im Laufe seiner Weiterbewegung zum Schneckenkopf von der Förderschnecke geknetet, wobei der Spritzgießzylinder auf einer bestimmten Temperatur gehalten und die Masse keiner wesentlichen Scherung ausgesetzt wird. Die Masse sammelt sich dann in einem vor dem Schneckenkopf befindlichen Vorraum an und wird durch Vorschieben der Förderschnecke in den Hohlraum einer geschlossenen Metallform eingespritzt. Dabei findet kein Rück-

strömen der aufbereiteten Masse wegen der erfindungsgemäß am vorderen Ende der Förderschnecke angebrachten Rückstromsperre statt Ihr Vorsehen verhindert das ansonsten wegen der niedrigen Viskosität des Polyestergemisches gefährliche Rückströmen, der Masse, was zur Folge hätte, daß die Verstärkungsstoffe bzw. Glasfasern einer zusätzlichen Scheroeanspruchung ausgesetzt und dadurch zerstückelt würden. Zwar sind Rückstromsperren an den Schnecken von Schneckenspritzgießmaschinen an sich bekannt (vgl. z. B. deutsche Gebrauchsmusterschrift 18 52 223), doch wurden sie bislang nur in Verbindung mit der Verarbeitung von thermoplastischen Massen, nicht jedoch von wärmehärtbaren Massen, insbesondere mit Füll- und Verstärkungsstoffen, eingesetzt, is

Um weiter einen Stau des Polyestergemisches während des Förderzyklus der Schnecke im Bereich der Rückstromsperre zu verhindern bzw. eine gleichförmige rasche Durchströmung des Ventilsitzes der Rückstromsperre zu gewährleisten, sind erfindungsgemäß an der Außenseite des Schneckenkopfes mindestens zwei erste oder anfängliche Schneckenwindungen vorgesehen, die die Masse rasch in den Vorraum wegbefördern. Das bedeutet, daß die zwei oder mehrere an der Außenseite des Schneckenkopfes vorgesehenen Schneckenwindungen zwei oder mehrere Passagen für die aus dem Ventilsitz ankommende Masse bei Betrachtung des Schneckenkopfes in einer Ebene senkrecht zu dessen Längsachse bilden. .

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Schnekkenspritzgießmaschine konnten die bislang gegen die Verarbeitung von kittartigen wärmehärtbaren Massen auf solchen Maschinen sprechenden Probleme beseitigt werden. Insbesondere lassen sich auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung identische Formteile mit gegenüber z. B. dem Spritzpressen um 25% verringerter Zykluszeit herstellen. Da durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine Zerstücklung der Verstärkungsstoffe, insbesondere Glasfasern, praktisch oder doch weitestgehend verhindert wird, haben die auf der Vorrichtung hergestellten Formteile eine hohe mechanische Festigkeit. Sie besitzen außerdem eine hochglänzende Oberfläche ohne an der Oberfläche austretende Glasfasern und ohne Schlieren.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform und

Fig. 2 einen Schnitt an der Linie H-II von Fig. 1.

