DE69808223T2

DE69808223T2 - Faserverstärkter Formkörper aus Kunststoff und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE69808223T2
Application number: DE69808223T
Authority: DE
Inventors: Sato Atsushi; Nomura Manabu; Shima Toru
Original assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Prime Polymer Co Ltd
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2018-11-25
Also published as: EP1243397A2; US20020094428A1; EP0919351B1; KR100676535B1; US6488871B2; EP1243397B1; US6368701B1; EP0919351A3; KR19990045617A; CN1121315C; DE69808223D1; CN1225870A; DE69826733D1; TW476697B; CA2254503A1; EP0919351A2; DE69826733T2; EP1243397A3

Description

GRUNDLAGE DER ERFINDUNG

Erfindungsbereich:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein faserverstärktes Formteil, und insbesondere ein leichtes Formteil aus Harz, das mit Glasfasern oder ähnlichen Fasern verstärkt ist, und das ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf die Steifigkeit, die Biegefestigkeit die Stossfestigkeit, die gleichmäßige Festigkeit, den Widerstand gegen lokale Beanspruchungen und Verwindungen aufweist, wie zum Beispiel ein faserverstärktes Formteil aus Harz mit einer Rippenstruktur oder einer rippenartigen Struktur im Inneren dieses Formteils.

Beschreibung des Standes der Technik:

Im Stand der Technik ist ein faserverstärktes Formteil aus Harz bekannt, welches durch die Beimischung von Fasern, wie zum Beispiel Glasfasern, verstärkt wird. Da dieses faserverstärkte Formteil ausgezeichnete mechanische Eigenschaften in bezug auf die Zugfestigkeit, die Biegefestigkeit und die Wärmefestigkeit aufweist, wird es in großem Umfang für die Herstellung von Autoteilen, wie zum Beispiel inneren Kernpaneelen, Stossdämpferteilen, Türstufen, Dachträgern, hinteren Paneelen und Gehäusen für Vorrichtungen für die Frischluftversorgung, sowie für Konstruktionsmaterialien und technische Werkstoffe, wie zum Beispiel Paneele für Außenwände oder Trennwände und Kabelschächte verwendet. Für die Herstellung dieser faserverstärkten Formteile aus Harz kann das Spritzgussverfahren eingesetzt werden, um ein Fasern enthaltendes geschmolzenes Harz in den Hohlraum der Gießformen einzuspritzen. Dieses Spritzgussverfahren ermöglicht das Gießen eines Teils mit einer komplizierten Form, sowie die Massenproduktion von Teilen, welche dieselbe Form haben, da es möglich ist, einen bestimmten Gießzyklus kontinuierlich zu wiederholen.
Wenn die Menge der Fasern, welche dem nach dem Spritzgussverfahren hergestellten faserverstärkten Formteil aus Harz beigemischt wird, erhöht wird, um dessen Festigkeit und Steifigkeit zu verbessern, so wird das Teil schwerer und kann sich außerdem sehr stark verformen. Um das Gewicht des Formteils zu reduzieren und auch andere Probleme zu lösen, offenbart die offengelegte japanische Patentschrift (kokai) Nr. 7-247679, etc. ein Verfahren für das Expansionsspritzen, bei welchem dem Harz ein Treibmittel beigemischt wird und dann dieses Material aufgeschäumt und anschließend zu einem Formteil gegossen wird. Wenn jedoch bei diesem Expansionsspritzverfahren eine große Menge eines Treibmittels verwendet wird, um das Gewicht des Formteils zu reduzieren, ist es nicht möglich, in einfacher Weise ein ausreichendes Expansionsverhältnis zu erreichen. Selbst wenn ein ausreichendes Expansionsverhältnis erreicht wird, wird das Aussehen durch das Aufschäumen beeinträchtigt und es entstehen leicht große Poren in dem Formteil, und es ist nicht einfach, einheitliche Poren in diesem Formteil auszubilden. Daher ist es nicht möglich, die mechanischen Anforderungen in bezug auf Festigkeit, Steifigkeit und Stoßfestigkeit zufriedenstellend zu erfüllen, obwohl das Formteil mit Hilfe von Fasern verstärkt worden ist.
Um die vorstehend genannten Probleme zu lösen und das Gewicht des Formteils zu reduzieren und gleichzeitig die Qualität des Erscheinungsbildes und die mechanischen Eigenschaften, wie zum Beispiel die Festigkeit, die Steifigkeit und die Stoßfestigkeit des Formteils zu erhalten, wurden folgende technische Verfahren vorgeschlagen: (1) ein Expansionsspritzverfahren, bei dem faserverstärkte Harzpellets, die relativ lange Fasern enthalten, in ein geschmolzenes Harz eingeschmolzen werden, und anschließend das geschmolzene Harz während dem Gießen mit Hilfe der durch die darin enthaltenen Fasern erzeugten Rückfederung expandiert wird, um auf diese Weise ein leichtes Formteil herzustellen; (2) ein Expansionsspritzverfahren, bei dem ein Treibmittel für die Unterstützung der Expansion des Harzes den im vorstehenden Punkt erwähnten faserverstärkten Harzpellets beigemischt wird, um das Gewicht der Formteile weiter zu reduzieren (Internationale Patentveröffentlichung WO97/29896). Mit Hilfe dieser Verfahren kann das Gewicht der Formteile ausreichend reduziert werden, ohne dass dadurch deren mechanische Eigenschaften verschlechtert werden, und diese Verfahren sind sehr effektiv für die Reduzierung des Gewichtes der aus einem Harz hergestellten faserverstärkten Formteile.
Als weiteres Verfahren wurde (3) ein Verfahren für die Herstellung eines geschäumten Formteils aus Harz vorgeschlagen, bei dem ein geschmolzenes Harz, welches ein chemisches Treibmittel enthält, mit Hilfe der Einspritzung oder der Spritzkompression in den Hohlraum von Gießformen eingespritzt wird, welche einen beweglichen Kern mit einem Schlitz enthalten, wobei die Oberfläche des Harzes, die mit der Gießform in Berührung steht, ohne Schäumen abgekühlt und verfestigt wird; die Kapazität des Hohlraums wird dadurch expandiert, dass der bewegliche Kern so bewegt wird, dass das geschmolzene Harz in der vergrößerten Kapazität des Hohlraums vergrößert wird, um dadurch ein geschäumtes Formteil aus Harz mit einer Rippenstruktur herzustellen (offengelegte japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 9-104043).
Je nach dem Grad der Gewichtsreduzierung (Expansion) oder der Form des Formteils kann jedoch zum Beispiel in Fällen, in denen das Formteil einen großen Bereich oder eine große Kapazität aufweist, das mit Hilfe der obigen Verfahren (1) oder (2) hergestellte Formteil eine ungenügende Biegefestigkeit und Steifigkeit aufweisen, und die ungenügende Festigkeit gegen lokale Lasten, die geringe Gleichmäßigkeit der Festigkeit und des Widerstandes gegen Verwindungen muss verbessert werden. Bei dem vorgenannten Verfahren (3), bei dem ein Treibmittel eingesetzt wird, kann die Expansion des Treibmittels beim Einspritzen nur schwer unterdrückt werden. Insbesondere neigt das Harz während dem Spritzverfahren unter Kompressionsdruck während der Einspritzung aufgrund der Reduzierung des Harzdruckes dazu, zu schäumen, wodurch weiße Streifen auf der Oberfläche des hergestellten Formteils entstehen. Außerdem entstehen bei einem hohen Expansionsverhältnis große Poren in dem geschäumten Teil, wie dies in den beigefügten Beispielen gezeigt wird, so dass das hergestellt Formteil nur eine geringe Gleichmäßigkeit aufweist. Selbst wenn eine Reduzierung des Gewichstes erreicht wird, ist es dennoch nicht möglich, in einfacher Weise Formteile mit einer ausreichenden Festigkeit herzustellen. Da außerdem die geschäumten Produkte geschlossene Zellen aufweisen, wird die Dauer der Abkühlung der hergestellten Formteile verlängert. Dadurch wird der Spritzzyklus verlängert, wodurch ein Problem in bezug auf die Produktivität entsteht.
Aus der US-A-4,374,906 ist ein Substrat mit Rippen für Brennstoffelementelektroden bekannt, welches ein faserverstärktes leichtes Formteil aus Harz mit Poren aufweist, das in dem gegossenen Substrat einen Teil aufweist, dessen Porosität geringer ist, als die Porosität der anderen allgemeinen Abschnitte, wobei die unterschiedliche Porosität des Substrats, die in der US-A-4,374,906 offenbart ist, mit Hilfe von verschiedenen Gießverbindungen erreicht wird. Die so erreichte unterschiedliche Porosität beeinflusst die kapillare Wirkung der Rippen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein faserverstärktes Formteil aus Harz vorzuschlagen, das ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf die Biegefestigkeit, die Steifigkeit, die Stoßfestigkeit, die Wärmefestigkeit und eine ausreichende Festigkeit gegen lokale Belastungen und Verwindungen, sowie eine gute Gleichmäßigkeit aufweist.
Im Hinblick auf das Vorgesagte haben die Erfinder gründliche Untersuchungen der Gesamtstruktur - einschließlich der inneren Struktur - der leichten faserverstärkten Formteile aus Harz durchgeführt, die feinst verteilte Poren enthalten, und deren Eigenschaften durchgeführt. Bei ihren Untersuchungen haben die Erfinder herausgefunden, dass bei einem konventionellen Verfahren, bei dem ein beweglicher Kern nur einfach für die Expansion herausgezogen wird, ein Formteil aus Harz mit einem nicht expandierten oder nur geringfügig expandierten Abschnitt an seinem Umfang erreicht wird, während eine fast gleichmäßige Expansion an den anderen Umfangsteilen, wie zum Beispiel dem zentralen Abschnitt erreicht wird, der eine flache Struktur aufweist. Die Erfinder haben ebenfalls herausgefunden, dass wenn ein Formteil eine grobe und dichte Struktur in bezug auf die Poren aufweist, statt wenn die Poren gleichmäßig über den gesamten Umfang des Formteils verteilt sind, und das Formteil ebenfalls eine einzigartige rippenförmige Struktur aufweist, mit deren Hilfe die Funktion der Rippe zwischen den beiden Beschichtungen erzeugt wird, die Eigenschaften des Formteils verbessert werden.
Im Zusammenhang mit dem Verfahren für die Herstellung der vorgenannten Rippen oder der rippenförmigen Struktur innerhalb eines Formteils aus Harz haben die Erfinder in erster Linie herausgefunden, dass wenn ein gekerbter Teil in Richtung der Wandstärke eines einheitlich expandierten Teils vorgesehen wird, dieser gekerbte Teil als eine Struktur dient, welche einer Rippe mit einer geringen Porosität entspricht. Die Erfinder haben ebenfalls herausgefunden, dass diese Struktur mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt werden kann, bei der das die Fasern enthaltende geschmolzene thermoplastische Harz in einen Hohlraum eingespritzt wird, welcher durch einen beweglichen Kern gebildet wird, der sich gegenüber dem Hohlraum des Formteils bewegen und von ihm zurückgezogen werden kann, und der einen Vorsprung aufweist, um den gekerbten Teil des Formteils herzustellen, und bei dem der bewegliche Kern anschließend so zurückgezogen wird, dass er die Kapazität des Hohlraums expandiert.
Zweitens haben die Erfinder herausgefunden, dass wenn ein nur gering oder nicht expandierter Abschnitt hergestellt wird, indem man den Grad der Expansion gegenüber dem gleichmäßig expandierten Teil des Formteils mit einer weitgehend einheitlichen Wandstärke verändert, so kann der nur gering oder nicht expandierte Abschnitt anschließend zweckmäßigerweise weitgehend als - Rippenstruktur eingesetzt werden. Die Erfinder haben ebenfalls herausgefunden, dass das Formteil mit dieser Struktur mit Hilfe eines Gießverfahrens hergestellt werden kann, bei dem nur die Bereiche, welche den beweglichen Teilen entsprechen, mit Hilfe eines beweglichen Kerns expandiert werden, welcher gegen den Hohlraum bewegt und von ihm zurückgezogen werden kann, und der eine Vielzahl von Flächen des Hohlraums der Gießformen (beweglicher Kern mit einer Vielzahl von beweglichen Teilen).
Drittens haben die Erfinder herausgefunden, dass die Eigenschaften eines Formteils verbessert werden können, wenn die Struktur des gleichmäßig expandierten Teils so verändert wird, dass das Formteil die Art einer Rippenstruktur annimmt, in welcher weitgehend keine oder nur sehr wenige Poren in Richtung der Wandstärke zwischen den beiden Hautschichten ausgebildet werden, und dass ein solches Formteil dadurch hergestellt werden kann, dass ein Schlitz auf der Seite des Hohlraums des beweglichen Kerns vorgesehen wird.
Viertens haben die Erfinder herausgefunden, dass wenn ein rippenartiger oder ein dispergierender Vorsprung auf einem gleichmäßig expandierten Teil ausgebildet wird, so bewirkt dieser Vorsprung einen Verstärkungseffekt, welcher der Wirkung einer Rippe entspricht, und dass außerdem, wenn ein Fasern enthaltendes geschmolzenes Harz (thermoplastisches Harz) expandiert wird, der Bereich, welcher dem Vorsprung entspricht, das heißt, der Teil des Vorsprungs plus dem Teil des darunter liegenden Körpers eine geringfügig expandierte Struktur, das heißt, eine dichte Struktur mit wenigen Poren im Vergleich zu anderen flachen Teilen bildet. Die Erfinder haben ebenfalls herausgefunden, dass das Formteil mit dieser Struktur mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt werden kann, bei dem das die Fasern enthaltende geschmolzene Harz in eine spezifische hohle Gießform eingespritzt wird und ein Formteil in der Richtung herausgezogen wird, in welcher der Hohlraum der Gießform expandiert wird.
Auf der Grundlage dieser Feststellungen haben die Erfinder die vorliegende Erfindung gemacht. Mit Hilfe dieser Erfindung wird folgendes erreicht:
1. Ein leichtes faserverstärktes Formteil aus Harz (6) mit Poren, welches in diesem Formteil einen Abschnitt (L1, H1) mit einer Porosität (L1) enthält, der eine geringere Porosität aufweist, als die anderen allgemeinen Abschnitte, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren durch die Wirkung der Rückfederung entstehen, welche durch die in dem Formteil enthaltenen Flachsabfälle erzeugt wird.
2. Das Formteil nach Anspruch 1, bei dem der Abschnitt (L1), der eine geringere Porosität hat, als die anderen allgemeinen Abschnitte (H1), in Richtung der Wandstärke dieses Formteils ausgebildet ist.
3. Das Formteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Abschnitt (L1), der eine geringere Porosität hat, als die anderen allgemeinen Abschnitte (H1), eine Rippenstruktur oder eine rippenartige Struktur hat.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird ein faserverstärktes Formteil aus einem geschmolzenen Harz vorgeschlagen, das ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf die Biegefestigkeit, die Steifigkeit, die Stoßfestigkeit, die Wärmefestigkeit, eine ausreichende Festigkeit gegen lokale Lasten und Verwindungen, und ein gute Gleichmäßigkeit aufweist. Bei dem Verfahren für die Herstellung dieses Formteils kann die Verringerung des Gewichtes dieses Formteils wunschgemäß durch die Verwendung von Gießformen reguliert werden, die eine relativ einfache Struktur haben und mit denen eine ausgezeichnete Oberflächenqualität des Formteils erreicht werden kann. Zum Beispiel kann die flache Struktur der Außenseite eines sehr leichten Formteils eingehalten werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung eines leichten faserverstärkten Formteils aus Harz nach einer ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, in welcher die Fig. 1(A) den Zustand unmittelbar vor der Expansion des Hohlraums der Gießform und die Fig. 1(B) den Zustand nach der Expansion darstellt;
Die Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung eines leichten faserverstärkten Formteils aus Harz nach einer ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, in welcher die Fig. 2(A) den Zustand vor der Expansion des Hohlraums der Gießform, und die Fig. 2(B) den Zustand nach der Expansion darstellt;
Die Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der dritten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung eines leichten hautintegrierten faserverstärkten Formteils aus Harz nach der ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, in welcher die Fig. 3(A) den Zustand vor der Expansion des Hohlraums der Gießform und die Fig. 3(B) den Zustand nach der Expansion darstellt;
Die Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung eines faserverstärkten Formteils aus Harz nach der zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, in welcher die Fig. 4(A) den Zustand vor der Expansion des Hohlraums der Gießform und die Fig. 4(B) den Zustand nach der Expansion darstellt.
Die Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der zweiten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung des hautintegrierten faserverstärkten Formteils nach der zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, in welcher die Fig. 5(A) den Zustand vor der Expansion des Hohlraums der Gießform und die Fig. 5(B) den Zustand nach der Expansion darstellt;
Die Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung des faserverstärkten Formteils nach der dritten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, in welcher die Fig. 6(A) den Zustand vor der Expansion des Hohlraums der Gießform und die Fig. 6(B) den Zustand nach der Expansion darstellt;
Die Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung der zweiten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung des hautintegrierten faserverstärkten Formteils nach der dritten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, in welcher die Fig. 7(A) den Zustand vor der Expansion des Hohlraums der Gießform und die Fig. 7(B) den Zustand nach der Expansion darstellt;
Die Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung des faserverstärkten Formteils nach der vierten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, in welcher die Fig. 8(A) den Zustand vor der Expansion des Hohlraums der Gießform und die Fig. 8(B) den Zustand nach der Expansion darstellt;
Die Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung der zweiten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung des faserverstärkten Formteils nach der vierten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, in welcher die Fig. 9(A) den Zustand vor der Expansion des Hohlraums der Gießform und die Fig. 9(B) den Zustand nach der Expansion darstellt;
Die Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung der dritten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung des hautintegrierten faserverstärkten Formteils nach der vierten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, in welcher die Fig. 10(A) den Zustand vor der Expansion des Hohlraums der Gießform und die Fig. 10(B) den Zustand nach der Expansion darstellt;
Die Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung der vierten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung des hautintegrierten faserverstärkten Formteils nach der vierten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, in welcher die Fig. 11(A) den Zustand unmittelbar vor der Expansion des Hohlraums der Gießform für das integrale Gießen eines Harzes und einer Schutzfolie und die Fig. 11(B) den Zustand nach der Expansion darstellt, und die Fig. 11(C) zeigt einen Querschnitt des Formteils, welches nach der vierten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist und in der die Verteilung der darin hergestellten Poren gezeigt ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSARTEN

