DE69702786T2

DE69702786T2 - Verfahren zur Herstellung eines Formteils mit einem hohlen Abschnitt aus einem thermoplastischen Harz

Info

Publication number: DE69702786T2
Application number: DE69702786T
Authority: DE
Inventors: Satoru Funakoshi; Akihiro Furuta; Masahito Matsumoto; Nobuhiro Usui
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-02-20
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2017-02-20
Also published as: EP0791447A1; CN1177535A; JP3371315B2; US5922270A; KR970061492A; TW330887B; DE69702786D1; JPH09220731A; EP0791447B1; CN1128708C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Formartikels mit einem hohlen Abschnitt aus einem geschmolzenen Einsatzgut mit mindestens einem thermoplastischen Harz.
Als Verfahren zur Herstellung eines hohlen Artikels offenbart die JP-B-57-14968 (Shou) die folgenden Schritte: Zuführen eines geschmolzenen Harzes in einen geschlossenen Formhohlraum, wobei die Menge des geschmolzenen Harzes nicht zum Füllen des Formhohlraums ausreicht, und anschließendes Zuführen eines Druckgases oder einer Kombination aus einem Druckgas und einer zusätzlichen geschmolzenen Harzmenge in den Formhohlraum. Dieses Verfahren der verwandten Technik ist aber insofern nachteilig, als daß der resultierende hohle Formartikel Oberflächen hat, die Verzögerungsspuren oder Umschaltspuren (d. h. ungleichmäßigen Glanz) zeigen, die durch Änderungen des auf das geschmolzene Harz ausgeübten Drucks verursacht werden, während sich das geschmolzene Harz im Hohlraum ausbreitet.
Die JP-B-7-315 (Hei) offenbart ein Verfahren, bei dem ein Formhohlraum mit einem geschmolzenen Harz gefüllt und danach Druckgas in das geschmolzene Harz eingeleitet wird. Allerdings ist auch dieses Verfahren problembehaftet. Zum Beispiel sind Hilfsausrüstungen erforderlich, etwa ein gleitfähiger Kern, der im Formhohlraum beweglich ist, u. ä., um ein Volumen des Formhohlraums zur Bildung eines hohlen Abschnitts zu vergrößern. Häufig sind Werkzeugausstattungen mit solchen Hilfsausrüstungen recht teuer und erfordern hohen Wartungsauf Wand.
Die EP-A-0498444 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Formartikels durch folgende Schritte: Zuführen eines geschmolzenen Harzes zwischen ein Paar aus einer feststehenden Form und einer beweglichen Form, bevor die feststehende Form und die bewegliche Form geschlossen werden, Zuführen von Druckgas über einen in das geschmolzene Harz eingesetzten Gaszufuhrstift, Schließen der beweglichen Form, um das Harz in einen durch die Formen gebildeten Hohlraum zu füllen, geringes Öffnen der Formen, während ein Gas im Harz unter Druck gesetzt wird, um das hohle Teil zu dehnen, und Öffnen der beweglichen Form, um den hohlen Formartikel aus den Formen zu entnehmen.
