DE3213762A1

DE3213762A1 - Verfahren zum spritzdruckformen

Info

Publication number: DE3213762A1
Application number: DE19823213762
Authority: DE
Inventors: Yasuo Iwakuni Yamaguchi Kouno; Tadayoshi Kuga Yamaguchi Shiomura; Naotake Kuga Yamaguchi Uda
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 1981-04-14
Filing date: 1982-04-14
Publication date: 1982-11-25
Also published as: GB2104826A; IT1147674B; US4489033A; IT8248209A0; GB2104826B; JPS57169335A; JPS6058010B2; FR2503625A1; FR2503625B1; DE3213762C2

Description

Verfahren zum Spritzdruckformen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzdruckformen von Polyäthylen mit ultrahohem Molekulargewicht und niederem Schmelzfließvermögen.

Polyäthylen mit ultrahohem Molekulargewicht weist so ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich der Stoßfestigkeit, des Abriebwiderstandes, der Eigenschmierfähigkeit, des chemischen Widerstandes und ähnlichem auf, daß es in hohem Maße als technischer Kunststoff eingesetzt wird. Jedoch ist bei diesen Harzen die Schmelzviskosität wesentlich höher und das Fließvermögen geringer als bei gewoitnliehen, thermoplastischen Harzen, so daß es sehr schwierig ist, diese Harze durch übliches Extrudieren, Spritzformen oder Spritzdruckformen zu formen. Aus diesem Grund werden diese Harze im allgemeinen durch Druckformen oder Sinterformen geformt,wobei der Arbeitswirkungsgrad so niedrig ist, daß ein Formverfahren mit einem kurzen Formzyklus erwünscht ist und benötigt wird.

Wenn Polyäthylen mit ultrahohem Molekulargewicht auf eine erhöhte Temperatur erwärmt wird, um die Schmelzviskosität zu verringern-und normales Spritzformen durchgeführt x^rird, wird das Molekulargewicht des Harzes durch thermischen Abbau verringert, und deshalb ist der sich ergebende, geformte Gegenstand von geringem praktischen Nutzen, da die ursprünglich vorhandenen, ausgezeichneten Eigenschaften beeinträchtigt bzw. zerstört sind.

' En wird "bezüglich einen sogenannten "Verfahren zum Spritzdruckformen", bei dem ein Kunstharz in eine Form gespritzt und dann komprimiert wird, auf die folgenden VerfrJiren hingewiesen. Bei einem dieser Verfahren wird während des Einspritzens eines Kunststoffes in einen Hohlraum einer mehrteiligen Spritzform der Hohlraum der mehrteiligen Spritzform etwas vergrößert und nach dem Einspritzen des Kunststoffmaterials wird die mehrteilige Spritzform komprimiert, um den Hohlraum der mehrteiligen Spritzform zu verringern (japanische PatentVeröffentlichung Nr.

1554/1965)- Bei einem anderen Verfahren wird ein kleiner Zvrischenraum zuerst zwischen den Normteilen vorgesehen, ein Harzmaterial wird eingespritzt und der Zvrischenraum wird aufrechterhalten, "bis das Einspritzen abgeschlossen

'5 ist, woraufhin das Material an der Oberfläche des Formhohlraumes zusammengedrückt und gleichzeitig mit der Vollendung des Einspritzens geformt wird (,"japanische Offenlegungsschrift Nr. 14-657/1977)-^Bei einem anderen Verfahren wird ein Hohlraum durch Einspritzen eines ge-

schmolzenen, thermoplastischen Harzes mit einer hohen Geschwindigkeit des gleichen Volumen wie ein vorhergehend bestimmtes Kohlraumvolumen angefüllt ,und dann wird Kunstharz mit einem Volumen, welches dem 0,5 - 3fa.ch.en des kalten Schwindungsvolumens des mit hoher Geschwindigkeit einge-

spritzten, geschmolzenen Harzes entspricht, zusätzlich mit einer geringen Geschwindigkeit eingespritzt, um die Form zu öffnen, woraufhin ein Schließen der Form mit gleichzeitigem Abkühlon und Aunhärbon der. pjoncVunolzonen Harzes in der Form erfolgt (japanische Offenlegungsschrift

Nr. 21258/1978).