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung im Einzelnen beschrieben. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann ein leichtes faserverstärktes Formteil hergestellt werden, welches einen Abschnitt enthält, in dem die Porosität geringer ist, als in den anderen flachen (oder allgemeinen) Abschnitten. Insbesondere wird eine Rippenstruktur oder eine rippenartige Struktur im Inneren des Formteils, welches Poren enthält, und noch spezifischer eine Rippe oder eine rippenartige Struktur in Richtung der Wandstärke des Formteils hergestellt. Die vorliegende Erfindung umfasst die nachstehenden vier spezifischen Ausführungsarten des Formteils, sowie Verfahren für die Herstellung der jeweiligen Ausführungsarten:

Erste Ausführungsart

Eine erste Ausführungsart der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein leichtes faserverstärktes Formteil aus Harz, das Poren und insbesondere dispergierte Poren, sowie einen gekerbten Teil in Richtung der Wandstärke des Formteils enthält, und bezieht sich insbesondere auf ein leichtes faserverstärktes Formteil, in welchem der Harzanteil, welcher den gekerbten Teil bildet, eine Porosität hat, die geringer ist, als die Porosität der anderen flachen Bereiche. Die erste Ausführungsart der vorliegenden Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein effizientes Verfahren für die Herstellung eines solchen leichten faserverstärkten Formteils.
Bei der Herstellung des leichten faserverstärkten Formteils aus Harz, das darin verteilte Poren enthält, wird ein Fasern enthaltendes geschmolzenes Harz (ein thermoplastisches Harz) in den Hohlraum einer Gießform eingespritzt oder unter Druck eingespritzt, um dadurch diesen Hohlraum mit dem Harz zu befüllen, und anschließend wird der Hohlraum der Gießform auf das Volumen eines gewünschten Formteils expandiert. Zu diesem Zeitpunkt wird das geschmolzene Harz mit Hilfe der Rückfederung der darin enthaltenen Flachsabfälle auf das gewünschte Volumen expandiert. Nach der Abkühlung wird die Gießform geöffnet und man erhält dann ein leichtes faserverstärktes Formteil aus Harz mit den darin verteilt angeordneten Poren.
Das Herstellungsverfahren nach der ersten Ausführungsart ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Fasern enthaltendes geschmolzenes Harz in den Hohlraum einer Gießform gegossen wird, die aus einer Gießform besteht, welche einen Vorsprung aufweist, um einen gekerbten Abschnitt in dem Formteil herzustellen, und anschließend wird ein beweglicher Kern herausgezogen, während der Vorsprung an seiner Position verbleibt, um so den Hohlraum zu expandieren und dadurch den Gießvorgang abzuschließen.
In dem generellen Fall, in dem ein einziger beweglicher Kern mit einer einfachen Form, das heißt, mit einer Oberfläche verwendet wird, welche mit der Oberfläche der gesamten Oberfläche des Hohlraums (in einer flachen Form) identisch ist, erhält man ein leichtes faserverstärktes Formteil, das einen fast gleichmäßigen Expansionskoeffizienten aufweist. Obwohl das Formteil ein geringes Gewicht hat, besitzt es eine größere Oberfläche und ein größeres Volumen. Wenn das Gewicht des Formteils noch weiter verringert wird, kann es sein, dass es keine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit besitzt. Dagegen wird in Fällen, in denen ein beweglicher Kern verwendet wird, bei dem ein Spalt zwischen dem Kern und der Seitenwand des Hohlraums einer Gießform vorhanden ist, ein Formteil mit einem hohen Expansionskoeffizienten erreicht, welches einen Umfangsabschnitt ohne oder mit einer geringen Expansion und andere Umfangsbereiche aufweist, das heißt den mittleren Abschnitt, der eine einheitliche Expansion aufweist. Da dieses Formteil auf seiner Oberfläche eine nicht expandierte Hautschicht aufweist, die mit der Wand der Gießform während der Abkühlung in Berührung steht, hat das Formteil ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit und Steifigkeit. Ein solches Formteil mit einer dreischichtigen Struktur, die aus einer Hautschicht/einer Expansionsschicht/Hautschicht besteht, kann jedoch keine ausreichende Steifigkeit haben, wenn seine Oberfläche und sein Volumen groß sind und kann ebenfalls eine ungenügende Festigkeit gegen lokale Lasten und Verwindungen aufweisen.
Um diese Probleme zu lösen, werden in der ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung die Hautschichten auf den beiden Oberflächen mit Hilfe eines nicht oder nur gering expandierten Harzes teilweise miteinander verbunden. Daher wird bei dem Herstellverfahren nach der ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ein Fasern enthaltendes geschmolzenes thermoplastisches Harz in den Hohlraum einer Gießform gegossen, welche aus einem beweglichen Kern mit einem Vorsprung besteht, mit dessen Hilfe ein gekerbter Teil in dem Formteil hergestellt wird, und anschließend wird dieser bewegliche Kern in der Richtung herausgezogen, in welcher der Hohlraum der Gießform expandiert wird.
Die Form und die Anzahl der Kerne wird entsprechend der Größe und den gewünschten Eigenschaften des Formteils bestimmt. Die Position, die Form, die Größe, die Anzahl und die Verteilung etc. der Vorsprünge für die Herstellung des gekerbten Abschnitts werden wahlweise so bestimmt, dass sie in bezug auf die Form, die Wandstärke, die Oberfläche, das Volumen, den Grad der Gewichtsreduzierung, die Einsatzbedingungen und die gewünschte Leistung des Formteils geeignet sind. Im allgemeinen wird der gekerbte Abschnitt an der Rückseite des Formteils vorgesehen und besitzt eine Breite von etwa 2-10 mm und eine Länge von 10 mm oder mehr. Vorzugsweise verläuft der gekerbte Teil kontinuierlich oder intermittierend in allen Richtungen. Die Harzschicht zwischen der Bodenfläche des gekerbten Teils und der Oberfläche des Formteils an der gegenüberliegenden Seite besteht vorzugsweise aus einer Harzschicht, die weitgehend keine oder nur sehr wenige Poren aufweist. Im allgemeinen ist die Gießform mit dem Vorsprung für die Herstellung des gekerbten Abschnittes eine bewegliche Gießform mit einem beweglichen Kern, welcher sich darin hin- und herbewegen kann und mit einer festen Gießform mit einem Hohlraum ausgestattet. Mit Hilfe dieses Vorsprungs in dem beweglichen Kern kann das Einspritzen des geschmolzenen Harzes und der Rückzug des beweglichen Kerns durchgeführt werden, wenn dieser Vorsprung in diesen Hohlraum gedrückt wird, und der Hohlraum kann dann auf ein gewünschtes Volumen expandiert werden, während die Position dieses Vorsprungs feststeht. Daher kann in einem gewissen Bereich der Gewichtsreduzierung ein weiterer Vorsprung in der festen Gießform vorgesehen werden, welcher gegenüber dem beweglichen Kern liegt.
In Fällen, in denen ein Vorsprung in der beweglichen Gießform vorgesehen ist, wird die Anordnung der Gießformen so gewählt, dass sich ein beweglicher Kern innerhalb der beweglichen Gießform mit diesem Vorsprung hin- und herbewegen kann. Außerdem kann ein Spalt in dem Vorsprung, welcher gegenüber dem beweglichen Kern liegt, so vorgesehen werden, dass dieser Spalt einen Teil der höhlen Gießform bildet, wenn das geschmolzene Harz eingespritzt wird. Mit Hilfe dieser Struktur wird die Form der Oberfläche des Vorsprungs, der gegenüber dem Hohlraum angeordnet ist, auf das fertige Formteil so übertragen, dass der Einfluss des anschließenden Rückzugs des beweglichen Kerns ausgeschaltet wird, und die Hautschichten fest ausgebildet werden können. In der gleichen Weise wird die Position des Vorsprungs, wenn er in den Hohlraum der Gießform gepresst wird, und die Position des beweglichen Kerns, wenn er ebenfalls in diese Gießform gepresst wird, in geeigneter Weise ausgewählt. Im allgemeinen werden diese Positionen so ausgewählt, dass ein geeignetes Spiel zwischen diesem Vorsprung und der Oberfläche der gegenüberliegenden Gießform hergestellt wird.

Zweite Ausführungsart

Nachstehend wird die zweite Ausführungsart der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die zweite Ausführungsart der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein leichtes faserverstärktes Formteil, das Poren, und insbesondere verteilte Poren aufweist, und bei dem die Bereiche mit Ausnahme der Umfangsbereiche des Formteils aus einer Vielzahl von Bereichen mit unterschiedlichen Expansionskoeffizienten bestehen. Die zweite Ausführungsart der vorliegenden Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren für die effiziente Herstellung eines solchen leichten faserverstärkten Formteils aus Harz.
Das Formteil wird mit Hilfe eines Gießverfahrens hergestellt, bei dem ein Harz auf den expandierten Abschnitt des Hohlraums der Gießform expandiert wird, welche durch den Rückzug eines beweglichen Kerns erreicht wird, der sich gegenüber dem Hohlraum bewegen und von ihm zurückziehen kann, und der eine Vielzahl von Oberflächen gegenüber diesem Hohlraum aufweist.
Um die vorgenannten Probleme in bezug auf die Verwendung eines einzigen beweglichen Kerns mit einer einfachen Form zu lösen, werden bei dem Herstellverfahren nach der zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung die Hautschichten auf den beiden Oberflächen des Formteils über eine nicht oder nur wenig expandierte Schicht teilweise miteinander verbunden. Daher wird in dem Herstellverfahren nach der zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ein Fasern enthaltendes geschmolzenes thermoplastisches Harz in den Hohlraum einer Gießform eingespritzt, welche aus einem Zwischenraum besteht, der durch den den Hohlraum bildenden Teil des in den Hohlraum gepressten beweglichen Kerns besteht, und der eine Vielzahl von Oberflächen (eine Vielzahl von beweglichen Abschnitten) aufweist, die gegenüber dem Hohlraum liegen und der sich in den Hohlraum der Gießform bewegen und aus ihr zurückziehen kann, und bei der anschließend der bewegliche Kern in der Richtung herausgezogen wird, in welcher der Hohlraum der Gießform expandiert wird.
Die Form und die Anzahl einer Vielzahl von beweglichen Kernen für die Herstellung der den Hohlraum bildenden Oberfläche werden entsprechend der Größe und der gewünschten Merkmale des Formteils in geeigneter Weise ausgewählt. In der gleichen Weise wird die Position der Vielzahl von beweglichen Kernen, welche in den Hohlraum gedrückt werden, in geeigneter Weise ausgewählt. Im allgemeinen wird diese Position so gewählt, dass ein geeigneter Zwischenraum zwischen den beweglichen Kernen und einer anderen gegenüberliegenden Gießform hergestellt wird, um den Expansionskoeffizienten des Formteils zu erreichen.

Dritte Ausführungsart

Nachstehend wird die dritte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die dritte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein faserverstärktes Formteil aus Harz, welches Hautschichten, einen Fasern enthaltenden groben Bereich mit weitgehend kontinuierlichen Poren und einen Fasern enthaltenden dichten Bereich enthält, in dem weitgehend keine kontinuierliche Poren enthalten sind, und bei dem der dichte Bereich eine Rippenstruktur bildet, welche die Hautschichten überbrückt. Die dritte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls auf ein geeignetes Verfahren gerichtet, um ein solches faserverstärktes Formteil aus Harz herzustellen.
In der dritten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung wird ein leichtes faserverstärktes Formteil aus Harz mit verteilten Poren mit Hilfe der Rückfederungswirkung hergestellt, welche durch die Flachsabfälle erzeugt wird, die in dem geschmolzenen Harz enthalten sind, und zwar mit Hilfe eines Satzes von Gießformen, die einen beweglichen Kern mit einem Schlitz aufweisen, der mit der hohlen Gießform in Verbindung steht. Das heißt, das die Fasern enthaltende geschmolzene Harz wird unter Druck oder ohne Druck in den Hohlraum der Gießform so eingespritzt, dass das Harz in den Hohlraum eingefüllt werden kann. Sobald das eingefüllte Harz in den Schlitz eindringt, in dem die Abkühlung sehr stark ist, wird die Fließfähigkeit des Harzes verringert oder geht sogar verloren. Anschließend wird der bewegliche Kern in die Position zurückgezogen, in welcher das Volumen des fertigen Formteils erreicht wird, und das Harz Wird dann aufgrund des vorgenannten Rückfederungseffektes expandiert, gefolgt von einer Abkühlung, um dadurch ein leichtes faserverstärktes Formteil, das Poren aufweist, herzustellen.
In der Zwischenzeit wurde das in dem Schlitz enthaltene Harz abgekühlt und der Form der Gießform angepasst. Wenn der bewegliche Kern zurückgezogen wird, wird das Harz von dem beweglichen Kern abgelöst und verbleibt im Inneren des Hohlraums. Daher wird das Harz in dem Schlitz weitgehend nicht expandiert. Selbst wenn das Harz expandiert wird, ist der Grad der Expansion sehr gering, und daher erfolgt unter normalen Bedingungen keine Expansion, durch welche kontinuierliche Poren entstehen können, so dass ein dichter Bereich hergestellt werden kann. Das in dem Schlitz enthaltene Harz bildet eine Rippenstruktur, welche die Hautschichten auf den beiden Seiten des Formteils verbindet. Mit Hilfe dieser Struktur wird die Festigkeit, die Steifigkeit und die Festigkeit gegen Verwindungen in einem Formteil verbessert, welches eine größere Oberfläche und ein größeres Volumen aufweist, während eine Reduzierung des Gewichtes dieses Formteils erreicht wird.
Um die vorgenannten Probleme in bezug auf die Verwendung eines einzigen beweglichen Kerns mit einer einfachen Form zu lösen, werden in der dritten Ausführungsart des Herstellverfahrens nach der vorliegenden Erfindung die Hautschichten auf den beiden Oberflächen des Formteils über einen dichten Harzbereich mit einer weitgehend geringfügigen Porosität teilweise miteinander verbunden.
Daher wird in dem Herstellverfahren nach der dritten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ein Fasern enthaltendes geschmolzenes Harz in den Hohlraum einer Gießform eingespritzt oder unter Druck eingefüllt, um dadurch das Harz in diesen Hohlraum einzufüllen, welcher aus einem Satz von Gießformen besteht, die einen beweglichen Kern mit einem Schlitz aufweisen, welcher mit dem Hohlraum in Verbindung steht und der sich gegen den Hohlraum der Gießform bewegen und von ihr zurückziehen kann, und anschließend wird der bewegliche Kern für die Expansion des Harzes in die Position zurückgezogen, welche das Volumen des fertigen Formteils gewährleistet, wobei das in dem Schlitz befindliche Harz nach der Abkühlung in dem Hohlraum verbleibt.
Das Volumen des Hohlraums, in den das Harz eingespritzt oder unter Druck eingefüllt wird, um dadurch diesen Hohlraum mit Harz zu befüllen, wird so bestimmt, dass es kleiner ist, als das Volumen des fertigen Formteils, um dadurch die Wandstärke und die Gewichtsreduzierung (Expansionskoeffizient) des fertigen Formteils zu erreichen. Der anfängliche Hohlraum der Gießform kann mit Hilfe eines beweglichen Kerns mit einem Schlitz hergestellt werden, welcher mit dem Hohlraum einer festen Gießform in Verbindung steht. Vorzugsweise enthält er ebenfalls zusätzlich zu dem beweglichen Kern eine bewegliche Gießform, deren Struktur so beschaffen ist, dass sich der bewegliche Kern innerhalb der beweglichen Gießform hin- und herbewegen kann.
Die Form des beweglichen Kerns wird entsprechend der Größe und der gewünschten Eigenschaften des Formteils bestimmt. Die Anordnung, die Form, die Größe, die Anzahl, die Verteilung, etc. der Schlitze in dem beweglichen Kern werden beliebig im Hinblick auf die Form, die Wandstärke, den Bereich, das Volumen, den Grad der Gewichtsreduzierung, die Einsatzbedingungen und die gewünschte Leistung des Formteils bestimmt. Üblicherweise wird mindestens ein Schlitz in den zentralen Teil des Formteils eingebracht, wobei dieser Schlitz die Form einer Kerbe mit einer Breite von etwa 1-10 mm und einer Länge von 10 mm oder darüber hat. Vorzugsweise verläuft der Schlitz in allen Richtungen kontinuierlich oder intermittierend. Die Tiefe des Schlitzes in Richtung der Wandstärke entspricht in etwa der Tiefe des Formteils, oder ist manchmal sogar etwas größer. Die Gießform wird vorzugsweise so abgekühlt, dass der Schlitz des beweglichen Kerns intensiv abgekühlt wird. Ein Vorsprung, der auf einer festen Gießform ausgebildet ist und dem Schlitz in dem beweglichen Kern entspricht, kann die Abkühlung am Eintritt des Schlitzes unterstützen und die Wirkung der Rippenstruktur je nach der Wandstärke des ursprünglichen Hohlraums verbessern.
Die Gießformen bestehen vorzugsweise aus festen, beweglichen und verschiebbaren Gießformen, da der Freiheitsgrad der Gießbedingungen gewährleistet ist und das Formteil leicht herausgenommen werden kann. Daher besteht der Hohlraum der Gießform aus einer verschiebbaren Gießform, einem beweglichen Kern, der sich innerhalb der verschiebbaren Gießform hin- und herbewegen kann, und einer festen Gießform. In diesem Fall können die Teile des Hohlraums mit Ausnahme des Schlitzes weitgehend flach ausgebildet sein. Zwischen der verschiebbaren Gießform und dem beweglichen Kern kann ein Spalt vorgesehen werden, der so gestaltet ist, dass dieser Spalt einen Teil des Hohlraums der Gießform bildet, wenn das geschmolzene Harz eingespritzt wird. Mit Hilfe dieser Struktur werden die Form und die Oberfläche des peripheren Randes des Hohlraums auf den peripheren Rand des fertigen Formteils übertragen, wenn das geschmolzene Harz in den Hohlraum der Gießform eingespritzt oder unter Druck eingefüllt wird. Daher bewirkt der anschließende Rückzug des beweglichen Kerns die Expansion, wobei die Form erhalten bleibt, so dass ebenfalls eine feste Ausbildung eines dichten Bereiches in dem peripheren Rand erreicht wird.

