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Diese
Erfindung betrifft ein Spritzgussverfahren. Insbesondere betrifft
diese Erfindung ein Spritzgussverfahren zur Verbesserung der Oberflächengüte von mit
einer Spritzform gefertigten Produkten sowie zur Verbesserung des
Oberflächenglanzes
von Spritzteilen.
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Beim
Spritzgießen
von thermoplastischen Kunstharzen wird im allgemeinen geschmolzenes
Kunstharz in den Hohlraum einer Spritzform eingespritzt und das
Harz in der Spritzform abgekühlt,
um ein Spritzteil zu erhalten, das die selbe Form wie der Hohlraum
hat. Da bei diesem Spritzgussvorgang die Spritzform auf einer Temperatur
unterhalb der Erstarrungstemperatur des Kunstharzes gehalten wird,
setzt das Erstarren des Kunstharzes bereits beim Einspritzen des
geschmolzenen Kunstharzes in den Hohlraum der Spritzform ein und
schreitet sofort weiter, und eine von der erstarrenden Schicht gebildete
sogenannte Hautschicht entsteht an der Oberfläche des geschmolzenen Harzes.
Fließlinien
der Kunstharzschmelze übertragen
sich auf die Oberfläche
des Spritzteils, da der Fluss wie ein Strahl ist. Während des
weiteren Erstarrens wird das Harz unter nur geringem Druck gegen
die Spritzformoberfläche
gedrückt,
was aufgrund der fortschreitenden Erstarrung des Harzes zu Oberflächendefekten
im Spritzteil und zu einem ungleichmäßigen Fluss führt. Es
kann auch zu Turbulenz kommen. Bei der herkömmlichen Technik sind die Schmelz temperatur
des Harzes und die Temperatur des Spritzform auf höhere Werte
eingestellt, um ein vorzeitiges Erstarren des Harzes zu verhindern
und die Übertragung
von der Spritzform auf das Spritzteil zu verbessern.
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Zwar
ermöglicht
dieses Verfahren eine bessere Übertragung,
jedoch können
aufgrund des ungleichmäßigen Erstarrens
und Schrumpfens des Kunstharzes leicht Einfallstellen und Verwerfungen
auftreten, weshalb der Spritzvorgang schwer kontrollierbar ist.
Darüber
hinaus verlängert
sich die Zeit für
den Spritzvorgang, was sich in höheren
Kosten für
das Spritzprodukt auswirkt.
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Zur
Lösung
der voranstehenden Probleme wurde ein Verfahren zur Erwärmung einer
Oberfläche
einer Spritzform zur Steuerung der Erstarrung des geschmolzenen
Harzes durch Verwendung einer Heizvorrichtung, von erwärmtem Öl, erwärmtem Wasser,
oder der beim Spritzgussvorgang entstehenden Wärme des geschmolzenen Harzes
selbst vorgeschlagen. Bei diesem Verfahren verbessert sich zwar
die Übertragung,
es ist jedoch eine spezifische Einrichtung dafür erforderlich und die Zeit
für den
Spritzvorgang verlängert
sich.
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Als
ein die Überwindung
der voranstehend beschriebenen Probleme sowie auch einen besseren Übergang
ermöglichendes
Verfahren ist in der JP-A-10-128783 ein Spritzgussverfahren vorgeschlagen,
bei dem vor dem Einspritzen von Kunstharz in den Hohlraum einer
Spritzform ein inaktives Gas wie Kohlendioxidgas in den Hohlraum
eingespritzt wird und im Anschluss daran das thermoplastische Kunstharz
eingespritzt wird. Bei diesem Verfahren jedoch fließt das Kunstharz
während
der Auflösung
des inaktiven Gases, z.B. Kohlendioxidgas, im Harz. Daher ist der
Fluss instabil und bisweilen kann die Oberfläche des Spritzprodukts aufgrund des
nicht gleichmäßigen Flusses
des Kunstharzes und der ungleichmäßigen Flussrate des Kunstharzes
einen Defekt aufweisen. Ferner kann es, da ein Harz in einen unter
Druck stehenden Hohlraum eingespritzt wird, manchmal zu einem unzureichenden
Ausfüllgrad
im Spritzteil kommen. Außerdem
ist es schwierig, den Gasausstoß zu
kontrollieren.