Diese Verfahren betreffen alle das Formen mit gewöhnlichen thermoplastischen Harzen. Wenn diese Verfahren beim Spritzformen von Thermoplasten mit schlechtem Schmelzfließvermögen angewandt werden, insbesondere wenn viele Q'eile mit einem Einspritz Vorgang geformt werden, weisen

Ί die geformten Teile "bei den Verfahren gemäß der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1664-/1965 oder der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 21258/1978 ein ' schichtfÖrmiges Abblättern auf. Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 14-657/1977 betrifft ein Verfahren zur Herstellung vieler Teile eines Gegenstandes geringer Dicke mittels eines Einspritzvorganges, wobei übliche Thermoplaste verwandt werden. Wenn dieses Verfahren dafür eingesetzt wird, wie es bei dem erfindungsgemäßen

^O Verfahren der Fall ist, variieren das Gewicht und die Form der geformten Gegenstände in hohem Maße, was zu einer Herstellung von Gegenständen minderer Qualität führt. Um die Formverfahren zu verbessern, wurde ein Verfahren zum Spritzformen von Polyäthylen mit ultrahohem Molekulargewicht vorgeschlagen, bei dem Polyäthylen in einen Formhohlraum, der ein Volumen mit dem 1,5 - 3,0-fachen des eingespritzen Polyäthylens aufweist, mit einer Schergeschwindigkeit von wenigstens 50.000 eingespritzt, gemessen am Angußpegel der Spritzdüse, ' und daraufhin wird der Formhohlraum auf ein Volumen von weniger als dem 2,0-fachen des eingespritzten Polyäthylens komprimiert (japanische Offenlegungsschrift Nr. 81861/1976)- Dieses Verfahren ermöglicht zum ersten Mal das Spritzformen mit Polyäthylen ultrahohen Molekular-

gewichtes. Mit diesem Verfahren erhält man geformte Teile guter Qualität und Aussehens, wenn das Verfahren zur Erzeugung eines Teils bei einem Spritzvorgang verwandt wird. Wenn jedoch viele Teile bei einem Spritzvorgang erzeugt werden, weisen die geformten Teile Unterschiede

bezüglich ihres Gewichtes und ihrer Form auf. Um von Gewichtsunterschieden freie geformte Teile bei der Verwendung des vorhergehend genannten Verfahrens zu erhalten, ist es erforderlich, den Abstand und das Volumen des Angußhauptkanals und die Lage des Angußkegels gleichmäßig auszubilden. Jedoch ist es schwierig, eine solche Form

dadurch zu erhalten, daß sie lediglich nach der Konstruktionszeichnung hergestellt wird. Sie kann jedoch nur dadurch erhalten werden, daß der Angußhauptkanal, der Angußkegel oder die gesamte Konstruktionszeichnung der Form durch Herumprobieren erhalten wird. Ferner ist es äußerst schwierig, mehrere gleiche Formen herzustellen.

Eine Zielsetzung der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Spritzdruckformen anzugeben, mit dem Formteile hoher Stoßfestigkeit, hoher Abriebfestigkeit, anderer günstiger Eigenschaften, guten Aussehens und mit gleichförmigem Gewicht und Form hergestelltwerden können.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Spritzdruckformen von Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichts angegeben, welches eine Grundviskosität von 3 dl/g oder höher bei 135°C in Decalin und einen Schmäzindex von 0,01 g/10 Min oder weniger aufweist, welches umfaßt

a) Erhitzen des Polyäthylens ultrahohen Molekulargewichtes auf 170 - 240⁰C,

b) Ausbilden des Volumens eines Formhohlraums V^

gleich dem Volumen V_Q eines geformten Teils, 25

c) Einspritzen des Polyäthylens ultrahohen Molekulargewichtes mit dem Volumen V_Q in den Formhohlraum durch einen Angußhauptkanalabschnitt mit einem

Geschwindigkeitsgefälle von wenigstens 20.000sec , 30

d) sofortiges Expandieren des Formhohlraumes, damit das Volumen des Formhohlraumes V_x, die Beziehung

1.2V₀ i V₁
zu einem Zeitpunkt zwischen einer Zeit ¹S^

οζΊ J /62

(unmittelbar vor dem Abschließen des Einspritzens) und einer Zeit Tp (nach dem Vollenden des Einspritzens, wobei ein Druckunterschied zwischen dem Hohlraum und dem Angußhauptkanalabschnxtt vorliegt und das PoIyäthylen ultrahohen Molekulargewichts in dem Angußhauptkanalobr.chnitt noch nicht fest geworden ist) erfüllt, und

e) Komprimieren des Volumens des Formhohlraums V^. so, daß die Beziehung V^ = Vq erfüllt ist, während sich das Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes in dem Formhohlraum noch im geschmolzenen Zustand befindet.

Der Erfindungsgegenstand wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren naher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 4 eine Ausführungsform einer Spritzformvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung, wobei ein

Zustand vor dem Einspritzen, ein Zustand beim Einspritzen, ein Zustand bei dem der Hohlraum nach dem Einspritzen vergrößert ist, bzw. ein Zustand gezeigt ist, bei dem der Hohlraum erneut nach

dem Vergrößern des Hohlraumes komprimiert worden ist, und

Fig. 5 ein Beispiel des Formzyklus bei dem

^υ Verfahren nach der Erfindung.

Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichts hat ein Molekulargewicht, welches wesentlich höher als dasjenige des üblichen Polyäthylens zum Formen ist und es zeichnet sich insbesondere durch seine schwierigen Formungseigenschaften aus. Es kann durch Ziegler-Polymerisation hergestellt werden-

Die Erfindung ist für alle Polyäthylene mit ultrahohem Molekulargewicht geeignet, insbesondere für Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes mit einer Grundviskosität ( Vj ) von 3 dl/g oder mehr gemessen in Decalin bei 135°C, insbesondere von 10 dl/g oder höher, und einem Schmelzindex (ASTM D 1238F) von 0,01 g/10 Min. oder weniger.

Die Einspritztemperatur ist nicht kritisch solange sie wenigstens hoher als der Schmelzpunkt des Polyäthylens ultrahohen Molekulargewichtes und niedriger als seine Zersetzungstempeatur ist.

Polyäthylene mit ultrahohen Molekulargewichten (to ) von 10 dg/g oder mehr weisen ein bemerkenswert geringes Fließvermögen im geschmolzenen Zustand auf und das Fließvernögen wird nicht merklich bei einer Temperaturerhöhung geändert. Deshalb kann ein ziemlich breiter Bereich für die Einspritztemperatur verwandt werden, beispielsweise von 150° bis 300⁰C. Jedoch wird es für den Zweck des

Einspritzens von geschmolzenem Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes in Form eines feinen und gleichförmigen Pulvers in einen Hohlraum bevorzugt, eine relativ niedere Temperatur zu verwenden, beispielsweise 170° bis 240⁰C. In dem Fall von Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes mit (T^) von 3 - 10 dl/g wurde beobachtet,daß bei einer zu hohen Temperatur das Schmelzfließvermögen des Polyäthylens bis zu einem Punkt zunimmt, an dem es manchmal schwierig wird, den Formhohlraum mit fein verteiltem und gleichförmigem, pulverförmigem, geschmolzenem Polyäthylen zu füllen- Deshalb ist es am günstigsten eine niedere Einspritztemperatur wie von 170 - 200⁰C zu verwenden.

Das erste Merkmal des Verfahrens zum Spritzdruckformen nach der Erfindung besteht darin, daß das Polyäthylenmaterial in einen Hohlraum in einer pulverförmigen Form

Jf *°*

bei einem Zustand eingospritzt werden sollte, bei dem das Material geschmolzen ist, jedoch ein niedrigeres Fließvermögen aufweist. Beim Einspritzen des geschmolzenen Materials in einer pulverförmigen Form in einen Hohlraum ist es erforderlich, dieses mit einer großen Schergeschwindigkeit bzw. Geschwindigkeitsgefälle zu gießen. Das Geschwindigkeitsgefälle an einer Gießöffnung, an der das Gießen in pulverförmiger Form auftritt, wird von der Einspritztemperatur beeinflußt bzw. beeinträchtigt. Beispielsweise kann, wenn ^ des Polyäthylens ultrahohen Molekulargewichts 10 dl/g oder mehr beträgt, das pulverförmige Füllen dadurch durchgeführt werden, daß bei einer Einspritztemperatur von 200⁰C mit einem Ge-

—1 schwindigkeitsgefälle von 20.000 see oder mehr, oder

Ϊ5 bei einer Einspritztemperatur von 250⁰C bei einem Geschwindigkeit sgef alle von 22.000 see" oder höher eingespritzt wird. Zum Einfüllen in einem besser fein unterteiltem Zustand ist es bevorzugt, bei einem Geschwindigkeit sgef alle (shear rate) von 50.000 see" oder höher

™ einzuspritzen.

Das zweite Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Expansions- und KompressLonszeit des Formhohlraums und die Größe der Expansion und Kompression festgelegt sind. *** Das heißt, daß beim Ausdehnen des Formhohlraums eine Schmelze von Polyäthylen mit dem gleichen Volumen wie das Volumen des geformten Teils V_n, welches erzeugt werden soll, in einen Hohlraum mit einem Volumen V^ eingespritzt wird, welcher der gleiche wie V_n ist, und der

Hohlraum soll unmittelbar innerhalb eines Zeitintervals zwischen einem Zeitpunkt T_x, (unmittelbar vor der Vollendung des Einspritzens) und einem Zeitpunkt O^ (nach dem Vollenden des Einspritzens und bei einem zwischen einem Hohlraum und einem Angußhauptkanalabschnitt vor-

liegenden Druckunterschieds und wenn das Polyäthylen in

' dem Angußhauptkanalabschnitt noch nicht verfestigt ist) ausgedehnt werden. Wenn der Formhohlraum außerhalb des vorhergehend erwähnten ZeitIntervalls ausgedehnt wird, kann kein Formteil guter Qualität hergestellt werden. Wenn beispielsweise das Einspritzen durchgeführt wird, wobei der Hohlraum vorhergehend erweitert worden ist, oder der Hohlraum während des Einspritzens des geschmolzenen Polyäthylens ultrahohen Molekulargewichtes vergrößert wird, ergeben sich Formteile geringer Güte, ^O Vielehe unterschiedliche Gewichte und Formen aufweisen.