Vierte Ausführungsart

Als nächstes wird die vierte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die vierte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein leichtes faserverstärktes Formteil, das Poren und insbesondere verteilt angeordnete Poren enthält, sowie einen Vorsprung auf mindestens einer der Oberflächen in Richtung der Wandstärke des Formteils aufweist, und bei dem der dem Vorsprung entsprechende Bereich eine Porosität aufweist, die geringer ist als die Porosität der anderen Bereiche. Die vierte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren für die Herstellung eines solchen faserverstärkten Formteils aus Harz.
Die vierte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenn durch die Expansion eines geschmolzenen Harzes auf das Volumen des Hohlraums der Gießform mit Hilfe der Rückfederung, welche durch die darin enthaltenen Flachsabfälle erzeugt wird, Poren hergestellt werden, ein Fasern enthaltendes geschmolzenes Harz in den Hohlraum einer Gießform, die einen gekerbten Abschnitt aufweist, eingespritzt wird, um einen Vorsprung auf mindestens einer Oberfläche in Richtung der Wandstärke des Formteils mit einer flachen Struktur herzustellen, und dass anschließend die Gießform in der Richtung, in welcher der Hohlraum der Gießform expandiert wird, zurückgezogen wird. Daher hat der Bereich, welcher dem Vorsprung des Formteils entspricht, eine Porosität, die geringer ist, als die Porosität der anderen Abschnitte.
Wenn ein Hohlraum mit einer flachen Form verwendet wird, erhält man ein leichtes faserverstärktes Formteil mit einem fast gleichmäßigen Expansionskoeffizienten (Porosität). Wenn jedoch ein beweglicher Kern so verwendet wird, dass ein Spalt zwischen dem beweglichen Kern und der Seitenwand entsteht, erhält man ein Formteil, welches einen Umfangsbereich besitzt, der nicht oder nur geringfügig expandiert worden ist, während dies anderen Umfangsbereiche, wie zum Beispiel der zentrale Teil, eine gleichmäßige hohe Expansion aufweisen. Da dieses Formteil auf seiner Oberfläche eine nicht expandierte Hautschicht aufweist, welche während der Kühlung nicht mit der Wand der Gießform in Berührung steht, hat das Formteil ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit und Steifigkeit. Es ist jedoch möglich, dass dieses Formteil mit der dreischichtigen Struktur, die aus einer Hautschicht/Expansionsschicht/Hautschicht in Richtung der Wandstärke besteht, keine ausreichende Steifigkeit besitzt, wenn seine Oberfläche und sein Volumen groß sind, und außerdem eine ungenügende Festigkeit gegenüber lokalen Lasten und Verwindungen besitzt.
Um diese Probleme zu lösen, werden in der vierten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung die Hautschichten auf den beiden Oberflächen mit Hilfe eines nicht expandierten oder nur geringfügig expandierten Harzes teilweise miteinander verbunden. Daher wird in dem Herstellverfahren nach der vierten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung ein Fasern enthaltendes geschmolzenes Harz in den Hohlraum einer Gießform eingespritzt, welcher aus einem Zwischenraum besteht, der durch einen beweglichen Kern gebildet wird, der sich in dem Hohlraum der Gießform hin- und herbewegen kann, und der einen gekerbten Teil für die Ausbildung eines Vorsprungs in Richtung der Wandstärke des Formteils aufweist, wobei dieser bewegliche Kern anschließend so zurückgezogen wird, dass der Hohlraum expandiert werden kann.
Die Anordnung, die Form, die Größe, die Verteilung etc. der gekerbten Teile für die Herstellung des Vorsprungs werden beliebig im Hinblick auf die Form, die Wandstärke, die Oberfläche, das Volumen, den Grad der Gewichtsreduzierung, die Einsatzbedingungen und die erwartete Leistung des Formteils bestimmt. Der gekerbte Teil wird mindestens entweder auf einem festen oder einem beweglichen Kern für die Herstellung der Gießform angeordnet, und kann sowohl auf dem festen als auch auf dem beweglichen Kern an den entsprechenden Positionen auf den beiden Oberflächen und an anderen Stellen angeordnet werden. Der Vorsprung kann auch kontinuierlich am Umfang des Formteils angeordnet werden, um dadurch das Aussehen des Umfangsbereiches des Formteils zu verbessern. Da jedoch ein Formteil im allgemeinen eine glatte Oberfläche haben sollte, wird der Vorsprung vorzugsweise an der Rückseite des Formteils angeordnet. Die Form des Vorsprungs ist vorzugsweise rippenförmig ausgebildet, um dadurch seine Wirkung zu maximieren. Aus diesem Grund wird der Vorsprung üblicherweise an der Rückseite des Formteils angeordnet und hat eine Breite von etwa 2-20 mm und eine Länge von etwa 10 mm oder mehr. Vorzugsweise verläuft dieser Vorsprung in allen Richtungen entweder kontinuierlich oder intermittierend. Bei dem Herstellverfahren nach der vierten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung wurde überraschend festgestellt, dass ein Fasern enthaltendes geschmolzenes Harz in verschiedenen Geschwindigkeiten in dem Bereich expandiert, welcher dem gekerbten Bereich in dem Hohlraum der Gießform und in anderen Bereichen entspricht. Das heißt, die Expansion in dem gekerbten Bereich, wie zum Beispiel einem dicken Bereich des Formteils, wird unterdrückt, so dass auf den Vorsprung des Formteils die Funktion einer Rippe ausgeübt wird, und gleichzeitig die Rippenwirkung aufgrund der geringen Porosität in Richtung der Wandstärke und selbst in dem zentralen Teil des Formteils und dessen dichtere Struktur im Vergleich zu anderen Abschnitten verbessert wird.
Bei dem Verfahren für die Herstellung eines leichten faserverstärkten Formteils nach einem der vorstehend beschrieben Verfahren kann ein Gas, wie zum Beispiel Stickstoff, in das die Fasern enthaltende geschmolzene Harz in dem Hohlraum der Gießform jeder Zeit, zwischen oder Einleitung und der Beendigung der Expansion des Hohlraums der Gießform eingespritzt werden.
Das Einspritzen von einem Gas unterstützt die Expansion des die Fasern enthaltenden geschmolzenen Harzes, um dadurch das geschmolzene Harz fest gegen die Formfläche des Formteils zu drücken. Da das Harz in engem Kontakt mit der Oberfläche der Gießform abgekühlt wird, entstehen keine Sinkmarken auf der Oberfläche des Formteils. Bei der dritten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung kann die Haftung zwischen einem dichten Bereich des Schlitzes und dem Harz, das sich in einem groben Bereich befindet, welcher den expandierten Abschnitt bildet, verbessert werden. Weiterhin verbessert die Zirkulation des Gases in der Gießform die Abkühlung des Formteils, wodurch der Gießzyklus verkürzt wird. In einem solchen Fall kann die Beimischung einer flüchtigen Flüssigkeit, wie zum Beispiel von Wasser, die Kühlwirkung noch verstärken.
Weiterhin ermöglicht der vorherige Auftrag einer Schutzfolie die Herstellung eines leichten faserverstärkten Formteils, das mit dieser Schutzfolie integral vergossen ist. Wenn eine Schutzfolie integral mit einem Formteil vergossen ist, wird die Schutzfolie im allgemeinen auf die Oberfläche der festen Gießform aufgetragen. Bei einem Formteil, dessen Oberfläche mit einer Schutzfolie überzogen ist, wird das Harz durch eine Seitenöffnung eingespritzt. Im allgemeinen ist ein gekerbter Teil in die Oberfläche des Harzes hinter der Schutzfolie eingebracht.
Bei den Verfahren nach den verschiedenen Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung ist das die Fasern enthaltende geschmolzene Harz vorzugsweise ein Fasern enthaltende Harz in Form von Pellets mit einer Länge von 2-100 mm, welche parallel angeordnete Fasern mit der gleichen Länge in einer Menge von 20-80 Gew.-% enthalten, oder aber ein Gemisch aus diesen Pellets und anderen Fasern enthaltenden Pellets in einer Menge von 10-70 Gew.-%, welche erweicht und geschmolzen werden.
In diesem Zusammenhang können die anderen Pellets üblicherweise Pellets aus einem thermoplastischen Harz sein, das verschiedene Zusätze, oder aber ein Harz das keine Fasern enthält, oder aus einem Harz bestehen, das durch Schmelzkneten von Glasfasern od. dgl. hergestellt wird.
Die anderen vorstehend beschriebenen Pellets erhalten die in einem geschmolzenen thermoplastischen Harz enthaltenen Fasern für eine lange Zeit und verbessern deren Dispergierbarkeit während dem Spritzgießen.
Die oben beschriebenen Materialien gewährleisten eine starke Rückfederungswirkung. Das heißt, die in einem geschmolzenen thermoplastischen Harz enthaltenen Glasfasern bleiben für eine Lange Zeit erhalten und deren Dispergierbarkeit wird während dem Gießen verbessert. Eine kleine Menge eines Treibmittels (3 Gew.-% oder weniger) kann dem Harzmaterial beigemischt werden, um eine ungenügende Expansion auszugleichen.
Für die Reduzierung des Gewichtes des leichten faserverstärkten Formteils nach den verschiedenen Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung wird der gesamte Expansionskoeffizient in einem Bereich von 1,5-8 gewählt, der je nach der Art der in dem Harz enthaltenen Fasern, deren Gehalt und den für das Formteil gewünschten Eigenschaften variieren kann. Wenn der Expansionskoeffizient unter 1,5 liegt, ist die durch die Gewichtsreduzierung erzielte Wirkung gering. Wenn der Expansionskoeffizient jedoch über 8 liegt, wird die Glätte der Oberfläche des Formteils beeinträchtigt, die dichte Hautschicht auf den Oberflächen wird dünner und die Festigkeit des Formteils wird verringert.
Die durchschnittliche Porosität liegt etwa zwischen 30-90%, und vorzugsweise zwischen etwa 33-88%. Wenn die durchschnittliche Porosität jedoch 30% oder weniger beträgt, ist die Wirkung der Gewichtsreduzierung nur gering und wenn die durchschnittliche Porosität über 90% liegt, wird die Glätte der Oberfläche des Formteils verringert, die dichten Hautschichten auf der Oberfläche werden dünner und die Festigkeit wird verringert.
Der eine Rippe bildende Harzbereich des Formteils hat eine niedrigere Porosität, als die anderen flachen Bereiche. Die Poren, die nicht mit anderen Poren in Verbindung stehen, liegen zwischen 0-30%.
In der ersten Ausführungsaxt der vorliegenden Erfindung ist die Porosität des Harzes, welches den Vorsprung des Formteils bildet, vorzugsweise geringer, als die Porosität der anderen flachen Bereiche.
In der vierten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung hat der Bereich, welcher dem Vorsprung des faserverstärkten Formteils entspricht, eine Porosität zwischen 0,1-60% und die anderen flachen Teile haben eine Porosität zwischen 30-90%. Diese Porositäten werden in einfacher Weise durch die Regulierung des Volumens des Hohlraums der Gießform während der Einspritzung des geschmolzenen Harzes erreicht, und der Grad der Expansion des Harzes wird mit Hilfe der Expansion des Volumens des Hohlraums der Gießform auf das Volumen des fertigen Formteils erreicht.
Die durchschnittliche Länge der in dem Formteil enthaltenen Glasfasern beträgt 1-20 mm, und vorzugsweise 2-15 mm. Wenn die durchschnittliche Länge der Fasern unter 1 mm liegt, sind die Verfilzung und der Grad der Expansion ungenügend, wodurch sich Nachteile in bezug auf die Festigkeit, die Steifigkeit und die Stoßfestigkeit ergeben des Formteils. Wenn die durchschnittliche Länge der Fasern über 20 mm liegt, werden die Dispergierbarkeit und die Fließfähigkeit der Fasern während der Schmelzung ungenügend und daher kann das Harz nicht leicht in einen dünnwandigen Teil, wie zum Beispiel einen Schlitz oder ein Kopfende der Gießformen fließen, so dass das Erscheinungsbild fehlerhaft, oder die Formbarkeit verschlechtert wird.
Wenn Glasfasern verwendet werden, so liegt deren Gehalt Menge im allgemeinen zwischen 10-70 Gew.-%, und vorzugsweise zwischen 15-60 Gew.-%. Wenn die Menge der Fasern unter 10 Gew.-% liegt, sind die Expansion, die Festigkeit, die Steifigkeit und die Wärmefestigkeit nicht ausreichend. Wenn jedoch die Menge der Fasern über 70 Gew.-% liegt, sinkt die Fließfähigkeit während der Schmelzung, so dass das Erscheinungsbild fehlerhaft sein kann, oder die Expansion und Formbarkeit verschlechtert werden.
In diesem Zusammenhang bezieht sich der Expansionskoeffizient auf das "Volumen nach der Expansion/Volumen ohne Poren vor der Expansion", und die Porosität (%) bezieht sich auf das (Volumen des Formteils - Volumen ohne Poren (Volumen vor der Expansion)/Volumen des Formteils) · 100".
In den anderen flachen groben Teilen liegt die Porosität der Poren, die mit anderen Poren kommunizieren, zwischen 50-90%. Der Begriff "Volumen des Formteils" kann einen Teilabschnitt der Gießform umfassen.
Die thermoplastischen Harze, die in den jeweiligen Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind nicht besonders limitiert, und es können Polyolefinharze, wie zum Beispiel Polypropylen, Blockcopolymere des Propylen-Ethylen, beliebige Copolymere des Propylen- Ethylen und Polyethylen; Polystyrolharze; ABS-Harze; Polyvinylchloridharze;
Polyamidharze, Polyesterharze; Polyacetalharze; Polycarbonatharze; polyaromatische Etherharze; polyaromatische Thioetherharze; polyaromatische Esterharze; Polysulfonharze; und Acrylatharze verwendet werden.
Von diesen thermoplastischen Harzen werden vorzugsweise Polypropylenharze, wie zum Beispiel Polypropylen, Blockcopolymere oder beliebige Copolymere des Polypropylen und ein weiteres Olefin und deren Gemische verwendet: Polyamidharze; Polyesterharze; und Polycarbonatharze; und noch bevorzugter Polypropylenharze, welche ein säuremodifiziertes Polyolefinharz enthalten, das mit einer ungesättigten homozyklischen Kohlenstoffverbindung oder einem Derivat dieser Verbindung modifiziert worden ist.
Die hier verwendbaren Fasern umfassen Keramikfasern, wie zum Beispiel Borfasern, Silikoncarbonatfasern, Aluminiumoxidfasern, Silikonnitridfasern, Zirkoniumfasern; anorganische Fasern, wie zum Beispiel Glasfasern, Kohlenstoffasern, metallische Fasern, Kupferfasern, Messingfasern, Stahlfasern, rostfreie Stahlfasern, Aluminiumfasern und Fasern aus einer Aluminiumlegierung; organische Fasern, wie zum Beispiel Polyesterfasern, Polyamidfasern, Aramidfasern und Polyarylatfasern. Von diesen Fasern werden Glasfasern bevorzugt eingesetzt.