Daher besteht Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung eines hohlen Formartikels, bei dem der resultierende hohle Formartikel eine gut aussehende Oberfläche ohne Verzögerungsspuren hat, sowie einem Verfahren, bei dem teure und wartungsaufwendige Hilfsausrüstungen nicht erforderlich sind. Somit besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Lösung der genannten Probleme im Zusammenhang mit der verwandten Technik sowie des erwähnten Bedarfs. Gemäß den Grundsätzen der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Artikels mit den folgenden Schritten gelöst:
(a) Bereitstellen einer Anordnung mit einem ersten und zweiten Formteil, die zwischen einer geschlossenen Position, in der mindestens ein Abschnitt einer Innenfläche der Anordnung einen Formhohlraum bildet, und einer offenen Position relativ zueinander beweglich sind, wobei der Hohlraum so geformt ist, daß er dem Artikel eine entsprechende Konfiguration verleiht;
(b) Zuführen eines mindestens ein geschmolzenes thermoplastisches Harz enthaltenden Einsatzguts zum ersten Formteil und/oder zweiten Formteil, wobei der Zufuhrschritt (b) durchgeführt wird, während sich die Formteile nicht in der geschlossenen Position befinden, so daß der Zufuhrschritt (b) vor oder zeitgleich mit dem Erreichen der geschlossenen Position durch die Formteile abgeschlossen wird;
(c) Bewegen des ersten Formteils relativ zum zweiten Formteil in die geschlossene Position, um den Hohlraum zu bilden;
(d) Komprimieren des Einsatzguts im Formhohlraum durch Ausüben einer ersten Schließkraft F1 auf das erste und zweite Formteil, um das Harz im Hohlraum gleichmäßig zu verteilen und den Hohlraum zu füllen;
(e) Verringern der Schließkraft von der ersten Schließkraft F1 auf eine zweite Schließkraft F2, bevor das geschmolzene thermoplastische Harz im Formhohlraum vollständig erstarrt ist, und Komprimieren des geschmolzenen thermoplastischen Harzes mit der zweiten Schließkraft F2;
(f) Zuführen eines Druckgases in mindestens einen nicht erstarrten Abschnitt des geschmolzenen thermoplastischen Harzes nach dem Schritt (c) der Bewegung des ersten Teils relativ zum zweiten Teil in die geschlossene Position und vor vollständiger Erstarrung des geschmolzenen thermoplastischen Harzes im Formhohlraum;
(g) Abkühlen des geschmolzenen thermoplastischen Harzes im Formhohlraum, bis das geschmolzene thermoplastische Harz mindestens im wesentlichen erstarrt ist; und
(h) Fortsetzen des Schritts (f) der Zufuhr eines Druckgases mindestens solange, bis das geschmolzene thermoplastische Harz mindestens im wesentlichen erstarrt ist, um Verformung des Artikels zu verhindern.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen festgelegt.
Gemäß den Grundsätzen der Erfindung kann die vorgenannte Ausführungsform so abgewandelt sein, daß sie mindestens einen zusätzlichen Schritt aufweist, in dem die Schließkraft von der zweiten Schließkraft F2 auf eine dritte Schließkraft F3 geändert wird, bevor das geschmolzene thermoplastische Harz im Formhohlraum vollständig erstarrt ist.
Gemäß den zuvor diskutierten Ausführungsformen der Erfindung läßt sich ein gut aussehender hohler Artikel ohne Verzögerungsspuren herstellen, ohne daß Hilfsausrüstungen, z. B. ein Gleitkern, erforderlich sind.
Die Grundsätze der zuvor dargelegten Erfindung sind auf die Herstellung der meisten Arten hohler Formartikel anwendbar, sind aber besonders auf Innenteile von Kraftfahrzeugen, z. B. Instrumententafeln, Konsolenkästen u. ä. anwendbar.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden näheren Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen hervor, in denen die Erfindungsgrundsätze beispielhaft veranschaulicht sind. In den beigefügten Zeichnungen ist die Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer für das Verfahren der Erfindung geeigneten Anordnung, wobei sich die Anordnung in einer offenen Position mit einem darin aufgenommenen thermoplastischen Harzeinsatzgut befindet;
Fig. 2 eine Schnittansicht der Anordnung von Fig. 1, wobei sich die Anordnung in einer geschlossenen Position befindet und das Einsatzgut aus thermoplastischem Material im Hohlraum komprimiert ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht der Anordnung von Fig. 1, wobei sich die Anordnung in einer geschlossenen Position befindet und eine Druckgaszufuhr aufnimmt; und
Fig. 4 eine erläuternde schematische Ansicht eines rechteckigen Blocks mit einer abgeschrägten Oberseite.
Mit näherem Bezug auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichnete Anordnung. Die Anordnung 10 weist ein Patrizenformteil 3 und ein Matrizenformteil 2 auf, die zwischen einer offenen Position (Fig. 1) und einer geschlossenen Position (Fig. 2 und 3) relativ zueinander beweglich sind. Das Matrizen- und Patrizenformteil 2 und 3 haben Innenflächen, die in einer geschlossenen Position gemeinsam einen Formhohlraum 5 bilden, dessen Form einer Konfiguration des angestrebten hohlen Artikels entspricht. Mindestens eines der Formteile 2 und 3 ist zum anderen Formteil aus der offenen Position in die geschlossene Position beweglich. Im folgenden wird diese Richtung als Formschließrichtung bezeichnet.