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In
der US-A-5993723 ist ein Verfahren offenbart, bei dem Stickstoff
in eine Form eingespritzt wird, um bei Teilen eines Spritzteils
ein Schrumpfen zu verhindern.
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Gemäss einer
Aufgabe der Erfindung wird ein Spritzgussverfahren bereitgestellt,
mit dem sich das Risiko kosmetischer Defekte verringern lässt und
das zu besserer Übertragung
und verbessertem Oberflächenglanz,
zu einer Verringerung von Fließlinien
aufgrund von Verformungen in der Gussform sowie zu einer Verringerung
sowohl von Schlieren im Kunstharz als auch von gasbedingten Fehlstellen
aufgrund der Gaseinspritzung führt.
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Gemäss dieser
Erfindung wird ein Verfahren zur Verbesserung der Oberflächengüte eines
Spritzteils aus Kunststoff bereitgestellt, worin eine Kunstharzschmelze
in den Hohlraum einer erwärmten
Spritzform eingespritzt wird, die Spritzform anschließend abgekühlt wird
und das Harz erstarren kann, woraufhin das Teil aus der Spritzform
entfernt wird, und worin nach dem Einspritzen des Kunstharzes in
den Hohlraum der Spritzform ein Raum zwischen einer Oberfläche des
Harzes, welche die normalerweise sichtbare Seite des Spritzprodukts
bil det, und der entsprechenden Oberfläche der Form entsteht, wobei
ein fluides Medium zur Weichmachung der Hautschicht des eingespritzten
Kunstharzes in diesen Raum eingespritzt wird, wobei Druck auf das im
Formhohlraum befindliche Kunstharz angelegt wird, um das Kunstharz
an die Oberfläche
der Spritzform anzupassen, wobei das im Hohlraum befindliche Kunstharz
im Anschluss daran zur Erstarrung des Kunstharzes abgekühlt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem eingespritzten fluiden
Medium um Kohlendioxid handelt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Entstehung einer Hautschicht an einer Oberfläche des
Harzes in der Nähe
einer Oberfläche
der Spritzform dadurch unterdrückt,
dass die weichgemachte Hautschicht in Kontakt mit der Oberfläche des
Hohlraums der Spritzform gedrängt
wird, indem der an das Kunstharz angelegte Druck erhöht wird
und das Spritzprodukt abgekühlt
wird, um das Harz unter dem genannten Druck erstarren zu lassen.
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Diese
Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und
die nachstehenden Beispiele, die bevorzugte Ausführungsformen darstellen und
das Verfahren der Erfindung ausführlicher
erläutern, näher beschrieben
und ausgeführt.
Es zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung einer Gaseinspritzvorrichtung und einer Spritzform
zur Durchführung des
Verfahrens dieser Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform dieser Erfindung,
bei der der Raum durch den Gaseinspritzdruck gebildet wird;
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3 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform dieser Erfindung,
bei der der Raum durch Bewegung einer Spritzform nach hinten gebildet
wird;
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4 eine
schematische Darstellung von Spritzteilen, die durch Einspritzen
eines Gases von zwei Stellen aus erhalten werden; und
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5 eine
schematische Darstellung von Spritzteilen, die durch Einspritzen
eines Gases von einer Stelle aus erhalten werden.
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Das
Spritzgussverfahren gemäss
dieser Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Raum unter Krafteinwirkung
und zwischen der Kunstharzschmelze und der Spritzformoberfläche auf
der normalerweise sichtbaren Seite des Spritzteils sowie unmittelbar
im Anschluss an die Harzeinspritzung gebildet wird. Ein zum Weichmachen
der Oberflächenhautschicht
fähiges
fluides Medium, nämlich
Kohlendioxidgas, wird eingespritzt und der Raum bildet sich während der
Gaseinspritzung. Bei diesem Vorgang wird der Glaspunkt der Hautschicht
gesenkt, indem das fluide Medium während der Kompression des Raumabschnitts
in die an der sichtbaren Oberfläche
des Spritzteils gebildete Hautschicht hinein aufgelöst wird.