Als Material für das Fasern enthaltende thermoplastische Harz werden vorzugsweise Fasern enthaltende thermoplastische Harzpellets mit einer Länge zwischen 2-100 mm verwendet, welche parallel angeordnete Fasern mit der gleichen Länge in einer Menge zwischen 20-80 Gew.-% oder ein Gemisch aus solchen Pellets und anderen Fasern enthaltende Pellets in einer Menge zwischen 10-70 Gew.-% enthalten. Wenn Pellets, die parallel angeordnete Fasern in einer Menge zwischen 20-80 Gew.-% enthalten, erweicht, geschmolzen oder geknetet werden, können die darin enthaltenen Fasern nicht leicht brechen und es wird eine ausgezeichnete Dispergierbarkeit erreicht. Mit den vorstehend genannten Pellets wird die Wirkung der Rückfederung, welche durch das - die Fasern enthaltende geschmolzene Harz bewirkt wird, in dem Hohlraum der Gießform verstärkt und die Länge der in dem fertigen Formteil enthaltenen Fasern wird vergrößert, und die Eigenschaften und das Erscheinungsbild des Formteils werden verbessert. Als Formschraube für das Spritzgießen wird vorzugsweise eine Formschraube verwendet, die einen relativ geringen Expansionskoeffizienten gewährleistet, um dadurch das Brechen der Fasern zu verhindern.
Als Glasfasern können Fasern aus E-Glas, S-Glas od. dgl. verwendet werden, die einen mittleren Faserdurchmesser von 25 um oder weniger und vorzugsweise einen Faserdurchmesser zwischen 3-20 um haben. Wenn der Durchmesser der Fasern unter 3 um liegt, sind die Glasfasern während der Herstellung von Pellets nicht mit dem Harz kompatibel und daher können diese Fasern nicht ohne Schwierigkeiten mit dem Harz imprägniert werden. Wenn jedoch der Durchmesser der Fasern über 20 um liegt, verschlechtert sich das Erscheinungsbild des Formteils und die Fasern fließen nicht in einfacher Weise in einen bestimmten Abschnitt, wie zum Beispiel eine Rippe, und können daher brechen oder beschädigt werden. Bei der Herstellung der Pellets aus den weiter oben genannten thermoplastischen Harze und Glasfasern mit Hilfe eines Strangpressverfahrens werden die Glasfasern einer Oberflächenbehandlung mit einem Haftmittel unterzogen und mit Hilfe eines Binders in Bündel von 100- 1.000 Fasern, vorzugsweise 150-5.000 Fasern zusammengefasst.
Das hierfür geeignete Haftmittel kann aus konventionellen Haftmitteln aus Siliziumwasserstoff und Titan ausgewählt werden. Zum Beispiel können ein Aminosilan und ein Epoxysilan verwendet werden, wie zum Beispiel ein γ- Aminopropyltriethoxysilan, ein N-β-(Aminoethyl)-γ- Aminopropyltriethoxysilan, ein γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan oder ein β- (3,4, Epoxycyclohexyl) Ethyltrimethoxysilan. Besonders bevorzugt werden hier die vorstehend genannten Aminosilan-Verbindungen verwendet.
Als Bindemittel kann ein Urethanbinder, ein Olefinbinder, ein Acrylbinder, ein Butadienbinder oder ein Epoxybinder verwendet werden. Von diesen Bindemitteln werden vorzugsweise ein Urethanbinder und ein Olefinbinder verwendet. Als Urethanbinder kann entweder ein mit Öl modifizierter Einkomponentenbinder, ein Feuchtigkeit bindender Binder, ein Binder vom Blocktyp oder ein ähnlicher Typ eines Binders verwendet werden; oder aber ein Zweikomponentenbinder, der als katalytische Beschichtung oder als Polyol- Beschichtung od. dgl. wirkt, solange wie der Urethanbinder ein Polyisocyanat enthält, welches durch die Polyaddition von Diosocyanat und einen Polyalkohol erhalten wird. Als Olefinbinder kann ein säuremodifiziertes Polyolefinharz verwendet werden, das eine ungesättigte Kohlensäure oder ein Derivat dieser Säure enthält.
Die Fasern enthaltenden Harzpellets werden durch Auftrag/Imprägnierung des thermoplastischen Harzes auf die Glasfasern hergestellt, welche mit Hilfe des vorgenannten Binders miteinander verbunden werden. Die Verfahren für den Auftrag/Imprägnierung der Glasfasern umfassen ein Verfahren, bei dem Faserbündel so durch das geschmolzene Harz geleitet werden, dass die Fasern mit dem Harz imprägniert werden, sowie ein Verfahren, bei dem die Fasern mit dem an den Fasern haftenden geschmolzenen Harz imprägniert werden, während das geschmolzene Harz in einer Gießform oder durch ein ähnliches Verfähren expandiert werden. Um außerdem die Imprägnierung der Fasern mit dem Harz zu vereinfachen, das heißt, um die Benetzung der Fasern zu verbessern, kann ein Strangpressverfahren eingesetzt werden, bei dem unter Spannung stehende Faserbündel durch das Innere einer Gießform geleitet und aus ihr herausgezogen werden, deren innerer Umfang Vorsprünge und Vertiefungen aufweist. Die Faserbündel werden anschließend in einem zusätzlichen Schritt durch Druckwalzen geleitet. Wenn die Glasfasern in einfacher Weise mit dem nassen Harz getränkt werden, kann der vorstehend genannte Schritt der Zusammenfassung der Fasern in Bündel ausgelassen werden, da die Glasfasern in einfacher Weise mit dem geschmolzenen Harz imprägniert werden können, so dass die Herstellung der Pellets vereinfacht wird. Um die Benetzung der Fasern zu vereinfachen, kann zweckmäßigerweise ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem die Polarität auf das Harz übertragen wird, sowie ein Verfahren, bei dem funktionelle Gruppen, welche mit einem Haftungsmittel reagieren, auf die Oberfläche der Glasfasern gepfropft werden.
Nach diesem Verfahren hergestellte mit Harz imprägnierte lange Faserbündel (Litzen, etc.) werden in Richtung ihrer Breite aufgeschnitten, um dadurch Harzpellets herzustellen, die lange Fasern enthalten, welche die gleiche Länge haben, wie die Pellets. In diesem Fall sind die Harzpellets nicht auf solche Pellets begrenzt, die mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt werden, bei dem die das Harz enthaltenden langen Faserbündel in einem weitgehend kreisförmigen oder seitlichen Querschnitt zerschnitten werden, und es können daher Faserbündel verwendet werden, welche mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt werden, bei dem die das Harz enthaltenden langen Faserbündel, welche die Form einer Folie, eines Streifens, einer Platte oder eines Bandes haben, die flach angeordnete Fasern enthalten, auf eine bestimmte Länge beschnitten werden.
Das vorstehend genannte Harzmaterial kann ein Treibmittel in einer Menge von 3 Gew.-% oder weniger enthalten.
Die Schäumkraft des in dem Material enthaltenen Treibmittels kompensiert die mangelnde Wiederherstellungskraft (Expansion) der Fasern, wenn die Wiederherstellungskraft (Expansion) bei der Rückfederung ungenügend ist. Daher wird das die Fasern enthaltende thermoplastische Harz zuverlässig auf das Volumen des Formteils expandiert, welches dem Rückzug des beweglichen Kerns entspricht.
Wenn das Treibmittel in einer Menge von mehr als 3 Gew.-% vorhanden ist, können Sinkmarken, ein fehlerhaftes Erscheinungsbild und große Hohlräume in dem Formteil entstehen, wodurch sich eine stark verringerte Festigkeit und Steifigkeit ergibt.
Aus diesem Grund wird die Menge des Treibmittels vorzugsweise so niedrig wie möglich gehalten. Insbesondere liegt diese Menge zwischen 0,01-3 Gew.- %.
In einem solchen Fall ist die Art des Treibmittels nicht besonders limitiert, solange es zersetzt werden kann, um ein Gas zu erzeugen, so dass ein Oxalsäurederivat, eine Azoverbindung, ein Hydrazinderivat, eine Semicarbazidverbindung, eine Azidverbindung, eine Trinitridverbindung, eine Nitritverbindung, ein Triazol, ein Harnstoff und ähnliche Verbindungen, ein Nitritsalz, ein Hydrid, ein Carbonatsalz und ein Bicarbonatsalz verwendet werden können. Insbesondere können Azodicarbonamide (ADCA), Benzensulfohydrazide, N,N-Dinitropentamethylentetramine und Terephthalazide verwendet werden. Soweit erforderlich, kann auch ein Füllmittel beigegeben werden, wie zum Beispiel ein Stabilisator, ein antistatisches Agens, ein witterungsbeständiges Agens, kurze Fasern, oder Talkum.
Als Gas, das in das die Fasern enthaltende geschmolzene thermoplastische Harz in dem Hohlraum der Gießform eingespritzt wird, wird vorzugsweise ein Kühlgas mit einer Temperatur von 15ºC oder weniger, und noch bevorzugter mit einer Temperatur von 0ºC oder darunter verwendet.
Dieses Gas kann in das die Fasern enthaltende geschmolzene Harz durch eine Gasdüse eingespritzt werden, welche in die Düse einer Einspritzvorrichtung für die Erweichung und das Einspritzen das die Fasern enthaltende geschmolzene Harz eingesetzt ist, oder durch einen Gasanschluss, welcher in einem Eingusskanal, einer Gleitschiene oder einem Hohlraum in den Gießformen angeordnet ist.
Als Düse oder Gasanschluss für das Einspritzendes Gases wird vorzugsweise ein Gasanschluss verwendet, der in den Gießformen angeordnet ist, und insbesondere ein Gasanschluss, der in dem Hohlraum der Gießform angeordnet ist.
Der Gasdruck liegt zwischen 0,01-20 MPa, und bevorzugt zwischen 0,1-5 MPa und noch bevorzugter zwischen 0,5-2 MPa. Der Gasdruck wird entsprechend der Größe, der Form und dem Expansionskoeffizienten des Formteils; der Fließfähigkeit, der Viskosität und dem Fasergehalt des geschmolzenen Harzes; der Form der Gießformen und vergleichbaren Faktoren eingestellt. Wenn der Gasdruck verringert wird, kann das Entstehen von großen Hohlräumen in dem geschmolzenen Harz verhindert werden, und die Festigkeit kann zuverlässig gewährleistet werden. Daher kann das Gas nicht leicht in den Zwischenraum zwischen der Oberfläche des geschmolzenen Harzes und der Oberfläche der Gießform eindringen, und dadurch können Fehler, wie zum Beispiel Sinkmarken vermieden werden.
Wie bereits vorstehend erwähnt, kann das Gas unter einem relativ geringen Druck eingespritzt werden. Dies liegt daran, dass eine große Anzahl von miteinander kommunizierenden Poren mit Hilfe der durch die Fasern erzeugten Rückfederung in dem Formteil festgehalten wird.
Da jedoch nur isolierte Zellen während der Reduzierung des Gewichtes von konventionellen Fasern enthaltenden Harzen durch den Zusatz von Treibmitteln ausgebildet werden, ist eine Expansion dieser isolierten Zellen notwendig, um eine bestimmte Gasmenge einzuspritzen, das heißt, es ist eher ein unter hohem Druck stehendes Gas als ein unter niedrigem Druck stehendes Gas notwendig, wodurch große Hohlräume entstehen können.
Es ist also von wesentlicher Bedeutung, ob die Gewichtsreduzierung mit Hilfe von großen Hohlräumen oder durch kontinuierlich verteilte Poren erreicht wird.
Wenn der Gasdruck über 20 MPa liegt, so dringt das Gas häufig in den Zwischenraum zwischen der Oberfläche des geschmolzenen Harzes und der Oberfläche der Gießform ein und es entstehen in vielen Fällen große Hohlräume, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass Fehler im Erscheinungsbild, wie zum Beispiel Sinkmarken, Funktionsfehler und eine verringerte Festigkeit auftreten. Wenn jedoch in der vorliegenden Erfindung die Einspritzung des Gases vorgesehen wird, um eine mangelnde Expansion zu kompensieren, so ist ein hoher Druck nicht notwendig.
Bei der Abkühlung des Formteils wird das Harz vorzugsweise für eine kurze Zeit nach dem Formen abgekühlt, während das Gas zirkuliert und abgeleitet wird.
Eine Schutzfolie für die integrierte Abdeckung der Oberfläche des Formteils wird vor dem Gießen auf die Oberfläche des Formteils aufgetragen. Das heißt, der vorherige Auftrag der Schutzfolie auf die Oberfläche des Formteils erlaubt die Herstellung eines leichten faserverstärkten vielschichtigen Formteils.
Die Schutzfolie ist nicht unbedingt auf dieses Material limitiert und es kann je nach Zweck und Verwendung eine Vielzahl von Materialien verwendet werden. Die verwendbaren Schutzfolien umfassen zum Beispiel einschichtige Materialien, wie zum Beispiel gewebte und nicht gewebte Textilerzeugnisse, thermoplastische Harzfolien, Filme, zellulare thermoplastische Harzfolien, und Folien, die mit Mustern od. dgl. bedruckt sind; sowie vielschichtige Materialien, die eine Schutzfolie enthalten, wie zum Beispiel ein thermoplastisches Elastomer, oder ein Vinylchloridharz und eine Verkleidung, wie zum Beispiel ein thermoplastisches Harz, oder eine zellulare thermoplastische Harzfolie. In diesen Fällen kann das Formteil entweder ganz oder teilweise mit der Schutzfolie überdeckt werden. Die Herstellung des mit einer Schutzfolie überdeckten vielschichtigen Formteils beruht auf den Eigenschaften der Schutzfolie; falls also eine dämpfende Schutzfolie oder ein Fasermaterial verwendet wird, kann dieses Schutzfolie aufgrund des Druckes des unter normalen Gießbedingungen eingespritzten Harzes beschädigt werden. Daher wird vorzugsweise ein Gießverfahren eingesetzt, bei dem das Harz in einer Menge eingespritzt wird, die ausreicht, um das Volumen des Hohlraums der Gießform auszufüllen, und anschließend wird ein beweglicher Kern vorgeschoben, um das Harz zu komprimieren.
Bei dem Herstellverfahren nach der vorliegenden Erfindung kann für das Einspritzen ein Fasern enthaltendes geschmolzenen Harzes in den Hohlraum der Gießform sowohl ein übliches Verfahren wie auch ein sogenanntes Druckeinspritzverfahren eingesetzt werden, bei dem ein Fasern enthaltendes geschmolzenes Harz in einen Hohlraum der Gießform so eingespritzt wird, dass der Hohlraum dieser Gießform nur ungenügend mit dem Harz befüllt wird, und dann ein beweglicher Kern nach vorne geschoben wird, um das Harz zu komprimieren. Soweit das Formteil integral mit der Schutzfolie aus zellularen Folien oder Geweben vergossen wird, wird vorzugsweise das Verfahren der Druckeinspritzung verwendet, um unter einem niedrigen Druck ein Harz einzuspritzen, um dadurch Beschädigungen der Schutzfolie während der Einspritzung zu verhindern.
Nachstehend werden in bezug auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Erste Ausführungsart der vorliegenden Erfindung