Gemäß F i g. 1 ist ein Stopfkolben 1 in einem vertikalen Stopfzylinder 2 angeordnet. Der Stopfkolben 1 kann in einer Einfüllkammer R3 des Stopfzylinders 2 mit Hilfe eines Stößels 5 hin- und herbewegt werden, wobei der Stößel 5 mit einem in einem Betätigungszylinder 3 angeordneten Kolben 4 verbunden ist. Der Betätigungszylinder 3 wird durch den Kolben in Kammern R\ und R₁ aufgeteilt, in die über die Leitung 4-1 bzw. 4-2 ein Druckmedium eingeführt werden kann. Eine Einfüllöffnung A4 ist in der Wand des Betätigungszylinders 3 an dessen oberem Endbereich vorgesehen und steht mit der Einfüllkammer R₃ in Verbindung, wenn der Stopfkolben 1 seine obere Endlage einnimmt, indem das Druckmedium in die Kammer R₂ des Betätigungszylinders 3 eingeführt wird. Die Einfüllkammer Λ3 ist an ihrem unteren Ende über einen heizbaren Führungszylinder 22 mit der Bohrung eines Spritzgießzylinders 6 verbunden, wie dies weiter unten anhand von F i g. 2 noch näher erläutert werden wird. Um den Spritzgießzylinder erstrecken sich eine Reihe von Heizmänteln 81 bis 84, durch welche ein Heizmedium hindurchgeführt werden kann, welches durch eine (nicht gezeigte) außen angeordnete Heizvorrichtung erwärmt wird, um den Spritzgießzylinder 6 auf eine bestimmte Temperatur zu halten. Die Anzahl an Heizmänteln Ui bis 84 kann je nach Bedarf variieren, doch sind mindestens zwei Heizmäntel erforderlich. Es wird bevorzugt, daß sie unabhängig voneinander Ein- und Austrittsöffnungen für die Zuführung des Heizmediums aufweisen, so daß die Temperatur der Mäntel 81 bis 84 einzeln geregelt werden kann. In der Bohrung des Spritzgeißzylinders 6 ist verschiebbar ein ringförmiger Ventilsitz 10 angeordnet, der mit einem Ventilkegel 11 zusammenwirkt, welcher am rückwärtigen Ende eines Schneckenkopfes 12 ausgebildet ist. Der Schneckenkopf 12 ist dabei am vorderen Ende einer Förderschnecke 7 befestigt und trägt mindestens zwei anfängliche Schneckenwindungen am äußeren Umfang. Der Ventilkegel 11, der Ventilsitz 10 und der Schneckenkopf 12 bilden zusammen ein Ventil, welches verhindert, daß das Polyestergemisch zum Zeitpunkt des Einspritzens zurückfließt. Dieses Ventil ist nur ein Beispiel für ein geeignetes Ventil. Die Gründe für die Verwendung dieses Ventils sind folgende: (1) es findet keine Strömungsverringerung statt, so daß praktisch nur eine geringe Änderung der Strömungsrichtung eintritt; (2) das fließfähige Material kann weitgehend frei entlang geraden Linien durch die öffnung des Ventilsitzes 10 fließen; (3) die Materialförderwirkung ist an dem mehrere Windungen aufweisenden Teil des Schneckenkopfes 12 größer als an der Förderschnecke 7, wodurch garantiert wird, daß das Material gleichförmig rasch durch den Ventilsitz 10 fließt, um zu verhindern, daß es infolge einer längeren Verweilung nahe der Ventilöffnung überhitzt wird.

Am vorderen Ende des Spritzgießzylinders 6 ist eine Düse 9 vorgesehen, die durch einen Heizmantel 85 umgeben wird und die Aufgabe hat, das Polyestergemisch in den Hohlraum 14 einer Metallform 13 zu pressen, welche durch darin eingebettete elektrische Heizdrähte 15 erhitzt wird. Die Förderschnecke ist an ihrem rückwärtigen Ende gleitbar aber drehfest über eine daran befestigte Welle 16 mit einem Ende eines Preßkolbens 17 verbunden, an dessen anderem Ende gleitbar aber drehfest eine Antriebswelle 19 befestigt ist, die wiederum mit einem Antrieb 18 in Verbindung steht. Der Preßkolben 17 ist in einem Zylinder 21 angeordnet, wo er eine Hin- und Herbewegung ausführen kann.

Die Förderschnecke 7 kann also in der Bohrung des Spritzgießzylinders 6 hin- und hergeführt werden, wenn der Preßkolben 17 im Zylinder 21 eine entsprechende Bewegung ausführt, oder sie kann in der Bohrung durch den Antrieb 18 in Drehung versetzt werden. Sie kann aber auch gleichzeitig eine Hin- und Herbewegung und eine Drehbewegung ausführen. Zwischen dem äußeren Rand des Preßkolbens 17 und der zentralen Bohrung, die in einer Endplatte des Zylinders 21 für den Preßkolben 17 vorgesehen ist, befindet sich eine Dichtungspackung 20, um eine Dichtung gegen das Druckmedium im Zylinder 21 zu schaffen. Die innere Wand des heizbaren Führungszylinders 22, der die Einfüllkammer A3 des Stopfzylinders 2 mit der Bohrung des Epritzgießzylinders 6 verbindet, ist so ausgebildet, daß die Querschnittsfläche des Durchganges zur Bohrung des Spritzgießzylinders 6 hin abnimmt.