Wenn der Hohlraum zu einem Zeitpunkt erweitert wird, zu dem ein Druckunterschied zwischen dem Hohlraum und dem Angußhauptkanalabschnitt verschwindet, weisen die '5 Formteile gleichförmiges Gewicht und Form auf, aber es tritt eine schichtförmige Abblätterung auf, so daß der Abriebwiderstand klein ist.

Die Größe der Erweiterung des Hohlraums beträgt wenigstens ^ζυ das 1,2-fache, vorzugsweise wenigstens das 1,4-fache des ursprünglichen Hohlraumvolumens V^,. Die obere Grenze ist nicht notwendigerweise begrenzt, wenn jedoch der Wert der Ervreiterung zu groß ist, ist es erforderlich, die gesamte Größe der Form unerwünscht groß zu machen. Deshalb

wird es bevorzugt, daß die Größe der Erweiterung ungefähr das 2,0-fache des ursprünglichen Hohlraumvolumens beträgt .

Erfindungsgemäß kann das Polyäthylen ultrahohen Molekular-

gewicht s in dem Angußhauptkanalab schnitt in einen Hohlraum in einer pulverförmigen Form eingebracht werden, indem der Formhohlraum unmittelbar zwischen einer Zeit T^ und Tp ausgedehnt wird, damit das Hohlraumvolumen das vorhergehend erwähnte Volumen erhält. Als Ergebnis hiervon können Formteile mit gleichförmigem Gewicht und

' Form erhalten worden, die keine Neigung einer schichtförmigen Abblätterung zeigen und einen ausgezeichneten Abriebwiderstand aufweisen.

Bei der Erfindung ist die Zeit T^ eine Zeit zum Einspritzen, welche leicht aufgrund der Zeit des sich vorbewegenden Hubes der Schraube in dem Einapritzzylinder bestimmen läßt. Andererseits ändert sich die Zeit T₂ in Abhängigkeit vom Schmelzpunkt des Polyäthylens, ^O der Einspritztemperatur, der Formtemperatur und der Einspritzzeit, sie kann jedoch durch den folgenden Versuch bestimmt werden.

Je höher der Schmelzpunkt des Polyäthylens liegt, desto kürzer ist das Zeitintervall zwischen T^ und T₂- Je hoher die Einspritztemperatur und die Formtemperatur sind, desto länger ist dieses Zeitintervall. Dieses Zeitintervall ist natürlich kurz, wenn die Einspritzzeit kurz ist. Somit wird dor Zustand, in dem das Polyäthylen ^ζυ in den Hohlraum eingebracht wird, dadurch beobachtet, daß das Zeitintervall verändert wird, während dessen der Formhohlraum nach der Vollendung des Einspritzens ausgedehnt wird, während die vorhergehend genannten Bedingungen konstant gehalten werden. 25

Wenn diese Zeit T₂ überschreitet, nimmt das in dem Bereich nahe der Angußkegels des Hohlraums eingeführte Polyäthylen die Form einer Masse an.

Im Gegensatz hierzu kann, wenn diese Zeit T,, nicht überschreitet, das nahe dem Angußkegel des Hohlraums und in allen anderen Bereichen vorhandene Polyäthylen in pulverförmiger Form aufrechterhalten werden. Auf diese Veise kann die Zeit T₀ ohne weiteres bestimmt *-

werden, indem Versuche bei verschiedenen Hohlraumerweiterungszeiten unter konstanten Bedingungen mit Aus-

nähme der Hohlraumerweiterungszeit durchgeführt werden.

Beim Spritzformen bleibt ein Druckunterschied zwischen dem Angußhauptkanalabschnitt und dem Hohlraum selbst nach dem Vollenden des Einspritzens und deshalb bewirkt dieser Druckunterschied selbst wenn das Hohlraumvolumen bei V_xJ bleibt, daß das Polyäthylen in dem Angußhauptkanalbereich in den Hohlraum gelangt» und wenn der Druckunterschied verschwindet wird das Einführen von PoIy-TO äthylen am Angußhauptkanalabschnitt in den Hohlraum unterbrochen.

Jedoch befindet sich das in einen Bereich nahe dem Angußkegel eingeführte Polyäthylen in dem vorhergehend er-T5 wähnten Zustand in der Form einer Masse. Sobald Polyäthylen eine Masse wird, zeigen die sich ergebenden Formteile eine schichtförmige Abblätterung wie stark auch immer die Masse komprimiert wird.