Das Verfahren der Erfindung eignet sich besonders zur Herstellung eines Artikels mit einem oder mehreren dicken Abschnitten, die in Fig. 2 und 3 allgemein mit der Bezugszahl 4 bezeichnet sind. Bei der Herstellung eines Artikels mit einem dicken Abschnitt 4 mit einem darin angeordneten hohlen Bereich 1 können eine oder mehrere Vertiefungen in der Innen fläche der Anordnung 10 vorhanden sein, damit der oder die dicken Abschnitte 4 gebildet werden können. Der oder die Vertiefungen können an einer oder mehreren Positionen positioniert sein, z. B. einer Umfangsposition und/oder einer Mittelposition der Formoberfläche. Der dicke Abschnitt des hohlen Artikels ist als Abschnitt definiert, der relativ dicker als die anderen übrigen und/oder umgebenden Abschnitte des hohlen Formartikels ist. Nicht erforderlich ist, daß eine Grenze zwischen dem dicken Abschnitt und dem übrigen Hauptabschnitt des hohlen Formartikels mit bloßem Auge wahrnehmbar ist. Beispielsweise kann die Dicke des hohlen Artikels allmählich vergrößert oder verkleinert sein, wobei der dicke Abschnitt 4 eine Dicke hat, die relativ größer als die eines benachbarten Abschnitts ist. Ferner ist nicht erforderlich, daß die Dicke des dicken Abschnitts 4 und des Hauptabschnitts gleichmäßig ist. Außerdem kann in einem hohlen Artikel mit einem Vorsprung der Vorsprung als der dicke Abschnitt 4 gebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung wird ein Einsatzgut 6, das mindestens ein geschmolzenes thermoplastisches Harz enthält, zwischen Patrizenformteil 3 und Matrizenformteil 2 eingeleitet, während die Formteile 2 und 3 nicht geschlossen sind, was Fig. 1 zeigt. Danach werden gemäß Fig. 2 die Formteile 2 und 3 in Formschließrichtung geschlossen, um den Formhohlraum 5 zu bilden. Eine erste Schließkraft F1 wird auf das Einsatzgut 6 von den Formteilen 2 und 3 ausgeübt, während sich die Formteile in der geschlossenen Position befinden. Durch Ausüben dieser ersten Schließkraft F1 wird das Einsatzgut komprimiert und im gesamten Formhohlraum 5 verteilt.
Hierbei ist die erste Schließkraft F1 mindestens eine Kraft, die zum Verteilen des Einsatzguts 6 ausreicht, um den Formhohlraum 5 zu füllen und das geschmolzene thermoplastische Harz zu komprimieren. In der Verwendung hierin bezeichnet die Schließkraft einen Gesamtdruck, der durch das Einsatzgut 6 von einer gesamten Innenfläche der Formteile 2 und 3 in einer Formschließrichtung aufgenommen wird (d. h., die allgemein mit den Pfeilen in Fig. 2 und 3 bezeichnete Rich tung), sofern nichts anderes angegeben ist. Obwohl ein Wert der ersten Schließkraft F1 je nach Größe des angestrebten hohlen Artikels variiert, liegt er allgemein im Bereich von mindestens etwa 10xA kp bis etwa 200xA kp (Kilopond), um das Einsatzgut 6 im gesamten Formhohlraum 5 zu verteilen.
Hierin bezeichnet "A" die gesamte Projektionsfläche (cm²) eines durch die Formteile 2 und 3 gebildeten Formhohlraums auf einer imaginären Ebene, die senkrecht zur Formschließrichtung angeordnet ist. Als Beispiel wird die Projektionsfläche "A" eines rechtwinkligen Blocks mit einer abgeschrägten Oberseite anhand von Fig. 4 erläutert. Wie zuvor gezeigt wurde, haben das erste und zweite Formteil 2 und 3 Innenflächen, die in einer geschlossenen Position gemeinsam den Formhohlraum 5 bilden, dessen Form der Außenkonfiguration des gewünschten hohlen Artikels entspricht. Die Vorderschnitt- und die gedrehte Seitenschnittansicht des Formteils 2 sind in Fig. 4 dargestellt und allgemein mit den Bezugszahlen 2a, 3a, 2b bzw. 3b bezeichnet. Eine Perspektivansicht von unten auf das Formteil 2 ist allgemein mit den Bezugszahlen 2c und 3c bezeichnet. Diese Perspektivansicht zeigt die gesamte Projektionsfläche "A" als Summe einer ersten Projektionsfläche 12 (angeordnet auf einer Ebene, die senkrecht zur Formschließrichtung ist) und einer maximalen zweiten Projektionsfläche 14 (angeordnet auf einer Ebene, die nicht senkrecht zur Formschließrichtung ist).