Die Hautschicht wird erneut gegen die Spritzformoberfläche gedrückt und
erstarrt unter dem Haltedruck. Wie voranstehend beschrieben, lassen
sich Übertragung,
Glanzgrad und kosmetisches Erscheinungsbild der Spritz teile ohne
Beeinträchtigung der
Fluidität
eines Kunstharzes verbessern, indem der Raum unmittelbar nach dem
Einspritzen des Kunstharzes gebildet wird. Das besagte fluide Medium
wird zur Weichmachung der Hautschicht und zum nochmaligen Hinzufügen eines
Drucks auf die Hautschicht zum Formen in diesen Raum eingeleitet.
Des weiteren ergibt sich durch das Einspritzen des fluiden Mediums
unter kontinuierlich oder schrittweise erhöhtem Druck keine negative Auswirkung
auf die Hautschicht unmittelbar nach dem Einspritzen des Kunstharzes,
selbst wenn das fluide Medium schließlich unter hohem Druck eingespritzt
wird. Alternativ kann der Raum auch allmählich zwischen der Spritzformoberfläche und
einer Hautschicht unmittelbar nach dem Einspritzen eines Kunstharzes
gebildet werden. Dieser Raum kann entweder durch teilweises oder
langsames Zurückbewegen
einer beweglichen Spritzformseite oder einer Oberfläche der
ortsfesten Spritzformseite gegenüber
der sichtbaren Oberfläche
und unter gleichzeitiger Einspritzung des fluiden Mediums in den
Raum, oder durch Einspritzen des fluiden Mediums nach Anhalten der
Zurückbewegung
und nach Entstehung eines Raums zwischen dem Kunstharz und der Oberfläche gebildet
werden.
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Die
bei dieser Erfindung verwendeten thermoplastischen Kunstharze schließen unter
anderem Kunstharze auf Styrolbasis ein (beispielsweise Polystyrol,
Butadien-Styrol-Copolymer, Acrylnitril-Styrol-Copolymer, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer),
ABS-Kunstharz, Polyethylen, Polypropylen, Ethylen-Propylen-Harz, Ethylen-Ethylacrylat-Harz,
Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polybuten, Polycarbonat,
Polyacetat, Polyphenylenoxid, Polyvinylalkohol, Polymethylmethacrylat,
gesät tigte
Polyesterharze (beispielsweise Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat),
biologisch abbaubare Polyesterharze (beispielsweise Hydroxycarbonsäurekondensat,
Kondensate von Diol und Dicarbonsäure wie Polybutylensuccinat),
Polyamidharz, Polyimidharz, Fluorharz, Polysulfon, Polyethersulfon,
Polyacrylat, Polyether-Etherketon, eine Mischung aus einer oder
mehreren Arten) von Flüssigkristallpolymer,
sowie ein Harz, in dem verschiedene Typen anorganischer oder organischer
Füller
gemischt sind. Von diesen thermoplastischen Harzen sind Harze auf
Styrolbasis und ABS-Harz besonders bevorzugt.
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Das
bei dieser Erfindung verwendete Gas wird in einem Kunstharz aufgenommen,
absorbiert oder aufgelöst
und dafür
ist Kohlendioxidgas mit hoher Löslichkeit
für Kunstharz
oder ein Kohlendioxidgas im überkritischen
Zustand zu verwenden.
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Beispiel 1
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Ausführungsformen
dieser Erfindung und Kontrollen dazu sind nachstehend unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen ausführlich
beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass diese Erfindung nicht
auf diese Beispiele begrenzt ist und dass auch eine Kombination
der Beispiele im Umfang der Erfindung enthalten ist.
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1 zeigt
eine Spritzform und eine Kohlendioxideinspritzvorrichtung zur Durchführung dieser
Erfindung. Dabei kennzeichnet die Bezugsziffer 1 einen
Hohlraum, der durch das Zusammenfügen einer ortsfesten Spritzformseite 10 und
einer beweglichen Spritzformseite 10a zur Spritzform entsteht,
während
die Bezugsziffer 3 eine Gaseinspritzvorrichtung bezeichnet.