Im Gegensatz hierzu wird erfindungsgemäß die Ausdehnung des Formhohlraumes unmittelbar durchgeführt, wenn das Polyäthylen in dem Angußkegel und dem Angußhauptkanal noch nicht verfestigt ist, und die sich ergebende, schnelle Druckabnahme in dem Hohlraum bewirkt, daß das Polyäthylen in dem Angußhauptkanul in dem Hohlraum in pulvorCörmigor Form eingeführt wird. Als Ergebnis hiervon kann die Ausbildung einer Masse aus Polyäthylen in einem Bereich nahe dem Angußkegel gleichzeitig mit einem Aufheben einer ungleichförmigen Spannungsverteilung in dem Hohlraum verhindert werden, und deshalb kann die unerwünschte, schichtförmige Abblätterung der Formteile wirkungsvoll ausgeschlossen werden.

Erfindungsgemäß kann die Beziehung zwischen der Form-

temperatur und dem Zeitpunkt T* ebenfalls dadurch erhalten werden, daß Versuche ähnlich den vorhergehenden

durchgeführt werden, wobei nur die Formtemperatur verändert wird, während die anderen Bedingungen unter Einschluß der Formöffnungszeit konstant gehalten werden. Dies trifft auch für die Beziehung zwischen der Zeit T^ und anderen Bedingungen, wie z.B. der Einspritztemperatur, der Einspritzzeit und des Schmelzpunktes des Polyäthylens zu.

Im allgemeinen ist es wünschenswert, die Ausdehnung des Formhohlraums unmittelbar nach dem Abschließen des Einspritzens durchzuführen.

Wenn der Hohlraum auf das 1,2-fache oder mehr des ursprünglichen Hohlraumvolumens ausgedehnt und dann das Hohlraumvolumen auf V^ komprimiert wird, wird die Kompression zu einer Zeit zwischen einer Einspritzzeit von pulverförmigem, geschmolzenem Polyäthylen in den Hohlraum und einer Zeit durchgeführt, bevor das so in den Hohlraum eingebrachte pulverförmige, geschmolzene PoIyäthylen verfestigt ist.

Da sich das erfindungsgemäße Verfahren auf ein Formverfahren bezieht, bei dem in einen Hohlraum eingeführtes, pulverförmiges, geschmolzenes Polyäthylen komprimiert

^ZD wird, wird bevorzugt, daß die Form erwärmt ist, um eine sofortige Verfestigung des eingespritzten, pulverförmigen, geschmolzenen Polyäthylens zu verhindern. Wenn jedoch die Formtemperatur zu hoch ist, wird die Ausformungszeit sehr lang. Deshalb ist die obere Grenze der Formteraperatur vorzugsweise um 1O°C, besonders bevorzugt um 20°C niedriger als der Schmelzpunkt des Polyäthylens. Wenn beispielsweise Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichts verwandt wird, liegt die Formtemperatur vorzugsweise bei 60 bis 120⁰C, und noch bevorzugter bei 80 -

120⁰C.

T Jede herkömmliche Form mit einem direkten Druckformschluß-System kann vor/wandt werden. Wenn eine Form mit einem Kniehebel-Formschlußsystem verwandt wird, wird eine solche bevorzugt, Vielehe eine zusätzliche Form zur Kompression verwendet.

Beim Formen wird die Menge des Polyäthylens, welche dem Gewicht den Formteils entspricht, durch eine Meßeinrichtung an einer Einspritzeinheit gemessen,und die ge-

^O messene Menge an Polyäthylen wird in einen Hohlraum mit einem Volumen Yy,, welches das gleiche wie das Volumen Vq des Formteils ist, in pulverförmiger Form eingespritzt. Wenn der Angußhauptkanal ein kalter Angußhauptkanal ist, sollte die Menge an einzuspritzendem Polyäthylen gleich a.er Summe des vorhergehend genannten Volumens V^ und des Volumens des Angußhauptkanalabschnittes sein. Wenn der Angußgauptkanal ein warmer Angußhauptkanal ist, kann die Menge des einzuspritzenden Polyäthylens genau so groß wie das Volumen Υ_Λ sein. Erfindungsgemäß wird der Hohlraum

^κυ auf wenigstens das 1,2-fache, vorzugsweise wenigstens das 1,4-fache des ursprünglichen Volumens des Hohlraums zu einer Zeit zwischen T^, und Tp > ^w^^{e es} vorhergehend angegeben wurde, erweitert, und dann wird der Formhohlraum auf Yy, komprimiert, um das Formen zu beenden. Mit diesem Formvorgang werden spritzgeformte Teile aus Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes erzeugt, welche eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen. Und diese Formteile haben ein gleichförmiges Gewicht und Form, d.h. es gibt keine Schwankungen bezüglich des Gewichtes

und der Formen der Formteile, wenn viele Stücke des Gegenstandes hergestellt werden (bei einem Einspritzvorgang) . Selbstverständlich kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Spritzgußteil hoher mechanischer Festigkeit selbst dann hergestellt werden, wenn nur ein einziges Stück eines Artikels (mit einem SpritζVorgang)

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hergestellt wird.