Der heizbare Führungszylinder 22 ist gegenüber dem Stopfzylinder 2 und dem Spritzgießzylinder 6 am

oberen und unteren Ende durch Isolierplatten 24 isoliert, so daß der heizbare Führungszylinder 22 auf eine unabhängige Temperatur gehalten werden kann. Zu diesem Zweck ist der heizbare Führungszylinder 22 durch einen Mantel 23 umgeben, dessen Temperatur in ähnlicher Weise wie die beiden Mantel 8| bis 84 oder 85 gesteuert werden kann. Im allgemeinen wird der Mantel 23 auf eine ausreichend hohe Temperatur gehalten, daß die Viskosität des Rohmaterials soweit abnimmt, daß es zwischen die Windungen der Förderschnecke 7 fließen kann, während die Mäntel 81 bis 83 auf eine niedrigere Temperatur als der Mantel 23 gehalten werden und die Mäntel 84 und 85 eine so hohe Temperatur haben, wie es die Umstände erlauben. Wenn jedoch erwünscht ist, die Fließfähigkeit des der Förderschnecke 7 zugeführten Rohmaterials weiter zu erhöhen, kann die Temperatur in den Mänteln 81, 82 und 83 auf den gleichen Wert wie die Temperatur des Mantels 23 gebracht werden. Eine derartige Temperaturkontrolle läßt sich leicht ausführen, wenn die einzelnen Mäntel mit eigenen Ein- und Austrittsöffnungen für das Heizmedium versehen werden. Eine Kammer Rs definiert einen Materialzuführungseingang zur Bohrung des Spritzgießzylinders 6. Die Kammer wird dadurch geschaffen, daß die innere Wandung des Spritzgießzylinders 6 in Drehrichtung der Förderschnecke 7 derart ausgeschnitten ist, daß das Rohmaterial durch die Drehkraft der Förderschnecke 7 in die Bohrung des Spritzgießzylinders 6 gefördert wird.

Die Arbeitsweise der vorbeschriebenen Vorrichtung ist wie folgt:

Wenn das Druckmedium in die Kammer R2 des Betätigungszylinders 3 durch die Leitung 4-2 eingeführt wird, dürckt es den Kolben 4 nach oben, wobei das in der Kammer R\ befindliche Druckmedium durch die Leitung 4-1 ausgestoßen wird.

Beim Erreichen der oberen Stellung des Kolbens 4 befindet sich auch der Stopfkolben 1 im vertikalen Stopfzylinder 2 in seiner oberen Endlage, so daß die Einfüllkammer R3 im Stopfzylinder 2 mit der Einfüllöffnung R* in Verbindung kommt und das Rohmaterial in die Einfüllkammer Ri durch die Einfüllöffnung R* hineingelangt, wobei das Einfüllvolumen im wesentlichen dem Trichtervolumen eines herkömmlichen Extruders entspricht.

Dann wird das Druckmedium in die obere Kammer /?i des Betätigungszylinders 3 über die Leitung 4-1 eingelassen, um den Stopfzylinder 1 abzusenken, so daß das Rohmaterial nach unten zur Kammer Rs gedrückt wird. Wenn das Material den heizbaren Führungszylinder 22 durchläuft, wird es durch den äußeren Mantel 23 erhitzt.