Die Gaseinspritzvorrichtung 3 wiederum umfasst einen Gastank 4 mit
in diesen eingespritztem Kohlendioxidgas, dabei speist eine an einen
Gaseinspritzkreislauf 11a angeschlossene Gaseinspritzleitung 11 zwei
Gaseinspritzeinlässe 1b in
der beweglichen Spritzformseite 10a, die mit der Spritzformoberfläche 1a in
Verbindung stehen, welche die sichtbare Seite des fertigen Spritzteils
darstellt. Ein Gasdruckregler 5 ist zusammen mit einem
elektromagnetischen schaltenden Regelventil 7 und einer Steuereinheit 6 zur
Steuerung des Ventils 7 in der Gaseinspritzleitung 11 vorgesehen.
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Das
Spritzgussverfahren gemäss
dieser Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die 2(A), (B) und (C) beschrieben.
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Die
in 1 gezeigte Gaseinspritzvorrichtung 3 ist
ein Produkt der Anmelder und die verwendete Spritzgussmaschine wird
von der Nihon Seikosho K.K. unter der Referenznummer J220E2-P-2M
hergestellt. Ein Klemmdruck von 220t wurde in der Spritzgussmaschine
eingesetzt. Bei dem verwendeten Harz handelte es sich um von der
Idemitsu Petrochemicals unter der Referenznummer HT560 hergestelltes
hochschlagzähes
Polystyrol. Das Spritzteil hatte die Abmessungen 164 mm (Länge) × 74 mm
(Breite) × 2,5
mm (Dicke), und das Spritzteil hatte eine Form einer Platte mit
einem Ansatz und einer auf der nicht-sichtbaren Oberfläche ausgebildeten
Rippe. Geschmolzenes Harz für
das Spritzteil wurde mit einem Einspritzdruck von 56 MPa in den Hohlraum
der Spritzform eingespritzt, wobei die Füllzeit 0.6 s betrug. Die Temperatur
des geschmolzenen Harzes lag bei 230°C und die Temperatur des (aus
S45C bestehenden) Spritzformhohlraums 1 wurde unter Verwendung
von Tiefkühlwasser
auf 18°C
eingestellt. Nach dem Einspritzen des geschmolzenen Kunstharzes wurde
Kohlendioxidgas über
die Gaseinspritzeinlässe 1b in
den Raum zwischen der normalerweise sichtbaren Hautoberfläche und
der benachbarten Spritzformoberfläche 1a eingespritzt.
Der Raum 13 wurde dann durch Bewegung eines Plungerkolbens 12 nach
vorne komprimiert, um den Druck auf das Harz zu erhöhen. Und
die sichtbare Hautoberfläche
wurde wiederum dicht an die Spritzformoberfläche 1a gepresst, um
das Auflösen
des Kohlendioxidgases in der Hautoberfläche zur Senkung des Glaspunktes
der Hautoberfläche
zu bewirken. Zusätzlich
wurde ein Haltedruck an das Kunstharz angelegt (C).
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Wie
es in den 3(A) bis (C) dargestellt
ist, wurde bei diesem Spritzgussverfahren unmittelbar nach dem Einspritzen
der Kunstharzschmelze in den Hohlraum die bewegliche Spritzformseite 10a zurückbewegt,
um den Klemmdruck in der Spritzform zu lösen, während der Raum 13 mit
einem Abstand von ca. 0,1 mm unter Krafteinwirkung zwischen der
Hautschicht an der sichtbaren Oberfläche und der Spritzformoberfläche 1a gebildet
wurde (B). Kohlendioxidgas mit einem auf 6,5 MPa eingestellten Druck
wurde von der Gaseinspritzvorrichtung 3 kontinuierlich über eine
Zeitdauer von 2,0 Sekunden in den Gaseinspritzeinlass 1b eingespritzt.
Die bewegliche Spritzformseite 10a wurde zum Festklemmen
nach vorne bewegt, und 7 Sekunden lang ein Haltedruck von 90 MPa
angewandt. Das Kohlendioxidgas wurde in der Hautoberfläche aufgelöst, wodurch der
Raum 13 komprimiert wur de, um den Glaspunkt der Hautschichtoberfläche zu senken,
und die Hautschicht legte sich wieder eng an die Spritzformoberfläche für die Formung
an (C).