In der Fig. 1 ist schematisch eine erste Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung eines leichten faserverstärkten Formteils nach der ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der Fig. 1(A) ist der Zustand unmittelbar vor der Einspritzung eines Fasern enthaltenden geschmolzenen thermoplastischen Harzes in die Gießform und die nachfolgende Expansion des Hohlraums der Gießform dargestellt. In der Fig. 1(B) ist der Zustand nach der Expansion des Hohlraums der Gießform und vor dem Öffnen der Gießform dargestellt, das heißt, der Zustand nach Abschluss der Herstellung des Formteils. In der Fig. 1(A) bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine feste Gießform; das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine bewegliche Gießform; das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen beweglichen Kern; das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Vorsprung der beweglichen Gießform 2; das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Harzdurchgang; die Bezugsnummer 6 bezeichnet einen Hohlraum; das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Gaseinlass; und das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Gasauslaß. Nach dem Start der Herstellung des leichten faserverstärkten Formteils aus Harz nach dieser Ausführungsart werden die feste Gießform 1 und die bewegliche Gießform 2 mit dem Vorsprung 4 miteinander verklemmt. Der bewegliche Kern 3 wird in den Hohlraum der Gießform 6 geschoben, um dadurch das Volumen des Hohlraums der Gießform für die Einspritzung zu bestimmen. Insbesondere wird der bewegliche Kern 3 in eine Position bewegt, in welcher ein Zwischenraum D1 in Richtung der Wandstärke eines Formteils hergestellt wird, wie dies in der Fig. 1(A) dargestellt ist. Inder Darstellung der Fig. 1(A) ist die Spitze des Vorsprungs 4 mit der Oberfläche des beweglichen Kerns 3 ausgerichtet. Das geeignete positionelle Verhältnis zwischen der Spitze und der Oberfläche kann jedoch entsprechend dem Expansionskoeffizienten des Formteils und dem Expansionskoeffizienten eines Teils des Formteils bestimmt werden, welcher einen gekerbten Teil in diesem Formteil umrundet. In der gleichen Weise können die Öffnung D2 und die Form des beweglichen Kerns 3 entsprechend der Form und dem Grad der erreichten Gewichtsreduzierung des fertigen Formteils bestimmt werden.
Ein Fasern enthaltendes geschmolzenes thermoplastisches Harz wird in dem oben genannten ursprünglichen Zustand aus der Düse eines nicht dargestellten Plastifikators durch eine Harzpassage 5 in den Hohlraum der Gießform 6 eingespritzt. Die Abkühlung des eingespritzten geschmolzenen Harzes beginnt an einem Abschnitt, welcher mit der Gießform in Kontakt steht. Bevor das geschmolzene Harz komplett abgekühlt und ausgehärtet ist, wird der bewegliche Kern 3 herausgezogen, wie dies in der Fig. 1(B) dargestellt ist. Insbesondere wird der bewegliche Kern 3 in eine Position gezogen, welche einem Zwischenraum D2 entspricht, das heißt, in eine Position, in welcher das Volumen des Hohlraums der Gießform expandiert worden ist, um ein fertiges Formteil herzustellen. Das Herausziehen des beweglichen Kerns 3 bewirkt die Rückfederung der in dem geschmolzenen Harz enthaltenen Flachsabfälle, wodurch die Expansion des geschmolzenen Harzes in die Form des fertigen Formteils bewirkt wird. Mit anderen Worten, die so erzeugte Expansionskraft bewirkt, dass das geschmolzene Harz gegen die Oberfläche der Gießform gepresst und entsprechend geformt wird. Während der Formung steht der Vorsprung 4 der beweglichen Gießform 2 still. Dadurch wird ein gekerbter Teil, welcher dem Vorsprung 4 entspricht, in dem Formteil hergestellt. Nach der Abkühlung wird die Gießform geöffnet und das leichte faserverstärkte Formteil wird aus der Gießform herausgenommen.
Nach dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung wird der bewegliche Kern 3 in den Hohlraum der Gießform 6 in Richtung der Wandstärke des Hohlraums der Gießform 6 eingeschoben und anschließend wird das geschmolzene Harz eingespritzt. Danach wird der bewegliche Kern 3 herausgezogen, um das eingespritzte geschmolzene Harz zu expandieren. Da er in den Hohlraum der Gießform 6 reicht, bewirkt der Vorsprung 4 ebenso wie die Oberfläche der Gießform und die Oberfläche des beweglichen Kerns 3 die Abkühlung des geschmolzenen Harzes. Die Abkühlung des geschmolzenen Harzes oder eine Reduzierung der Temperatur des geschmolzenen Harzes bewirkt einen Anstieg der Viskosität des geschmolzenen Harzes. Daher wird in dem abgekühlten Bereich des geschmolzenen Harzes die Expansion gegenüber den anderen Bereichen des geschmolzenen Harzes unterbunden oder limitiert. Daher enthält der Formteil einen groben stark expandierten Bereich H1 und einen dichten nur gering expandierten Bereich L2. Aufgrund der Anwesenheit des Vorsprungs 4 wird der dichte Bereich L1 nicht nur am Umfang des Formteils sondern auch entlang dem gekerbten Teil dieses Formteils ausgebildet.
Die Struktur, welche durch den gekerbten Teil und den ihn umgebenden dichten Bereich L1 gebildet wird, erfüllt die Funktion einer Rippenstruktur, welche die Wirkung erzielt, die durch ein rippenartige Struktur erreicht würde.
Bei dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung muss in den Hohlraum der Gießform 6 ein geschmolzenes Harz eingespritzt werden, das eine hohe Expansionsfähigkeit besitzt, von der die Erreichung des Grades der Gewichtsreduzierung eines Formteils abhängt. Wie bereits weiter oben erwähnt, haben die in dem eingespritzten geschmolzenen Harz enthaltenen Fasern, wie zum Beispiel Glasfasern, vorzugsweise eine große durchschnittliche Länge. Um ein Formteil mit einer großen Porosität herzustellen, kann eine kleine Menge eines Treibmittels dem Harzmaterial beigefügt werden. Das Treibmittel ergänzt die Expansionskraft, welche durch die Rückfederung bewirkt wird, in einer Weise, dass das geschmolzene Harz in engen Kontakt mit der Oberfläche der Gießform gebracht wird, um dadurch die Entstehung von Sinkmarken zu verhindern. Außerdem kann, nachdem der Rückzug des beweglichen Kerns 3 beginnt, ein Gas mit einem relativ geringen Druck, der nicht über 1 MPa liegt, über einen Gaseinlass 7 in den Hohlraum der Gießform 6 eingeleitet werden, während der Gasauslass 8 geschlossen ist. Alternativ kann Gas aus dem Gasauslass 8 abgegeben werden, während der Gasdruck an dem Gasauslass 8 auf einem bestimmten Wert gehalten wird. Dadurch wird die Abkühlung des Formteils gefördert und die Entstehung von Sinkmarken auf der Oberfläche des Formteils verhindert. Im Gegensatz zu isolierten Poren, welche durch die Verwendung eines Treibmittels für die Erreichung einer Gewichtsreduzierung in konventionellen Verfahren ausgebildet werden, sind die Poren, welche in dem leichten faserverstärkten Formteil nach der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden, aufgrund der Rückfederung der Flachsabfälle, die in dem geschmolzenen Harz enthalten sind, kontinuierlich angeordnet. Das heißt, die Poren werden kontinuierlich entlang den Flachsabfällen ausgebildet. Daher ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas in ein Formteil eingeleitet werden kann, während ein expandierter Abschnitt des Formteils homogenisiert wird. Durch die Einleitung von Gas in das Formteil kann dieses Formteil auch von der Innenseite abgekühlt werden, wodurch der Gießzyklus deutlich verkürzt wird. Ein Bereich des Formteils, welcher den gekerbten Teil umrundet, und der in dem Formteil durch den Vorsprung 4 hergestellt wird, wird nur leicht oder überhaupt nicht expandiert. Wenn ein Gas in den Hohlraum der Gießform 6 eingeleitet wird, werden die Poren in dem Formteil vorzugsweise kontinuierlich in dem gesamten Formteil ausgebildet, damit das Gas durch dieses Formteil fließen kann, welches einen nur gering expandierten Bereich aufweist.
In der Fig. 2 ist schematisch eine zweite Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung eines leichten faserverstärkten Formteils nach der ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese zweite Ausführungsart unterscheidet sich von der in der Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsart dadurch, dass wenn der bewegliche Kern 3 vorgeschoben wird, ein seitlicher Spalt 9 zwischen der beweglichen Gießform 2 und dem beweglichen Kern 3 hergestellt wird, und dass der Hohlraum der Gießform 6, in welchen das geschmolzene Harz eingespritzt wird, durch die Oberfläche der Gießform, die Oberfläche des beweglichen Kerns 3 und die Oberfläche des Vorsprungs 4 gebildet wird. Nach dem Einspritzen des geschmolzenen Harzes in den Hohlraum der Gießform 6 wird das geschmolzene Harz unter hohem Druck gegen die Oberfläche der Gießform gepresst, um dadurch eine größere Außenfläche des fertigen Formteils an der Oberfläche der Gießform herzustellen, und wird dann einer Abkühlung durch die Oberfläche der Gießform und einer Verfestigung in einem gewissen Grad unterzogen. Wenn also der bewegliche Kern 3 herausgezogen wird, unterliegt die Außenfläche, und insbesondere die Seitenfläche des Formteils keinen nachteiligen Wirkungen, die sich aus dem Herausziehen des beweglichen Kerns 3 ergeben könnten. Mit Hilfe dieser zweiten Ausführungsart kann ein besseres Erscheinungsbild der Seitenfläche des Formteils im Vergleich zu der ersten Ausführungsart erreicht werden, die in der Fig. 1 dargestellt ist.
In der Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der dritten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung eines leichten faserverstärkten Formteils aus Harz nach der ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese dritte Ausführungsart unterscheidet sich von der in der Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsart dadurch, dass eine Schutzfolie 10 vorher an der Oberfläche der festen Gießform 1 gegenüber dem beweglichen Kern 3 befestigt wird. Mit dieser dritten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Formteil hergestellt werden, in dem eine Schutzfolie 10 integriert ist. Da die Schutzfolie 10 an der festen Gießform 1 befestigt ist, wird ein seitliches Tor für die Einspritzung des geschmolzenen Harzes in den Hohlraum der Gießform 6 eingesetzt. Das Gießverfahren entspricht weitgehend dem Gießverfahren nach der zweiten Ausführungsart, mit der Ausnahme, dass die Schutzfolie 10 an der festen Gießform 1 befestigt ist. Daher wird es hier nicht weiter beschrieben. Insbesondere ist in dem vorstehend beschriebenen Verfahren für das Verschieben und den Rückzug des beweglichen Kerns 3 zum Beispiel eine Vorrichtung für die Bewegung des Kerns zwischen der beweglichen Gießform 2 und einem Bett für die Befestigung der beweglichen Gießform angeordnet.

Ausführungsarten des zweiten Verfahrens der vorliegenden Erfindung

Die Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung eines leichten faserverstärkten Formteils aus Harz nach der zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 4(A) zeigt den Zustand unmittelbar vor dem Einspritzen eines Fasern enthaltenden geschmolzenen Harzes in eine Gießform und die nachfolgende Expansion des Hohlraums dieser Gießform. Die Fig. 4(B) zeigt den Zustand nach der Expansion des Hohlraums der Gießform und vor der Öffnung dieser Gießform, das heißt, den Zustand nach der Beendigung der Herstellung eines Formteils. In der Darstellung der Fig. 4(A) bezeichnet die Bezugsnummer 11 eine feste Gießform; die Bezugsnummer 12 bezeichnet eine bewegliche Gießform; die Bezugsnummer 13 bezeichnet einen beweglichen Kern mit einer Vielzahl von Kernköpfen; die Bezugsnummer 14 bezeichnet einen Hohlraum; die Bezugsnummer 15 bezeichnet eine Harzpassage; die Bezugsnummer 16 bezeichnet einen Gaseinlass; und die Bezugsnummer 17 bezeichnet einen Gasauslass. Beim Start der Herstellung des leichten faserverstärkten Formteils nach dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung werden die feste Gießform 11 und die bewegliche Gießform 12 miteinander verklemmt. Der bewegliche Kern mit einer Vielzahl von Kernköpfen wird in den Hohlraum der Gießform 14 so eingeführt, dass er ein Hohlraumvolumen für die Einspritzung bildet.
Insbesondere wird der bewegliche Kern 13 in eine Position bewegt, in der ein Zwischenraum D11 in Richtung der Wandstärke des Formteils ausgebildet wird, wie dies in der Fig. 4(A) dargestellt ist. Die Öffnung D11 und die Form des beweglichen Kerns 13 können n geeigneter Weise entsprechend der Form und dem Grad der Gewichtsreduzierung des fertigen Formteils bestimmt werden. Ein Fasern enthaltendes geschmolzenes thermoplastisches Harz wird aus einer Düse eines nicht dargestellten Plastifikators in den Hohlraum der Gießform 14 in dem oben erwähnten Ausgangszustand durch die Harzpassage 15 eingespritzt. Die Abkühlung des eingespritzten geschmolzenen Harzes beginnt an einem Abschnitt, der nicht mit der Gießform in Berührung steht. Bevor das geschmolzene Harz vollkommen abgekühlt und ausgehärtet worden ist, wird der bewegliche Kern 13 herausgezogen, wie dies in der Fig. 4(B) dargestellt ist. Insbesondere wird der bewegliche Kern 13 in eine Position herausgezogen, welche dem Zwischenraum D12 entspricht, das heißt, in eine Position, in welcher das Hohlraumvolumen so expandiert wird, dass ein fertiges Formteil hergestellt werden kann. Das Herausziehen des beweglichen Kerns 13 bewirkt eine Rückfederung der Flachsabfälle, die in dem geschmolzenen Harz enthalten sind, wodurch das geschmolzene Harz in die Form des fertigen Formteils expandiert wird. Mit anderen Worten, die so erzeugte Expansionskraft bewirkt, dass das geschmolzene Harz gegen die Oberfläche der Gießform gepresst und dementsprechend geformt wird. Nach der Abkühlung wird die Gießform geöffnet und das leichte Formteil aus Harz wird aus der Gießform herausgenommen.
Nach dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung wird der bewegliche Kern 13 mit einer Vielzahl von Kernköpfen in den Hohlraum der Gießform 14 in Richtung der Wandstärke des Hohlraums der Gießform 14 bewegt, und anschließend wird das geschmolzene Harz eingespritzt. Danach wird der bewegliche Kern 13 zurückgezogen, um das eingespritzte geschmolzene Harz zu expandieren. Da sie in den Hohlraum der Gießform 14 hineinreichen, bewirken die Kernköpfe ebenso wie die Oberfläche der Gießform die Abkühlung des geschmolzenen Harzes. Die Abkühlung des geschmolzenen Harzes oder die Reduzierung der Temperatur des geschmolzenen Harzes verursacht einen Anstieg der Viskosität des geschmolzenen Harzes. Daher wird die Expansion des gekühlten Bereiches des geschmolzenen Harzes gegenüber dem restlichen Bereich des geschmolzenen Harzes weitgehend ausgeschlossen oder limitiert. Daher enthält das Formteil einen stark expandierten groben Bereich H2 und einen dichten nur gering expandierten Bereich L2. Aufgrund der Anwesenheit der Kernköpfe wird der dichte Bereich L2 nicht nur am Umfang des Formteils ausgebildet, sondern auch in dem zentralen Bereich des in der Fig. 4(B) dargestellten Formteils. Der zentrale dichte Bereich L2 wirkt als eine rippenartige Struktur, und erzeugt daher einen Effekt, welcher durch eine rippenartige Struktur erzeugt werden kann.
In dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung muss in den Hohlraum der Gießform 14 ein geschmolzenes Harz eingespritzt werden, das eine starke Expansionsfähigkeit aufweist, die von dem gewünschten Grad der Gewichtsreduzierung eines Formteils abhängt. Wie bereits weiter oben erwähnt, haben daher die Fasern, die in dem eingespritzten geschmolzenen Harz enthalten sind, wie zum Beispiel Glasfasern, vorzugsweise eine große durchschnittliche Länge. Um ein Formteil mit einer hohen Porosität herzustellen, kann dem Harzmaterial eine geringe Menge eines Treibmittels beigegeben werden. Dieses Treibmittel unterstützt die Expansionskraft des eingespritzten geschmolzenen Harzes, so dass das geschmolzene Harz in engen Kontakt mit der Oberfläche der Gießform gebracht werden kann und dadurch verhindert wird, dass Sinkmarken entstehen. Nach Beginn des Rückzugs des beweglichen Kerns 13 kann ein Gas mit einem relativ geringen Druck von höchstens 1 MPa durch den Gaseinlass 16 in den Hohlraum der Gießform 14 eingeleitet werden, während der Gasauslass 17 geschlossen ist.
Alternativ kann Gas aus dem Gasauslass 17 abgegeben werden, während der Gasdruck an dem Gasauslass 17 auf einem bestimmten Wert gehalten wird. Dadurch wird die Abkühlung des Formteils unterstützt. Im Gegensatz zu isolierten Poren, welche bei einem konventionellen Verfahren mit Hilfe eines Treibmittels für die Reduzierung des Gewichtes hergestellt werden, sind die nach der vorliegenden Erfindung in dem leichten Formteil aus Harz hergestellten Poren aufgrund der Rückfederung der Flachsabfälle, die in dem geschmolzenen Harz enthalten sind, kontinuierlich. Das heißt, die Poren werden kontinuierlich an den Flachsabfällen hergestellt. Daher ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas in das Formteil eingeleitet werden kann, während ein expandierter Abschnitt des Formteils homogenisiert wird. Mit Hilfe der Einleitung von Gas in das Formteil kann dieses Formteil auch von der Innenseite abgekühlt werden, wodurch der Gießzyklus deutlich reduziert wird.
Die Form des nur gering expandierten Bereiches und des nicht expandierten Bereiches hängt von der Form des Kernkopfes des beweglichen Kerns 13 ab. Der gering expandierte Bereich und der nicht expandierte Bereich können die Form von unabhängigen Streifen, kontinuierlichen Streifen, die Form eines Gitters oder eine andere Form haben, die jeweils von der Form eines Formteils abhängen. Im Hinblick auf die Einleitung von Gas in ein Formteil werden die Poren in dem gesamten Formteil vorzugsweise kontinuierlich ausgebildet, damit es von dem Gas durchströmt werden kann, obwohl das Formteil einen nur geringfügig expandierten Bereich aufweist.
Die Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung. Wie dies in der Fig. 5 dargestellt ist, wird eine Schutzfolie 18 vorher an der Oberfläche der festen Gießform 11 gegenüber dem beweglichen Kern 13 befestigt, um dadurch ein Formteil mit einer integrierten Schutzfolie 18 herzustellen. Da die Schutzfolie 18 an der festen Gießform 11 befestigt ist, wird eine seitliche Öffnung verwendet, um das geschmolzene Harz in den Hohlraum der Gießform 14 einzuspritzen. Das Gießverfahren entspricht weitgehend dem Gießverfahren nach der ersten Ausführungsart, mit der Ausnahme, dass die Schutzfolie 18 an der festen Gießform 11 befestigt ist. Daher wird dieses Verfahren hier nicht noch einmal beschrieben. Insbesondere ist in den vorstehend genannten Ausführungsarten für den Vorschub und den Rückzug des beweglichen Kerns 13 zum Beispiel eine Vorrichtung für die Verschiebung des Kerns zwischen der beweglichen Gießform 12 und einer Befestigungsschiene der beweglichen Gießform 12 angeordnet.