Das Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes, welches bei der Erfindung verwandt wird, kann mit anderen herkömmlichen Zusätzen mittels herkömmlicher Verfahren vermischt bzw. verbunden werden.

Solche Zusätze umfassen Antioxidierungsmittel, Wärmestabilisierungsmittel , Ultraviolettstrahlungsabsorbierungsmittel, Schmiermittel, Kernbildungsmittel, Antistatikmittel, Peuerhemraungsmittel, Pigmente, Farbstoffe, anorganische und organische Füllstoffe und ähnliches.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile xveisen ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, wie z.B. Stoßfestigkeit, Abreibfestigkeit und ähnliches auf und es treten keine Schwankungen bezüglich des Gewichtes, der Form und des Aussehens des Formteils auf, und es können Formteile hoher Präzision hergestellt werden. Deshalb eignen sich die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formteile für verschiedene Maschinenteile, industrielle Teile, Gehäuse, Gefäße, Haushaltsartikel, Teile von Spinnmaschinen, von technischen Geräten, Freizeitartikel und ähnliches. 25

Die folgenden Beispiele werden nur zum Zweck der Erläuterung und nicht im Sinne einer Einschränkung angegeben.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen schematisch eine Ausführungsform einer Spritzformvorrichtung. Fig. 1 zeigt den Zustand vor dem Einspritzen. Fig. 2 zeigt einen Zustand beim Einspritzen. Fig. 3 zeigt einen Zustand, indem der Hohlraum nach dem Einspritzen ausgedehnt wird.

*" Fig. 4 zeigt einen Zustand, bei dem der Hohlraum erneut nach dem Ausdehnen des Hohlraums komprimiert wird.

Es wurde eine Spritzformmanchine (Typ V44-200, dem Handels-Tiaraen einer von NTHON fiEIKOßHO K.K. herger.teilten Maschine) mit einer Form zum Poemen von Lagern ('I- iltüok l.ager; "Gewicht 12 g/Stück; Angußhauptkanalabschnitt 12 g; insgesamt 60 g) verwandt, welche ein mit einem .Angußhauptkanal 2 versehenes, ortsfestes Formelement 1, ein mit einem Hohlraum 3 ausgebildetes, bewegliches Formelement 5» und ein Kernformelement 4 aufweist, welches mit einer Kernbewegungseinrichtung 6 verbunden ist. Bei

'0 dem verwandten Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes handelte es sich um ein Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes mit einem Schmelzindex von 0,01 g/10 Min.oder weniger und (^) von 16,7 dl/g ("HI-ZEX MILLION 240M", oin Handelsname des von Mitsui Petrochemical Industries,

'** Ltd. hergestellten Materials) .Dan in einem Einspritzzylinder 7 geschmolzene Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes wurde an einem Meßabschnitt 8 gemessen. Das gemessene Volumen des Polyäthylens war gleich der Summe des Volumens des Hohlraumes 3 und des Angußhaupt-

kanals 2 (Fig. 1).

Daraufhin wurde die Schraube 10 bewegt, um das in dem Meßabschnitt 8 vorhandene Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes in die Form durch eine Düse 9 einzu-

spritzen. Das Polyäthylen wurde in den Hohlraum 3 durch den Angußhauptkanal 2 und den Angußkegel 11 in pulverförmiger Form eingespritzt (Fig. 2).

Nachdem das gesamte, im Meßabschnitt 8 vorhandene PoIy-

äthylen in die Form eingespritzt worden war, wurde der Kern 4 durch die Kernbewegungseinrichtung 6 bewegt, um den Hohlraum 3 zu vergrößern und das Polyäthylen in dem Angußhauptkanal 2 in den Hohlraum 3 einzubringen, während noch ein Druckunterschied zwischen dem Angußhauptkanal 2 und dem Hohlraum 3 vorlag (Fig. 3)·

Daraufhin wurde der Kern 5 in seine ursprüngliche Lage bewegt, um das Polyäthylen zu komprimieren, was die Herstellung eines Formteils 12 (Lager) zum Ergebnis hat. Während des vorgenannten Vorgehens wurde die Schraube zurückgeführt, um das Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes für den folgenden Formvorgang abzumessen (Fig. 4)

Dem vorgenannten Vorgehen folgend wurden verschiedene Formversuche bei verschiedenen Bedingungen ausgeführt. Die Ergebnis;;© sind in don folgenden Tabellen 1,2 und angegeben.