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Dabei
wird das nicht in der Hautschicht aufgelöste Kohlendioxidgas über einen
umgekehrten Weg zu demjenigen für
das Einspritzen an die Seite der Gaseinspritzvorrichtung 3 abgeführt.
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Bei
dem auf voranstehend beschriebene Weise erhaltenen Spritzteil ergab
sich eine hervorragende Übertragung
und das Ergebnis der Messung des Glanzgrades der Produktoberfläche mittels
des (von der HORIBA Ltd. unter der Referenznummer IG-310 hergestellten)
Gloss Checker ist in Tabelle 1 angegeben.
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Beispiel 2
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Bei
diesem Beispiel erfolgt der Spritzguss auf die selbe Art und Weise
wie in Beispiel 1, jedoch ohne den Punkt der kontinuierlichen oder
absatzweisen Einspritzung des Kohlendioxidgases in den gebildeten Raum 13.
Die für
die Gaseinspritzung erforderliche Gesamtzeitdauer betrug 2,0 Sekunden,
während
eine Ableitung über
0,2 Sekunden hinweg erfolgte. In dem Fall einer absatzweisen Gaseinspritzung
war der Vorgang in vier Stufen unterteilt und in jeder Stufe wurde
eine identische Gasmenge eingespritzt. Als Ergebnis war die Übertragung
bei dem auf die voranstehend beschriebene Weise erhaltenen Spritzteil
ausgezeichnet, und es hatte ebenfalls eine ausgezeichnete glänzende Oberfläche. Das
Ergebnis der Messung des Oberflächenglanzgrads
des Spritzteils ist Tabelle 1 zu entnehmen.
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Kontrolle 1
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Der
Spritzguss erfolgte auf die selbe Art und Weise, jedoch ohne Gaseinspritzung.
Als Ergebnis war die Übertragung
bei dem auf die voranstehend beschriebene Weise erhaltenen Spritzteil
im Vergleich zu demjenigen aus Beispiel 1 schlecht, und es bestätigte sich,
dass der Glanzgrad des Spritzteils schlechter als der in Beispiel
1 erhaltene war. Das Ergebnis der Messung des Glanzgrads des Spritzteils
ist in Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 3
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Bei
diesem Beispiel erfolgte das Spritzgießen auf die selbe Art und Weise,
jedoch unmittelbar nachdem das geschmolzene Harz in die Oberfläche der
festen Spritzformseite eingespritzt wurde, die die sichtbare Seite
des Produkts kontaktierte, wurde diese zurückbewegt, um den Raum 13 mit
dem Abstand von ca. 0,1 mm zwischen dem Harz und der Spritzformoberfläche zu bilden.
Das Kohlendioxidgas wurde in diesen Raum 13 wie in Beispiel
1 eingespritzt. Nachdem das Kohlendioxidgas in der Harzoberfläche (der
sichtbaren Hautoberfläche)
der sichtbaren Seite des Produkt aufgelöst war, wurde die Spritzformoberfläche, die
zurückbewegt worden
war, wieder nach vorne bewegt, wodurch weiterer Druck ausgeübt wurde.
Das Ergebnis der Messung des Glanzgrads des Spritzteils ist in Tabelle
1 angegeben.
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Kontrolle 2
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Das
Spritzgießen
fand auf die selbe Art und Weise statt wie in Beispiel 2, jedoch
ohne Einspritzung von Kohlendioxidgas. Im Ergebnis bestätigte es
sich, dass das auf die voranstehend beschriebene Art und Weise erhaltene
Spritzteil im Vergleich zu dem Spritzteil aus Beispiel 2 einen geringeren
Glanzgrad hatte. Das Ergebnis der Messung des Glanzgrads des Spritzteils
ist Tabelle 1 zu entnehmen.