Die Viskosität des Materials ist durch den Temperaturanstieg bestimmt, der durch eine entsprechende Einstellung der Abwärtsbewegung des Stopfkolbens 1 und durch die Temperatur des Mantels 23 reguliert werden kann. Wenn dann die Förderschnecke 7 im Spritzgießzylinder 6 über die Welle 16, den Preßkolben 17 und die Antriebswelle 19 mit Hilfe des Antriebs 18 in Drehung versetzt wird, wird das Gemisch in Temperatür die Gänge der sich drehenden Förderschnecke 7 eingezogen und dabei in der Bohrung des Spritzgießzylinders 6 nach vorne gedrückt, bis es das Ventil in der Nähe des Schneckenkopfes 12 erreicht. Hier drückt das Polyestergemisch den Ventilsitz 10 nach vorne, so daß ein Zwischenraum zwischen dessen rückwärtiger Endfläche und dem Ventilkegel 11 entsteht, durch welchen das Gemisch geradlinig nach vorne weiterbewegt wird. Das Gemisch sammelt sich dann in dem Raum an, der zwischen Schneckenkopf 12 und Düse 9 im Spritzgießzylinder 6 vorliegt.

Sobald sich das Gemisch in einem bestimmten Volumen angesammelt hat, wird der Preßkolben 17 im Zylinder 21 durch Einführung eines Druckmediums betätigt, so daß sich die Förderschnecke 7 nach vorne bewegt, um das Gemisch über die Düse 9 auszuspritzen. Dabei wird die Temperatur des Gemisches durch den Mantel 85 geregelt. Ein Rückströmen des Gemisches wird verhindert, da der Ventilsitz 10 nach rückwärts in Berührung mit dem Ventilkegel 11 gedrückt wird. Das in den Hohlraum 14 der Metallform 13 durch den Spritzvorgang eingefüllte Gemisch härtet durch die von den Heizdrähten 15 abgegebene Wärme aus.

Auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde das Gehäuse für eine Automobilheizung (Gewicht = 1050 g, maximale Dicke = 10 mm) hergestellt, wobei ein Polyestergemisch mit 20 Gewichtsprozent Glasfasern mit einer Länge von 6 mm unter den folgenden Bedingungen verarbeitet wurde:

Temperatur am vorderen Ende	35° C
des Zylinders
Temperatur im mittleren Teil	25⁰C
des Zylinders
Temperatur des	35° C
Spritzgießzylinders	39 U/min
Drehzahl der Schnecke	520kp/cm2
Spritzdruck	(52 N/mm²)
	210g/sec
Spritzgeschwindigkeit	138° C
Temperatur der Metallform	30 see
Aushärtungszeit	39 see
Gesamte Zykluszeit

Der auf diese Weise hergestellte Artikel besaß eine Schlagfestigkeit von 13 bis 18 kp cm/cm³.

Im Gegensatz hierzu war bei der Herstellung eines ähnlichen Gegenstandes nach dem üblichen Transferformungsverfahren eine gesamte Zykluszeit von 160 see erforderlich, und außerdem besaß der hergestellte Gegenstand eine Schlagfestigkeit von nur 8 bis 14 kp cm/cm³ (80 bis 140 N mm/mm³).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zum Spritzgießen von wärmehärtbaren Kunststoffen, insbesondere von kittartigen Polyestergemischen mit Pigmenten, Gleitmitteln, Füllstoffen und Verstärkungsstoffen, wie z. B. Glasfasern, mit einer in einem beheizbaren Spritzgießzylinder längs verschiebbar angeordneten Förderschnecke, mit einer Einfüllkammer zum Zuführen der Kunststoffe in den Spritzgießzylinder und mit einem in der Einfüllkammer längsverschiebbar angeordneten Stopfkolben, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende der Einiüllkammer (R₃) ein beheizbarer, gegenüber der Einfüllkammer und dem Spritzgießzylinder (6) isolierter Führungszylinder (22) mit einem zur Förderschnekke (7) sich verengenden Durchgang angeordnet ist, wobei der Zylindermantel des Spritzgießzylinders an der Übergangsstelle zum Durchgang in Drehrichtung der Förderschnecke ausgeschnitten ist, und daß das vordere Ende der Förderschnecke (7) eine Rückstromsperre aus einem Schneckenkopf (12), einen ringförmigen, in der Bohrung des Spritzgießzylinders (6) verschiebbaren Ventilsitz (10) und einen am Übergang zwischen der Förderschnecke (7) und dem Schneckenkopf (12) angebrachten Ventilkegel (11) aufweist, wobei der Schneckenkopf (12) auf seiner Außenseite mindestens zwei erste Schneckenwindungen besitzt.