Die physikalischen Eigenschaften der sich ergebenden Formteile wurden bestimmt, wie es weiter unten gezeigt ist. 15

Schichtförmige Abblätterung:

Die Spitze eines Formteils wird mit einem Messer abgeschnitten. Die folgende, vierstufige Unterscheidung wurde gemacht. 1... Die Oberfläche kann leicht abgeblättert werden. 2... Die Oberfläche ist etwas blättrig. 3... Die Oberfläche ist kaum blättrig.

4... Es tritt keine Abblätterung auf. 25

Aussehen:

Die Oberflächenbeschaffenheit des Formteils wird mit

den Augen untersucht. 30

Gewicht s Schwankungen:

Das Gevri-cht eines jeden Formteils wird gemessen. 35

.Schwankungen "bei 4 Stücken von Formte!len,

(J-* fo/\ _ /|qq _χ (maximales Gewicht - minimales Gewicht)

Durchschnittsgewicht

Im Falle der Herstellung von 4- Stücken mit einem Spritz vorgang.

Schwankungen von Formteilen bei 10 Spritζvorgängen im gleichen Hohlraum.

O* (oL\ - -100 x (maximales Gewicht - minimales Gewicht)

Durchschnittsgewicht

Die folgende Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse, wenn das Formen bei verschiedenen Formtemperaturen durchgeführt vmrde. Es lagen folgende Formbedingungen vor.

Einspritzzeit 1,3 Sek.

-1

^, 2 Sek.

Schergeschwindigkeit bzw. 69-000 Sek. Geschwindigkeitsgefalle
Einspritztemperatur 200⁰C
Hohlraumerxireiterung 1,73-fach t₂ 3,2 Sek.

Bei der Erfindung bezeichnet "t*" ein Zeitintervall

vom Einspritzbeginn bis zum Beginn der Hohlraumerweiterung (Beginn des Kernzurückziehens) und "to" ein Zeitintervall vom Beginn der Hohlraumerweiterung „₀ "bis zum Beginn der Hohlraumkomprimierung (Beginn des Kernvorschubes).

Tabelle

13762

Versuch No.	Form- temDeratur (⁸C)	schichtför- mige Abblät- terung	Aussehen	G-ewichts- schwankung	1.74
1	30	1	schlecht	σ_Α(%) σ_Β<%)	1.72
2	50	1	schlecht	1.61	1.70
3	60	2	schlecht	1.60	1.65
4	70	2	schlecht	1.55	1.65
5	80	3	gut	1.52	1.60
6	90	4	gut	1.50	1.60
7	100	4	gut	1.40
1.38

Zusätzlich zu den vorstehend genannten. Versuchen gemäß Tabelle 1 wurde der Füllungszustand des Polyäthylens ultrahohen Molekulargewichtes in dem Hohlraum nach der Hohlraumerweiterung untersucht. Bei den Versuchen Nr. bis 4 wurde die Ausbildung einer Masse an Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes nahe dem Angußkegel festgestellt. Beim Versuch Nr. 5 konnte die Ausbildung einer Masse nahezu nicht festgestellt werden. Bei den Versuchen Nr. 6 bis 7 war der Hohlraum gleichförmig mit pulverförmigem Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes gefüllt.

Die Tabelle 2 zeigt Versuchsergebnisse, bei denen die Formtemperatur 100⁰C betrug und der Erweiterungsgrad, d.h. das Verhältnis des Volumens des Hohlraums zu dem Volumen des Formteils V^/ V_Q verschiedentlich geändert wurde.

Die Formbecl ingungen tvaren wie folgt:

Einspritzzeit	Tabelle 2	1,3 Sek.
	2 Sek.
Schergeschwindigkeit bzw.	69.000 Sek.
Geschwindigkeitsgefälle
Einspritζtemperatur	200⁰C
IOrmt emp e rat ur	100⁰C
*2	3,2 Sek.

	Versuch Ko.	Form temperatur (⁸C)	schichtför- mige Abblät- terung	• Aussehen	Gewichts- schwankunK	σ_β(%)
15	8	1.42	4	gut	σ_Α(%)	1.45
	9	1.30	3	gut	1.35	1.15
	10	1.17	1	gut	1.31	0.95
	11	keine Er weiterung	1	gut	1.32	0.60
20	1.30

Tabelle 3 zeigt die Versuchsergebaisac, wobei die Einiipritzzeit 1,3 Sek. betrug und t^ geändert wurde.

Die Formbedingungen waren wie folgt:

Einspritzzeit Schergeschwindigkeit bzw. Geschwindigkeitsgefälle Einspritztemperatur Formtemperatur *2

Hohlraumerweit erung

1,3 Sek. 69.000 Sek.