Ausführungsarten des dritten Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung

Die Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung eines leichten faserverstärkten Formteils aus Harz nach der dritten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 6(A) zeigt den Zustand unmittelbar vor dem Einspritzen eines Fasern enthaltenden geschmolzenen Harzes in eine Gießform und die nachfolgende Expansion des Hohlraums dieser Gießform. Die Fig. 6(B) zeigt den Zustand nach der Expansion des Hohlraums der Gießform und vor der Öffnung dieser Gießform, das heißt, den Zustand nach Beendigung der Herstellung eines Formteils. In der Darstellung der Fig. 6(A) bezeichnet die Bezugsnummer 21 eine feste Gießform; die Bezugsnummer 22 bezeichnet eine bewegliche Gießform; die Bezugsnummer 23 bezeichnet einen beweglichen Kern; die Bezugsnummer 24 bezeichnet einen Schlitz in dem beweglichen Kern 23; die Bezugsnummer 25 bezeichnet eine Harzpassage; die Bezugsnummer 26 bezeichnet einen Hohlraum; die Bezugsnummer 27 bezeichnet einen Gaseinlass; und die Bezugsnummer 28 bezeichnet einen Gasauslass. Beim Start der Herstellung des leichten faserverstärkten Formteils nach dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung werden die feste Gießform 21 und die bewegliche Gießform 22 miteinander verklemmt. Der bewegliche Kern 23 wird in den Hohlraum 26 so eingeführt, dass er ein Hohlraumvolumen für die Einspritzung bildet. Insbesondere wird der bewegliche Kern 23 in eine Position bewegt, in der ein Zwischenraum D21 in Richtung der Wandstärke des Formteils ausgebildet ist, wie dies in der Fig. 6(A) dargestellt ist. Insbesondere ist in der Darstellung der Fig. 6(A) die Tiefe des in dem beweglichen Kern 23 ausgebildeten Schlitzes identisch mit der Wandstärke eines fertigen Formteils. Die Öffnung D21 und die Form und der Umfang des Schlitzes können entsprechend der Form und dem Grad der Gewichtsreduzierung eines fertigen Formteils bestimmt werden.
Ein Fasern enthaltendes geschmolzenes thermoplastisches Harz wird in dem oben genannten ursprünglichen Zustand aus der Düse eines nicht dargestellten Plastifikators durch eine Harzpassage 25 in den Hohlraum der Gießform 26 eingespritzt. Die Abkühlung des eingespritzten geschmolzenen Harzes beginnt an einem Abschnitt, welcher mit der Gießform in Kontakt steht. Insbesondere wird das geschmolzene Harz, welches den Schlitz ausfüllt, durch eine rasche Abkühlung geformt. Bevor andere wesentliche Mengen des geschmolzenen Harzes vollkommen abgekühlt und ausgehärtet worden sind, wird der bewegliche Kern 23 herausgezogen, wie dies in der Fig. 6(B) dargestellt ist. Insbesondere wird der bewegliche Kern 23 in eine Position gezogen, welche einem Zwischenraum D22 entspricht, das heißt, in eine Position, in welcher das Volumen des Hohlraums der Gießform expandiert worden ist, um ein fertiges Formteil herzustellen. Das Herausziehen des beweglichen Kerns 23 bewirkt die Rückfederung der in dem geschmolzenen Harz enthaltenen Flachsabfälle, wodurch die Expansion des geschmolzenen Harzes in die Form des fertigen Formteils bewirkt wird. Mit anderen Worten, die so erzeugte Expansionskraft bewirkt, dass das geschmolzene Harz gegen die Oberfläche der Gießform gepresst und entsprechend geformt wird. Daher bildet das in dem Schlitz enthaltene Harz einen dichten Bereich, in dem die Expansion des Harzes weitgehend unterbunden wird, so dass die Porosität gering ist und daher nur wenige Poren vorhanden sind. Mit anderen Worten bildet der dichte Bereich eine Rippe, welche die gegenüberliegenden Hautschichten miteinander verbindet. Nach der Abkühlung wird die Gießform geöffnet und das leichte faserverstärkte Formteil wird aus dieser Gießform herausgenommen.
Nach dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung wird der bewegliche Kern 23 in den Hohlraum der Gießform 26 in Richtung der Wandstärke des Hohlraums der Gießform 26 eingeführt und anschließend wird die Einspritzung oder die Einspritzung und Komprimierung des geschmolzenen Harzes durchgeführt. Das in den Schlitz eingespritzte Harz, der einen Teil des Hohlraums der Gießform 26 bildet, wird dann abgekühlt. Anschließend wird der bewegliche Kern 23 herausgezogen, um das eingespritzte geschmolzene Harz zu expandieren. Die Abkühlung des in dem Schlitz enthaltenen Harzes, oder eine Reduzierung der Temperatur des geschmolzenen Harzes bewirkt einen Anstieg der Viskosität des geschmolzenen Harzes. Daher wird die Expansion des in dem Schlitz enthaltenen Harzes weitgehend unterbunden. Daher enthält das Formteil einen groben stark expandierten Bereich H3 (einen Bereich mit hoher Porosität), einen dichten Umfangsbereich L3 (Bereich mit einer mittleren Porosität), und einen sehr dichten Bereich S3 (einen Bereich mit einer geringen oder keiner Porosität).
In dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung muss in den Hohlraum der Gießform 26 ein geschmolzenes Harz eingespritzt werden, das eine starke Expansionsfähigkeit aufweist, die von dem gewünschten Grad der Gewichtsreduzierung eines Formteils abhängt. Wie bereits weiter oben erwähnt, haben daher die Fasern, die in dem eingespritzten geschmolzenen Harz enthalten sind, wie zum Beispiel Glasfasern, vorzugsweise eine große durchschnittliche Länge. Um ein Formteil mit einer hohen Porosität herzustellen, kann dem Harzmaterial eine geringe Menge eines Treibmittels beigegeben werden. Dieses Treibmittel ergänzt die durch die Rückfederung erzeugte Expansionsfähigkeit des eingespritzten geschmolzenen Harzes, so dass das geschmolzene Harz in engen Kontakt mit der Oberfläche der Gießform gebracht und dadurch verhindert wird, dass Sinkmarken entstehen. Nach Beginn des Rückzugs des beweglichen Kerns 23 kann ein Gas mit einem relativ geringen Druck von höchstens 1 MPa durch den Gaseinlass 27 in den Hohlraum 26 eingeleitet werden, während der Gasauslass 28 geschlossen ist. Alternativ kann Gas aus dem Gasauslass 28 abgegeben werden, während der Gasdruck an diesem Gasauslass 28 auf einem bestimmten Wert gehalten wird. Dadurch wird die Abkühlung des Formteils unterstützt und die Entstehung von Sinkmarken auf der Oberfläche des Formteils verhindert. Im Gegensatz zu isolierten Poren, welche bei einem konventionellen Verfahren mit Hilfe eines Treibmittels für die Reduzierung des Gewichtes hergestellt werden, sind die nach der vorliegenden Erfindung in dem leichten Formteil aus Harz hergestellten Poren aufgrund der Rückfederung der Flachsabfälle, die in dem geschmolzenen Harz enthalten sind, kontinuierlich ausgebildet. Das heißt, die Poren werden kontinuierlich in den Flachsabfällen hergestellt. Daher ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas in das Formteil eingeleitet werden kann, während ein expandierter Abschnitt des Formteils homogenisiert wird. Mit Hilfe der Einleitung von Gas in das Formteil kann dieses Formteil auch von der Innenseite abgekühlt werden, wodurch der Gießzyklus deutlich verkürzt wird. In der vorliegenden Erfindung werden die Poren vorzugsweise in dem gesamten Formteil kontinuierlich ausgebildet, damit das Formteil von dem Gas durchströmt werden kann, wobei dieses Formteil einen stark expandierten Bereich, einen gering expandierten Bereich und einen nicht expandierten Bereich enthält.
Die Fig. 7 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung eines leichten faserverstärkten Formteils nach der dritten Ausführungsart der Erfindung. Die zweite Ausführungsart unterscheidet sich von der in der Fig. 6 dargestellten ersten Ausführungsart dadurch, dass wenn der bewegliche Kern 23 vorgeschoben wird, ein seitlicher Spalt 29 zwischen der beweglichen Gießform 22 und dem beweglichen Kern 23 entsteht, und dass der Hohlraum der Gießform 26, in welchen das geschmolzene Harz eingespritzt wird, durch die Oberfläche der Gießform, die Oberfläche des beweglichen Kerns 23 und den Schlitz 24 gebildet wird. Nach dem Einspritzen des geschmolzenen Harzes in den Hohlraum der Gießform 26 wird das geschmolzene Harz unter hohem Druck gegen die Oberfläche der Gießform gepresst, um dadurch den größten Teil der Außenseite eines fertigen Formteils an der Oberfläche der Gießform herzustellen, und wird dann durch die Oberfläche der Gießform abgekühlt und einem gewissen Grad der Verfestigung unterzogen. Wenn also der bewegliche Kern 23 herausgezogen wird, wird die Außenfläche des Formteils keinen nachteiligen Wirkungen unterzogen, die sich eventuell durch das Herausziehen des beweglichen Kerns 23 ergeben könnten. Mit der zweiten Ausführungsart der Erfindung erreicht man ein besseres Erscheinungsbild der Seitenfläche des Formteils im Vergleich zu der ersten Ausführungsart, die in der Fig. 6 dargestellt ist. Wie in der Fig. 7 gezeigt, wird eine Schutzfolie 30 vorher auf der Oberfläche der festen Gießform 21 gegenüber dem beweglichen Kern 23 befestigt. Mit Hilfe der zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung kann ein Formteil hergestellt werden, in das eine Schutzfolie 30 integriert ist. Da die Schutzfolie 30 an der festen Gießform 21 befestigt ist, wird eine seitliche Einspritzöffnung verwendet, um das geschmolzene Harz in den Hohlraum der Gießform 26 einzufüllen. Das verwendete Gießverfahren entspricht weitgehend dem Gießverfahren nach der ersten Ausführungsart, mit der Ausnahme, dass die Schutzfolie 30 an der festen Gießform 21 befestigt ist. Daher wird es hier nicht noch einmal beschrieben. Insbesondere ist in den vorstehend beschriebenen Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung für den Vorschub und das Herausziehen des beweglichen Kerns 23 zum Beispiel eine Vorrichtung für die Bewegung des Kerns zwischen der beweglichen Gießform 22 und einem Befestigungsschlitten für die bewegliche Gießform angeordnet.

Ausführungsart des vierten Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung

Die Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsart des Verfahrens für die Herstellung eines leichten faserverstärkten Formteils aus Harz mit einem Vorsprung nach der vierten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 8(A) zeigt den Zustand unmittelbar vor dem Einspritzen eines Fasern enthaltenden geschmolzenen Harzes in eine Gießform und die nachfolgende Expansion des Hohlraums der Gießform. Die Fig. 8(B) zeigt den Zustand nach der Expansion des Hohlraums der Gießform und vor der Öffnung dieser Gießform, das heißt, den Zustand nach Beendigung der Herstellung eines Formteils. In der Darstellung der Fig. 8 bezeichnet die Bezugsnummer 31 eine feste Gießform; die Bezugsnummer 32 bezeichnet eine bewegliche Gießform; die Bezugsnummer 33 bezeichnet einen beweglichen Kern; die Bezugsnummer 34 bezeichnet eine Harzpassage; die Bezugsnummer 35 bezeichnet einen Gaseinlass; und die Bezugsnummer 36 bezeichnet einen Gasauslass; und die Bezugsnummer 37 bezeichnet den Hohlraum einer Gießform. Beim Start der Herstellung des leichten faserverstärkten Formteils mit einem Vorsprung nach dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung werden die mit Einkerbungen versehene feste Gießform 31 und die bewegliche Gießform 32 miteinander verklemmt. Der bewegliche Kern 33 wird so in den Hohlraum der Gießform 37 eingeführt, dass er ein Hohlraumvolumen für die Einspritzung bildet. Insbesondere wird der bewegliche Kern 33 in eine Position bewegt, in der ein Zwischenraum D31 in Richtung der Wandstärke des Formteils hergestellt wird, wie dies in der Fig. 8(A) dargestellt ist. Die Öffnung D31 und die Form des beweglichen Kerns 33 werden entsprechend der Form und dem Grad der gewünschten Gewichtsreduzierung des fertigen Formteils festgelegt.
Ein Fasern enthaltendes geschmolzenes thermoplastisches Harz wird in dem oben genannten ursprünglichen Zustand aus der Düse eines nicht dargestellten Plastifikators durch eine Harzpassage 34 in den Hohlraum der Gießform 37 eingespritzt. Die Abkühlung des eingespritzten geschmolzenen Harzes beginnt an einem Abschnitt, welcher mit der Gießform in Kontakt steht. Bevor das geschmolzene Harz vollkommen ausgehärtet ist, wird der bewegliche Kern 33 herausgezogen, wie dies in der Fig. 8(B) dargestellt ist. Insbesondere wird der bewegliche Kern 33 in eine Position gezogen, welche einem Zwischenraum D31 entspricht, das heißt, in eine Position, in welcher das Volumen des Hohlraums der Gießform so expandiert worden ist, dass ein fertiges Formteil hergestellt werden kann. Das Herausziehen des beweglichen Kerns. 33 bewirkt die Rückfederung der in dem geschmolzenen Harz enthaltenen Flachsabfälle, wodurch die Expansion des geschmolzenen Harzes in die Form des fertigen Formteils erreicht wird. Mit anderen Worten, die so erzeugte Expansionskraft bewirkt, dass das geschmolzene Harz an die Oberfläche der Gießform gepresst und entsprechend geformt wird. Da die gekerbten Teile der festen Gießform 31 eine zusätzliche Menge des geschmolzenen Harzes in Richtung der Wandstärke eines Formteils enthalten, und da das in den gekerbten Teilen enthaltene Harz schneller abgekühlt wird, als das restliche Harz, das in den Hohlraum der Gießform 37 eingespritzt wird, wird die Expansion des in den gekerbten Teilen enthaltenen geschmolzenen Harzes während der Expansion des Hohlraums der Gießform 37 limitiert. Daher bilden die entsprechenden Vorsprünge eines Formteils zusammen mit den Bereichen des Formteils, die integral in Richtung der Wandstärke des Formteils hervorstehen, eine rippenartige Struktur, welche die Wirkung von Rippen erzeugt.
Nach dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung werden die Vorsprünge in Richtung der Wandstärke des Formteils auf diesem Formteil hergestellt. Daher wird die Expansion der Vorsprünge und des Hautbereiches des Formteils limitiert, wenn das eingespritzte geschmolzene Harz durch den Rückzug des beweglichen Kerns 33 expandiert wird.
Je nach der Form und der Größe der Vorsprünge wird die Expansion dieser Vorsprünge und der Bereiche des Formteils, die integral aus diesen Vorsprüngen in Richtung der Wandstärke des Formteils hervorstehen, im Vergleich zu dem restlichen Bereich des geschmolzenen Harzes weitgehend unterbunden oder limitiert (das heißt, es entsteht eine geringe Porosität). Daher enthält das fertige Formteil einen allgemeinen Bereich H4 mit einer hohen Porosität und einen dichten Bereich L4 mit einer geringen Porosität. Der dichte Bereich L4 wird nicht nur am Umfang des Formteils ausgebildet, sondern auch in den Bereichen, welche aus den Vorsprüngen in Richtung der Wandstärke des Formteils hervorstehen. Die mit den Vorsprüngen verbundenen dichten Bereiche L4 funktionieren als eine gerippte Struktur, wodurch eine Wirkung erzielt wird, die mit Hilfe einer gerippten Struktur erreicht werden kann.
In dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung muss in den Hohlraum der Gießform 37 ein geschmolzenes Harz eingespritzt werden, das eine starke Expansionsfähigkeit aufweist, die von dem gewünschten Grad der Gewichtsreduzierung eines Formteils abhängt. Wie bereits weiter oben erwähnt, haben daher die Fasern, die in dem eingespritzten geschmolzenen Harz enthalten sind, wie zum Beispiel Glasfasern, vorzugsweise eine große durchschnittliche Länge. Um daher ein Formteil mit einer hohen Porosität herzustellen, kann dem Harzmaterial eine geringe Menge eines Treibmittels beigegeben werden. Das Treibmittel unterstützt die Expansionskraft, welche durch die Rückfederung erzeugt wird, so dass das geschmolzene Harz in engen Kontakt mit der Oberfläche der Gießform gebracht und dadurch verhindert wird, dass Sinkmarken entstehen. Nach dem Beginn des Rückzugs des beweglichen Kerns 33 kann ein Gas mit einem relativ geringen Druck von höchstens 1 MPa durch den Gaseinlass 35 in den Hohlraum der Gießform 37 eingeleitet werden, während der Gasauslass 36 geschlossen ist. Alternativ kann Gas aus dem Gasauslass 36 abgegeben werden, während der Gasdruck an dem Gasauslass 36 auf einem bestimmten Wert gehalten wird. Dadurch wird die Abkühlung des Formteils unterstützt und das Entstehen von Sinkmarken auf der Oberfläche des Formteils verhindert.
Im Gegensatz zu isolierten Poren, welche bei einem konventionellen Verfahren mit Hilfe eines Treibmittels für die gewünschte Reduzierung des Gewichtes hergestellt werden, sind die nach dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung in dem leichten Vorsprünge enthaltenden Formteil aus Harz hergestellten Poren aufgrund der Rückfederung der Flachsabfälle, die in dem geschmolzenen Harz enthalten sind, kontinuierlich ausgebildet. Das heißt, die Poren werden kontinuierlich entlang den Flachsabfällen hergestellt. Daher ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas in das Formteil eingeleitet werden kann, während ein expandierter Abschnitt des Formteils homogenisiert wird. Mit Hilfe der Einleitung von Gas in das Formteil kann dieses Formteil auch von der Innenseite abgekühlt werden, wodurch der Gießzyklus deutlich reduziert wird. Die Bereiche des Formteils, welche integral aus den Vorsprüngen in Richtung der Wandstärke des Formteils herausragen, haben eine geringe Porosität. Für die Einleitung von Gas in das Formteil werden die Poren bevorzugt kontinuierlich in dem gesamten Formteil ausgebildet, damit das Gas das Formteil, welches Teile mit einer geringen Porosität enthält, durchströmen kann.
Die Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung eines leichten faserverstärkten Formteils mit Vorsprüngen nach der vierten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung. Diese zweite Ausführungsart unterscheidet sich von der in der Fig. 8 dargestellten ersten Ausführungsart dadurch, dass wenn der bewegliche Kern 33 vorgeschoben wird, ein seitlicher Spalt 39 zwischen der beweglichen Gießform 32 und dem beweglichen Kern 33 entsteht, und dass der Hohlraum der Gießform 37, in welchen das geschmolzene Harz eingespritzt wird, durch die Oberfläche der beweglichen Gießform 32, die Oberfläche des beweglichen Kerns 33 und die Oberfläche der festen Gießform 31 mit den Einkerbungen gebildet wird. Nach dem Einspritzen des geschmolzenen Harzes in den Hohlraum der Gießform 37 wird das geschmolzene Harz unter hohem Druck gegen die Oberfläche der Gießform gepresst, um dadurch einen großen Teil der Außenseite eines fertigen Formteils an der Oberfläche der Gießform herzustellen, und wird anschließend durch die Oberfläche der Gießform abgekühlt und einem gewissen Grad der Verfestigung unterzogen. Wenn also der bewegliche Kern 33 herausgezogen wird, wird die Außenfläche des Formteils keinen nachteiligen Wirkungen unterzogen, die sich eventuell beim Herausziehen des beweglichen Kerns 33 ergeben könnten. Mit der zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung erreicht man ein besseres Erscheinungsbild der Seitenfläche des Formteils im Vergleich zu der ersten Ausführungsart, die in der Fig. 8 dargestellt ist.
Die Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung eines leichten faserverstärkten Formteils mit Vorsprüngen nach der vierten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung. Diese dritte Ausführungsart unterscheidet sich von der in der Fig. 8 dargestellten zweiten Ausführungsart dadurch, dass eine Schutzfolie 40 vorher an der Oberfläche der festen Gießform 31 gegenüber dem beweglichen Kern 33 befestigt wird. Mit Hilfe der dritten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung kann ein Formteil hergestellt werden, das mit der Schutzfolie 40 integriert ist. Das verwendete Gießverfahren entspricht weitgehend dem Gießverfahren nach der ersten Ausführungsart, mit der Ausnahme, dass die Schutzfolie 40 an der festen Gießform befestigt ist. Daher wird dieses Verfahren hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung eines leichten faserverstärkten Formteils mit Vorsprüngen nach der vierten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung. Wie dies in der Fig. 10 gezeigt ist, sind in der beweglichen Gießform 32 Kerben ausgebildet. Die bewegliche Gießform 32 erfüllt die Funktion eines beweglichen Kerns; außerdem wird eine zusätzliche Gießform 41 eingesetzt, welche durch eine Feder 42 gespannt wird. Der Hohlraum der Gießform 37, in den das geschmolzene Harz eingespritzt wird, wird durch die feste Gießform 31 und die bewegliche Gießform 32, die miteinander verklemmt werden, und die zusätzliche Gießform 41 hergestellt. Die Struktur der Gießform nach dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung wird durch das Weglassen eines beweglichen Kerns vereinfacht. Daher wird mit dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung das Erscheinungsbild der Seitenfläche des Formteils verbessert. Die Fig. 10(C) zeigt einen Querschnitt des in der Fig. 10(B) dargestellten Formteils und zeigt ebenfalls schematisch einen dichten Bereich L4 mit einer geringen Porosität und einen groben Bereich mit einer hohen Porosität. In der Darstellung der Fig. 10 verläuft die Harzpassage durch ein direktes Tor. Durch die Verwendung eines seitlichen Tors erreicht die Oberfläche des in der Fig. 10(B) dargestellten Formteils ein besseres Erscheinungsbild, und soweit notwendig, kann eine Schutzfolie integral an der Oberfläche befestigt werden, um dadurch ein laminiertes Formteil herzustellen. Insbesondere wird in den vorstehend beschriebenen Ausführungsarten mit Ausnahme der Darstellung der Fig. 10 für den Vorschub und den Rückzug des beweglichen Kerns 33 zum Beispiel eine Vorrichtung für die Bewegung des Kerns zwischen der beweglichen Gießform 32 und einem Befestigungsbett für die bewegliche Gießform angeordnet.

BEISPIELE

Nachstehend werden die Vorteile und Wirkungen der vorliegenden Erfindung speziell in Form von Beispielen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Die nachstehend beschriebenen Beispiele 1 und 2 beziehen sich auf Ausführungsarten nach der ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung.

Beispiel 1

Mit Glasfasern verstärkte Polypropylenpellets (65 Gew-%) (enthaltend 3 Gew.- % eines Maleinanhydridpolypropylens) mit parallel angeordneten Glasfasern mit einer Länge von 12 mm in einer Menge von 60 Gew.-%, und Polypropylenpellets (35 Gew.-%) mit einem Schmelzindex von 30 g/10 min (MI: 230ºC, unter einer Last von 2,16 kg) wurden vermischt, um dadurch ein Gießmaterial herzustellen. Eine Spritzgussmaschine (Schließkraft: 850 t), die eine Schraube mit einem Kompressionsverhältnis von 1,9 enthält, wurde eingesetzt, um das Brechen der Glasfasern zu reduzieren. Wie in der Fig. 2(A) dargestellt, wurde während der bewegliche Kern 3 mit den Vorsprüngen in den Hohlraum einer Gießform 6 für die Verpressung gepresst wird (die Öffnung D1 zwischen einer festen Gießform und dem Vorsprung des beweglichen Kerns betrug 4 mm), das Gießmaterial erweicht, gewogen und in den Hohlraum der Gießform eingespritzt. Zwei Sekunden nach der Beendigung der Einfüllung des Gießmaterials wurde der bewegliche Kern 3 in die in der Fig. 2(B) gezeigte Position gezogen, so dass das Gießmaterial gereckt, expandiert und abgekühlt werden kann, um dadurch ein plattenförmiges (600 mm · 300 mm) Formteil mit einer Wandstärke (D2) von 8 mm (gekerbter Teil: 4 mm · 6 mm · 240 mm) herzustellen. Das Formteil wurde herausgeschnitten und die Expansion wurde gemessen, und diese Messung ergab einen Expansionskoeffizienten von 2,0 in einem stark expandierten Bereich (H1). Das Formteil wurde ebenfalls verascht, und dann wurde die durchschnittliche Länge der restlichen Fasern gemessen, und es wurde eine Länge von 7,2 mm dieser Fasern festgestellt. Die innere periphere Rand, der Umfang und die Oberfläche dieser Ränder des gekerbten Bereiches bestanden aus einer dichten Schicht, die weitgehend nicht expandiert worden ist. Insbesondere erfüllt der gekerbte Teil die Funktion einer Rippe.

Beispiel 2

Das Gießverfahren wurde mit Hilfe eines Gießmaterials und der Spritzgussmaschine durchgeführt, die bereits im Beispiel 1 verwendet wurden, sowie mit den in der Fig. 3 gezeigten Gießformen. Eine Schutzfolie (10-fach gefaltetes geschäumtes Polypropylen/Polyvinylchlorid Leder: 2 mm) wurde auf die Oberfläche einer in der Fig. 3(A) gezeigten festen Gießform aufgetragen, während ein beweglicher Kern angepresst wurde; ein geschmolzenes Harz wurde in einen Zwischenraum eingespritzt, der ohne die Wandstärke (D1) der Schutzfolie auf 2 mm eingestellt wurde; ein beweglicher Kern wurde in eine Position gezogen, in welcher die in der Fig. 3(B) gezeigte Wandstärke (D2) ohne die Wandstärke der Schutzfolie 12 mm betrug, und das geschmolzene Harz wurde anschließend gereckt und expandiert. Zwei Sekunden nach dem Start des Rückzugs des beweglichen Kerns wurde durch eine Gasleitung 30 Sekunden lang Stickstoff unter einem Druck von 0,8 MPa eingeleitet. Nach der Abkühlung wurden die Gießformen geöffnet und ein plattenförmiges Formteil (12 mm (ohne die Wandstärke der Schutzfolie) · 600 mm · 300 mm), das mit der Schutzfolie (ein gekerbter Teil: 10 mm · 8 mm · 250 mm) ausgerüstet war, herausgenommen. Das Formteil wurde herausgeschnitten und die Expansion wurde gemessen, und diese Messung ergab einen Expansionskoeffizienten von etwa 6 in einem stark expandierten Bereich (H1). Das Formteil wurde ebenfalls verascht, und dann wurde die durchschnittliche Länge der restlichen Fasern gemessen, und es wurde eine Länge von 6,9 mm festgestellt. Der innere periphere Rand, der Umfang und die Oberfläche dieses Randes des gekerbten Bereiches bestanden aus einer starken Schicht, die weitgehend nicht expandiert worden ist. Insbesondere erfüllt dieser gekerbte Teil die Funktion einer Rippe.
Die Beispiele 3-7 und das Vergleichsbeispiel, die nachstehend beschrieben werden, sind Beispiele nach der zweiten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung.

Beispiel 3

Mit Glasfasern verstärkte Polypropylenpellets (65 Gew-%) (enthaltend 3 Gew.- % eines Maleinanhydridpolypropylens) mit parallel angeordneten Glasfasern mit einer Länge von 12 mm in einer Menge von 60 Gew.-%, und Polypropylenpellets (35 Gew.-%) mit einem Schmelzindex von 30 g/10 min (MI: 230ºC, unter einer Last von 2,16 kg) wurden trocken vermischt, um dadurch ein Gießmaterial herzustellen. Eine Spritzgussmaschine (Schließkraft: 850 t), die eine Schraube mit einem Kompressionsverhältnis von 1,9 hat, wurde eingesetzt, um das Brechen der Glasfasern zu reduzieren. Wie in der Fig. 4(A) dargestellt, wurde während der bewegliche Kern 13 in den Hohlraum der Gießform 14 für die Verpressung gepresst wurde (die Öffnung D11 zwischen einer festen Gießform und dem Vorsprung des beweglichen Kerns betrug 4 mm), das Gießmaterial erweicht, gewogen und in den Hohlraum der Gießform eingespritzt. Zwei Sekunden nach der Beendigung der Einfüllung des Gießmaterials wurde der bewegliche Kern 13 in die in der Fig. 4(B) gezeigte Position gezogen, so dass das Gießmaterial gereckt, expandiert und abgekühlt werden konnte, um dadurch ein Formteil mit einer Wandstärke (D12) von 12 mm herzustellen. Das Formteil wurde herausgeschnitten und die Expansion wurde gemessen, und diese Messung hat gezeigt, dass der Teil des Formteils, welcher dem Bereich entspricht, in den der bewegliche Teil des beweglichen Kerns zurückgezogen worden ist, ausreichend expandiert worden ist, während der Umfangsbereich und der Bereich, welcher durch den beweglichen Kern bei der Verpressung verpresst worden ist, aufgrund der von der Gießform erzeugten Kühlwirkung einen niedrigen Expansionskoeffizienten (etwa 1,2) aufwies, so dass anschließend Rippen hergestellt worden sind.

Beispiel 4

Die Zubereitung des im Beispiel 3 genannten Gießmaterials wurde mit der Ausnahme wiederholt, dass ein Treibmittel (0,3 Gew.-%) (EV-306G; hergestellt von Eiwa Chemical Industry, Co., Ltd.) (in Form einer Originalprobe, die 30 Gew.-% eines Treibmittels enthält), dem Gemisch aus mit Glasfasern verstärkten Polypropylenpellets (50 Gew.-%) und den Polypropylenpellets (50 Gew.-%) mit einem MI von 30 g/10 min beigegeben wurde. Das Gießverfahren nach dem Beispiel 3 wurde mit der Ausnahme wiederholt, dass die Öffnung (D11) auf 3 mm festgesetzt wurde, wenn der bewegliche Kern vorgestoßen wird. Das Formteil wurde ausgeschnitten und die Expansion wurde gemessen, die gezeigt hat, dass der Teil des Formteils, welcher dem Bereich entspricht, in den der bewegliche Teil des beweglichen Kerns zurückgezogen worden ist, ausreichend expandiert worden ist, während der Umfangsbereich und der Bereich, welcher von dem beweglichen Kern während der Verpressung gepresst worden ist, aufgrund der durch die Gießform bewirkten Abkühlung einen niedrigen Expansionskoeffizienten (etwa 1,2) aufwies, so dass eine Rippenstruktur hergestellt wurde.