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Beispiel 4
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Das
Spritzgießen
erfolgte auf die selbe Weise wie in Beispiel 1, jedoch mit dem Unterschied,
dass der Gaseinspritzeinlass an einer Stelle vorgesehen war. Es
bestätigte
sich, dass die Übertragung
bei dem auf die voranstehend beschriebene Weise erhaltenen Spritzteil
ausgezeichnet war und auch sein Oberflächenglanz ausgezeichnet ausfiel.
Das Ergebnis der Messung des Oberflächenglanzgrads des Spritzteils
ist in Tabelle 1 aufgeführt.
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4 und 5 zeigen
die aus den voranstehend beschriebenen Beispielen erhaltenen Spritzteile. In
diesen Figuren ist eine sichtbare Oberfläche des Spritzteils mit 8 bezeichnet
und 9 bezieht sich auf eine nicht-sichtbare Oberfläche dessen.
Eine Angußstelle 14 ist
am Spritzteil dargestellt und 15 bezeichnet die Position
des Einlasses 1b, wenn das Gas von einer Stelle aus eingespritzt
wird. Die Bezugsziffern 16 und 17 bezeichnen die
Positionen der Einlässe,
wenn die Gaseinspritzung von zwei Stellen aus erfolgt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
bildet sich unmittelbar nach dem Einspritzen eines Harzes in einen
Spritzformhohlraum ein Raum zwischen einer Oberfläche der
Spritzform, die die Seite der sichtbaren Oberfläche bildet, und dem Harz. Das
fluide Medium Kohlendioxid ist nur in der Harzoberfläche in der
sichtbaren Oberflächenseite
des Produkt aufgelöst,
und der Haltedruck wird hinzugefügt,
dann wird mit dem restlichen, nicht im Harz aufgelösten fluiden
Medium abgeleitet. Die weichgemachte Harzoberfläche mit dem darin aufgelösten fluiden
Medium wird gegen die Spritzformoberfläche der sichtbaren Seite des
Produkts gepresst. Durch diesen Vorgang ergeben sich Spritzteile
mit ausgezeichneter Übertragung,
Erscheinungsbild und Glanzgrad.
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Durch
Bildung eines Raums zwischen dem in einen Spritzformhohlraum eingespritzten
Harz und der Spritzformoberfläche
ergeben sich Vorteile, nämlich
dass das Harz thermisch isoliert ist und dass das Harz auf einer
hohen Temperatur gehalten werden kann, bis die Übertragung auf die Spritzformoberfläche wieder durchgeführt wird,
indem der Haltedruck hinzugefügt
wird. Des weiteren wird durch Hinzufügen des Haltedrucks das in
den Raum eingespritzte fluide Medium Kohlendioxid im Harz aufgelöst und die
Viskosität
der Harzoberfläche
verringert sich, so dass sich Spritzteile mit ausgezeichneter Übertragung
nur auf deren sichtbaren Oberfläche
erzielen lassen. Des weiteren wird durch Bewegen eines Teils einer
Spritzform nach vorne oder nach hinten die Übertragung der Spritzteile
teilweise verbessert. Außerdem
ist es möglich,
an einem Übergang
zwischen fließenden
Harzen erzeugte Fließlinien
zu verringern und Defekte wie Schlieren und gasbedingte Fehlstellen
zu eliminieren.
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- 1
- Kunststoffspritzteil
- 2
- Ansatzabschnitt
- 3
- Gaseinspritzvorrichtung
- 4
- Hochdruckgasgenerator
oder ein Gastank
- 5
- Gasdruckeinstellvorrichtung
- 6
- Steuereinheit
- 7
- elektromagnetisches
Regelventil
- 8
- sichtbare
Oberflächenseite
des Spritzteils
- 9
- nicht-sichtbare
Oberflächenseite
des Spritz
-
- teils
- 10
- Spritzform
- 11
- Gaseinspritzleitung
- 12
- Stempel
der Spritzgussmaschine
- 13
- gebildeter
Raum
- 14
- Angußstelle
im Spritzteil
- 15
- Gaseinspritzposition
im Spritzformhohlraum
- 16
- Gaseinspritzposition
im Spritzformhohlraum
- 17
- Gaseinspritzposition
im Spritzformhohlraum