200⁰C 100°C 3,2 Sek. 1,73-fach

-1

Tabelle

Ver suchs No.	Hohlraumerweit erung	Hohlraum- füllungs-	schichtför- mige Abblät terung	Aus sehen	Gewichts- schwankunK .	σ_Β(%)
12	^fc! (Sek.)	38	4	gut	σ_Α(%)	6.00
13	0.5	77	4	gut	4.00	5.02
14	1.0	100	4	gut	3.00	1.63
15	1.3	100	4	gut	1.42	1.60
16	2.0	100	4	gut	1.40	1.65
17	3.0	100	1	gut	1.44	1.52
18	5.0	100	1	KUt	1.45	1.40
19	7.0	auf das 1 ,73-fache vom Anfang ausge dehnt	3	schlecht	1.30	6.20
5.70

Außer den in Tabelle 3 angegebenen Versuchen wurde der Füllungszustand von Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes in dem Hohlraum nach der Hohlraumerweiterung untersucht. Bei den Versuchen Nr. 12 bis 16 war das gesamte Polyäthylen in pulverförmiger Form gefüllt. Bei den Versuchen Nr. 17 bis 18 wurde eine geringe Massenausbildung nahe dem Angußkegel festgestellt.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel des Formzyklus nach der Erfindung. Es sind die Änderung des Hohlraumdruckes, die Formbetätigung (Bewegung des Hohlraumkernes) und

der Formschlußvorgang beim Ablauf des Formzyklus

(Einspritzen, Druckhalten, Kühlen und Messen) dargestellt.

X^ - Xr in Fig. 5 bedeuten die folgenden Betriebsvor 5

X,j Schließbeginn der Form

Xp Beendigung des Formschließens

X, Beginn des Formöffnens

X^ Beendigung des Formöffnens

Xc Beginn des Formschließens

Die Bezeichnung $ an der rechten Seite schließt an die gleiche Bezeichnung an der linken Seite an, d.h. wenn ein neuer Zyklus beginnt.

Claims

MTSUI PETROCHEMICAL INDUSTRIES, LTD. 2-5, Kasumigaseki 3-cliome, Ch.iyoda-ku, Tokyo, Japan

Verfahren zum Spritzdruckformen

Patentansprüche

^rij Verfahren zum Spritzdruckformen von Polyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes, welches eine Grundviskosität von 3 dl/g oder höher in Decalin gemessen bei 155°C und einen Schmelzindex von 0,01 g/10 Min. oder weniger aufweist, gekennzeichnet durch

(a) Erwärmen des Polyäthylens ultrahohen Molekulargewichtes auf 170 bis 240°C,

(b) Ausbilden des Volumens V^ eines Eormhohlraumes auf das gleiche Volumen Vq eines geformten Teils,

(c"> Einspritzen dos Polyäthylens ultrahohen Molekulargewichtes mit dem Volumen V₀ in den Formhohlraum durch einen Angußhauptkanalabschnitt mit einem Geschwindigkeitsgefälle (shear rate) von wenigstens 20.000 Sek."¹,

(d) unmittelbares Ausdehnen des Formhohlraumes, damit das Volumen des Formhohlraumes V₁ die Bedingung

zu einer Zeit zwischen einer Zeit T₁ (unmittelbar vor der Beendigung des Einspritzens) und einer Zeit Tp (nach Beendigung des Einspritzens und beim Vorliegen eines Druckunterschiedes zwischen dem Hohlraum und dem Angußhauptkanalabschnitt und wenn das PoIyäthylen ultrahohen Molekulargewichtes in dem Angußhauptkanalabschnitt noch nicht verfestigt ist) erfüllt, und

(e) Komprimieren des Volumens des Formhohlraums V^ derart, daß die Beziehung V₁ = V_Q erfüllt ist, während

²^ sich das Polyäthylen ultrahohen Molekülargewichtes in dom Kormhohlraum noch im Kor.ohmolzonon Zustand befändet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch g e k e η η ²^ zeichnet, daß der Formhohlraum derart erweitert wird, daß das Volumen V₁ des Formhohlraumes die Bedingung 1,4 V₀^ V₁ erfüllt.
3- Verfahren nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet , daß der Formhohlraum unmittelbar ι Beendigung des Einspritzens erweitert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Form einen Hohlraum und einen

in den Hohlraum eingepaßten, "bewegbaren Kern aufweist, und daß das Zurückziehen des Kernes eine Erweiterung des

IOrmhohlräumes und das Vorschieben des Kernes eine dec Hohlraumes zum Ergebnis hat.

5>. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Form auf ei.no Temperaturer erwärmt wird, welche um 10⁰C oder mehr tiefer als der SchmelZPUr¹Ct des Polyäthylens ultrahohen Molekulargev/ichtoc liogt.