Beispiel 5

Das Gießverfahren nach dem Beispiel 3 wurde mit der Ausnahme wiederholt, dass die Öffnung (D11) auf 2 mm eingestellt wurde, wenn der bewegliche Kern vorgeschoben wird, und der Gasauslass zwei Sekunden nach dem Beginn des Rückzugs des beweglichen Kerns geschlossen wurde, und Stickstoff unter einem geringen Druck von 0,8 MPa eingeleitet wurde. Das Formteil wurde ausgeschnitten und die Expansion gemessen, wobei sich gezeigt hat, dass der Bereich des Formteils, welcher dem Bereich entspricht, in den der bewegliche Teil des beweglichen Kerns zurückgezogen worden ist, ausreichend expandiert worden ist, während der Umfangsbereich und der Bereich, welcher durch den beweglichen Kern während der Verpressung verpresst worden ist, aufgrund der durch die - Gießform erzeugten Abkühlung einen niedrigen Expansionskoeffizienten (etwa 1,2) aufwies, so dass eine weitgehend rippenförmige Struktur hergestellt werden konnte.

Vergleichsbeispiel 1

Das Gießverfahren nach dem Beispiel 3 wurde mit der Ausnahme wiederholt, dass mit Glasfasern verstärkte Polypropylenpellets mit parallel angeordneten kurzen Glasfasern (Anteil der Glasfasern: 40 Gew.-%) mit einer durchschnittlichen Länge von 0,4 mm als Gießmaterial verwendet wurde. An der Spitze des beweglichen Kerns wurde jedoch eine leichte Kräuselung festgestellt und dass praktisch keine Expansion in dem Bereich stattgefunden hat, welcher der Position entspricht, in die der bewegliche Kern zurückgezogen worden ist.

Beispiel 6

Das Gießverfahren wurde mit Hilfe eines Gießmaterials und der Spritzgussmaschine durchgeführt, die bereits im Beispiel 3 verwendet wurden, sowie mit den in der Fig. 3 gezeigten Gießformen. Eine Schutzfolie (10-fach geschäumtes Polypropylen/Polyvinylchlorid-Leder: 2 mm) wurde auf die Oberfläche einer in der Fig. 5(A) gezeigten festen Gießform aufgetragen, während ein beweglicher Kern angepresst wurde; ein geschmolzenes Harz wurde in einen Zwischenraum eingespritzt, der ohne die Wandstärke (D1) der Schutzfolie auf 4 mm eingestellt wurde; der bewegliche Kern wurde in eine Position gezogen, in welcher die in der Fig. 5(B) gezeigte Wandstärke (D2) ohne die Wandstärke der Schutzfolie 12 mm betrug, und das geschmolzene Harz wurde gereckt und expandiert. Das Formteil wurde herausgeschnitten und die Expansion wurde gemessen, und diese Messung hat gezeigt, dass der Bereich des Formteils, welcher dem Bereich entspricht, in den der bewegliche Teil des beweglichen Kerns zurückgezogen worden ist, ausreichend expandiert worden ist, während der Umfangsbereich und der Bereich, welcher von dem beweglichen Kern während der Verpressung verpresst worden ist, aufgrund der durch die Gießform bewirkten Abkühlung einen niedrigen Expansionskoeffizienten aufwies (etwa 1,1), so dass eine weitgehend rippenförmige Struktur entstanden ist. Als das mit einer Schutzfolie integral vergossene Formteil gebogen wurde, zeigte es eine ausgezeichnete Steifigkeit. Als das Formteil teilweise komprimiert wurde, entstanden keine Beulen in der Schutzfolie.
Die nachstehend beschriebenen Beispiel 8-10 und die Beispiele 2 und 3 sind Beispiele nach der dritten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung.

Beispiel 8

Mit Glasfasern verstärkte Polypropylenpellets (70 Gew-%) (enthaltend 3 Gew.- % eines Maleinanhydridpolypropylens) mit parallel angeordneten Glasfasern mit einer Länge von 12 mm in einer Menge von 70 Gew.-%, und Polypropylenpellets (30 Gew.-%) mit einem Schmelzindex von 30 g/10 min (MI: 230ºC, unter einer Last von 2,16 kg) wurden trocken vermischt, um dadurch ein Gießmaterial herzustellen. Eine Spritzgussmaschine (Schließkraft: 850 t), die eine Schraube mit einem Kompressionsverhältnis von 1,9 enthält, wurde eingesetzt, um das Brechen der Glasfasern zu reduzieren. Wie in der Fig. 6(A) dargestellt, wurde während der mit einem Schlitz 24 (Breite: 2 mm, Tiefe: 7 mm) ausgestattete bewegliche Kern 23 in den Hohlraum der Gießform 26 für die Verpressung (D21 : 5 mm) gepresst wurde, das Gießmaterial erweicht, gewogen und in den Hohlraum der Gießform eingespritzt. Drei Sekunden nach der Beendigung der Einfüllung des Gießmaterials wurde der bewegliche Kern 23 in die in der Fig. 6(B) gezeigte Position gezogen, so dass das Gießmaterial gereckt, expandiert und abgekühlt werden konnte, um dadurch ein plattenförmiges Formteil (600 mm · 300 mm) mit einer Wandstärke (D22) von 12 mm herzustellen. Das Formteil wurde herausgeschnitten und die Expansion wurde gemessen, und diese Messung zeigte eine Porosität von etwa 58% in dem stark expandierten Teil (H3) und weitgehend keine Poren in dem geschlitzten Teil. Das Formteil wurde verascht und dann die durchschnittliche Länge der restlichen Fasern gemessen, die 7,3 mm betrug. Der nicht expandierte Teil des Schlitzes bildete eine Rippenstruktur, welche die beiden Hautschichten überbrückt.

Beispiel 9

Ein ähnliches Formteil, wie dies im Beispiel 8 hergestellt worden ist, wurde mit Hilfe des im Beispiel 8 verwendeten Gießmaterials und der Spritzgussmaschine und den in der Fig. 7 dargestellten Gießformen hergestellt. Die in der Fig. 7 gezeigte Schutzfolie wurde jedoch in diesem Beispiel nicht verwendet. Ein Spalt 29 zwischen dem beweglichen Kern 23 und einer beweglichen Gießform wurde auf 3 mm eingestellt, um den beweglichen Kern mit dem Schlitz 4 (Breite: 2 mm, Tiefe 9 mm) anzupressen; ein Fasern enthaltendes geschmolzenes Harz wurde in einer Menge eingespritzt, welche dem Fassungsvermögen des 3 mm breiten Spalt entsprach, wurde eingespritzt, wobei die Öffnung des Hohlraums (D21: 4 mm) um 2 mm vergrößert wurde. Der bewegliche Kern wurde so vorgeschoben, dass das Harz unter Druck komprimiert werden konnte. Drei Sekunden nach Beendigung der Kompression wurde der bewegliche Kern in die Position zurückgezogen, in welcher die Öffnung des Hohlraums D22 12 mm beträgt, um das Harz zu recken und zu expandieren. Außerdem wurde zwei Sekunden nach dem Start des Rückzugs des beweglichen Kerns Stickstoff durch eine Gasleitung mit einem Druck von 1 MPa in das geschmolzene Harz eingeleitet. Nach der Abkühlung wurden die Gießformen geöffnet und das Formteil herausgenommen. Das Formteil wurde ausgeschnitten und die Expansion wurde gemessen, und diese Messung ergab eine Porosität von etwa 75% in dem stark expandierten Bereich (H3) und weitgehend keine Expansion oder Poren im Bereich des Schlitzes. Außerdem wurden eventuell nicht expandierte Schichten am Umfangsrand des Formteils festgestellt. Anschließend wurde das Formteil verascht und die durchschnittliche Länge der restlichen Fasern gemessen, die einen Wert von 6,9 mm ergab.

Beispiel 10

Ein aus Harz bestehendes Formteil, das integral mit einer Schutzfolie vergossen wurde, wurde mit Hilfe des Gießmaterials, der Spritzgussmaschine und einem ähnlichen Formteil, wie es im Beispiel 8 verwendet wurde, und der in der Fig. 7 dargestellten Gießform hergestellt: Eine Schutzfolie (10-fach gefaltetes geschäumtes Polypropylen/Polyvinylchlorid-Leder: 2 mm) wurde auf die Oberfläche einer in der Fig. 7(A) gezeigten festen Gießform aufgetragen, wobei ein beweglicher Kern angepresst wurde; ein Fasern enthaltendes geschmolzenes Harz in einer Menge, welche der Öffnung von 3 mm (D21) entspricht, wurde eingespritzt, während die Öffnung ohne die Wandstärke der Schutzfolie auf 12 mm eingestellt wurde; und der bewegliche Kern wurde so vorgeschoben, dass das Harz komprimiert werden konnte. Zwei Sekunden nach der Kompression wurde der bewegliche Kern in eine Position zurückgezogen, in welcher die in der Fig. 7(B) gezeigte Wandstärke (D22) ohne die Wandstärke der Schutzfolie 15 mm beträgt, um so das Harz zu recken und zu expandieren. Nach der Abkühlung wurden die Gießformen geöffnet und ein plattenförmiges Formteil mit einer Wandstärke von 15 mm (ohne die Wandstärke der Schutzfolie) wurde mit der daran befestigten Schutzfolie hergestellt. Das Formteil wurde herausgeschnitten und die Expansion gemessen, und diese Messung ergab eine Porosität von etwa. 75% in einem stark expandierten Bereich (H&sub3;) und weitgehend keine Poren in dem Bereich des Schlitzes. Außerdem war die Schutzfolie ausgezeichnet in dem Körperteil integriert, wobei die Rückseite glatt war und keine Verwindungen aufwies, was beweist, dass das erhaltene Produkt ein ausgezeichnetes leichtes Formteil ist. Weiterhin wurden möglicherweise nicht expandierte Schichten am Umfangsrand des Formteils festgestellt. Das Formteil wurde ebenfalls verascht, und dann wurde die durchschnittliche Länge der restlichen Fasern gemessen, und es wurde eine Länge von 8,3 mm festgestellt.

Vergleichsbeispiel 2

Das Verfahren nach dem Beispiel 8 wurde mit der Ausnahme wiederholt, dass die Glasfasern mit einer durchschnittlichen Länge von 0,4 mm enthaltenden Harzpellets in einer Menge von 40 Gew.-% als harzförmiges Rohmaterial verwendet wurde. Es konnte jedoch kein Formteil hergestellt werden, da keine Expansion stattgefunden hat.

Vergleichsbeispiel 3

Das Verfahren nach dem Beispiel 8 wurde mit der Ausnahme wiederholt, dass ein Treibmittel (6 Gew.-%) (EV-306G; hergestellt von Eiwa Chemical Industry, Co., Ltd.) (in Form von 20 Gew.-% einer Mutterlösung, die 30 Gew.-% eines Treibmittels enthält) den Pellets (100 Gew.-%) beigegeben wurde, um ein plattenförmiges Formteil herzustellen. Das Formteil wurde ausgeschnitten und die Expansion untersucht, und es zeigte sich, dass der stark expandierte Bereich (H3) eine Porosität von etwa 47% und der dem Schlitz entsprechende Bereich eine Porosität von etwa 15% aufwies. Außerdem wurden Sinkmarken aufgrund von Gas festgestellt, das über die gesamte Oberfläche geströmt war, sowie stehende Wellen aufgrund einer ungenügenden Abkühlung gefunden.
Die nachstehend beschriebenen Beispiele 11-12 sind Beispiele nach einer vierten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung.

Beispiel 11

Mit Glasfasern verstärkte Polypropylenpellets (65 Gew-%) (enthaltend 3 Gew.-. % eines Maleinanhydridpolypropylens) mit parallel angeordneten Glasfasern mit einer Länge von 12 mm wurden in einer Menge von 60 Gew.-%, und Polypropylenpellets (35 Gew.-%) mit einem Schmelzindex von 30 g/10 min (MI: 230ºC, unter einer Last von 2,16 kg) trocken vermischt, um dadurch ein Gießmaterial herzustellen. Eine Spritzgussmaschine (Schließkraft: 850 t), die eine Schraube mit einem Kompressionsverhältnis von 1,9 enthielt, wurde eingesetzt, um das Brechen der Glasfasern zu reduzieren. Wie in der Fig. 8(A) dargestellt, wurde während der bewegliche Kern 33 in den Hohlraum der Gießform 7 gegen die feste Vertiefungen (Tiefe: 3 mm) enthaltende Gießform 31 für die Verpressung (die Öffnung (D31) in dem Hohlraum der Gießform 7 betrug 3 mm) gepresst wurde, wurde das Gießmaterial erweicht, gewogen und in den Hohlraum der Gießform eingespritzt. Zwei Sekunden nach Beendigung der Einfüllung des rohen Harzmaterials wurde der bewegliche Kern 33 in die in der Fig. 8(B) dargestellte Position (D32) zurückgezogen, um das Gießmaterial zu recken und zu expandieren. Nach der Abkühlung wurden zwei plattenförmige (300 mm · 600 mm) Formteile erhalten, die eine Wandstärke von 9 mm hatten (ein Vorsprung: 3 mm (Höhe) · 300 mm · 20 mm). Das Formteil wurde ausgeschnitten und eine Untersuchung der Herstellung von Poren durchgeführt, die gezeigt hat, dass ein flacher Bereich (H4) eine Porosität von etwa 67% aufwies, während ein Bereich (L4), welcher dem Vorsprung entsprach, eine Porosität von etwa 26% hatte, was auf eine dichte Struktur schließen ließ. Das Formteil wurde verascht und die durchschnittliche Länge der restlichen Fasern wurde gemessen und es wurde ein Wert von 7,2 mm gefunden. Das Formteil hatte ein ausgezeichnetes Erscheinungsbild, eine hohe Steifigkeit und eine gute Beulfestigkeit.

Beispiel 12

Ein aus Harz bestehendes Formteil, das integral mit einer Schutzfolie vergossen wurde, wurde mit Hilfe des Gießmaterials und der Spritzgussmaschine, die im Beispiel 11 verwendet wurden, und den in der Fig. 10 dargestellten Gießformen hergestellt. Eine Schutzfolie (10-fach gefaltetes geschäumtes Polypropylen/Polyvinylchlorid-Leder: 2 mm) wurde auf die Oberfläche eines beweglichen Kerns 33 aufgetragen. Ein Fasern enthaltendes geschmolzenes Harz in einer Menge, welche dem Fassungsvermögen des Spaltes von 3 mm entspricht, wurde eingespritzt, wobei die Öffnung des Hohlraums der Gießform auf 10 mm eingestellt wurde. Zwei Sekunden nach dem Beginn der Einspritzung wurde der bewegliche Kern 33 so vorgeschoben, dass das Harz komprimiert werden konnte (siehe Fig. 11(A)). Zwei Sekunden nach der Kompression wurde der bewegliche Kern 33 in eine Position zurückgezogen, in welcher die in der Fig. 10(B) gezeigte Wandstärke (D32) 12 mm beträgt, um so das Harz zu recken und zu expandieren. Außerdem wurde 1,5 Sekunden nach dem Start des Rückzugs des beweglichen Kerns durch eine Gasdüse 40 Sekunden lang Stickstoff unter einem Druck von 0,8 MPa eingeleitet. Nach der Abkühlung wurden die Gießformen geöffnet und zwei plattenförmige Formteile (300 mm · 600 mm) mit einer Wandstärke von 12 mm (ohne die Wandstärke der Schutzfolie) (der Vorsprung: 3 mm (Höhe) · 300 mm · 20 mm) hergestellt. Das Formteil würde herausgeschnitten und es wurde eine Untersuchung der Expansion durchgeführt, die gezeigt hat, dass der flache Teil (H) eine Porosität von etwa 75% aufwies, während der Bereich (L4), welcher dem Vorsprung entspricht eine Porosität von etwa 41% hatte. Das Formteil wurde verascht und anschließend wurde die durchschnittliche Länge der restlichen Fasern gemessen und es wurde ein Wert von 8,6 mm festgestellt. Das Formteil hatte ein ausgezeichnetes Erscheinungsbild, eine hohe Steifigkeit und eine gute Beulfestigkeit.

Claims

1. Ein leichtes faserverstärktes Formteil aus Harz (6) mit Poren, welches in diesem Formteil einen Abschnitt (L1, H1) enthält, der eine geringere Porosität aufweist, als die anderen allgemeinen Abschnitte, dadurch gekennzeichnet, dass die Poren durch die Wirkung der Rückfederung entstehen, welche durch die in dem Formteil enthaltenen Flachsabfälle erzeugt wird.

2. Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (L1), der eine geringere Porosität hat, als die anderen allgemeinen Abschnitte (H1), in Richtung der Dicke dieses Formteils ausgebildet ist.

3. Formteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (L1), der eine geringere Porosität hat, als die anderen allgemeinen Abschnitte (H1), eine Rippenstruktur oder eine rippenartige Struktur hat.