Im Hinblick auf die Schritte der Zufuhr des Einsatzguts 6 zum Patrizen- und/oder Matrizenformteil 2 und 3 und des Schließens der Formteile 2 und 3, um den Hohlraum 5 zu bilden, kann das Schließen der Formteile beginnen, nachdem das Einsatzgut 6 vollständig zu den Formteilen 2 und/oder 3 geführt wurde, oder es kann beginnen, während das Einsatzgut 6 zugeführt wird, und kann optional fortgesetzt werden, während das Einsatzgut 6 zugeführt wird, so daß das Schließen der Formteile 2 und 3 zeitgleich mit dem Zufuhrabschluß des Einsatzguts 6 zum Formhohlraum 5 abgeschlossen wird. Die Beziehung zwischen der Zeit, zu der die Schließkraft die erste Schließkraft F1 erreicht, und der Zeit, zu der der Formhohlraum 5 mit dem Einsatzgut 6 gefüllt ist, weist verschiedene Ausführungsformen auf und kann in Abhängigkeit von solchen Faktoren variieren wie z. B. Wert von F1, Viskosität des geschmolzenen thermoplastischen Harzes, Größe des angestrebten hohlen Artikels, Größe der Oberflächen der Formteile 2 und 3 u. ä. In den meisten Fällen wird der Formhohlraum 5 mit dem Einsatzgut 6 gefüllt, bevor die Schließkraft F1 erreicht. Ist aber z. B. die Viskosität des Einsatzguts 6 relativ hoch oder ist die Größe des gewünschten hohlen Artikels relativ groß, kann das Füllen des Formhohlraums 5 mit dem Einsatzgut 6 gleichzeitig mit dem Erreichen der Schließkraft F1 oder danach abgeschlossen werden.
In der Erfindung kann ein Harzdurchgang 7 oder Verteiler zum Zuführen des mindestens ein geschmolzenes thermoplastisches Harz enthaltenden Einsatzguts 6 zur Patrize 3 und/oder Matrize 2 verwendet werden. Weiterhin kann das Einsatzgut 6 durch eine externe Zufuhreinrichtung mit einer Harzzufuhrdüse zugeführt werden (nicht gezeigt). Bevorzugt ist das zuerst genannte Verfahren mit Verwendung eines Durchgangs 7 zum Vermeiden der Abkühlung des geschmolzenen thermoplastischen Harzes vor Schließen der Formteile 2 und 3. Beginnt das Schließen der beweglichen Formteile 2 und 3 zeitgleich mit dem Zufuhrschritt des Einsatzguts 6 zu den Formteilen 2 und 3, wird das Einsatzgut 6 vorzugsweise über den Harzdurchgang 7 zugeführt.
Somit wird das Einsatzgut 6 zum Formhohlraum 5 geführt und füllt den Formhohlraum 5 durch Schließen des Patrizenformteils 3 und Matrizenformteils 2 in Formschließrichtung, bis sich die Formteile 2 und 3 in einer geschlossenen Position befinden, wobei die erste Schließkraft F1 das Einsatzgut 6 komprimiert. Danach wird die Formschließkraft von der ersten Schließkraft F1 auf eine zweite Schließkraft F2 verringert, und das Komprimieren des Einsatzguts 6, das das geschmolzene thermoplastische Harz enthält, wird im Formhohlraum 5 mit der zweiten Schließkraft F2 fortgesetzt. Die zweite Schließkraft F2 ist kleiner als die erste Schließkraft F1 und ist auf geeignete Weise entsprechend der Konfiguration des gewünschten hohlen Artikels und den Formgebungsbedingungen festgelegt, z. B. dem Druck, mit dem das Druckgas in den Formhohlraum 5 geleitet wird, usw., um keine erhebliche Verwerfung oder Verformung im hohlen Artikel zu erzeugen.
Allgemein ist F2 so bestimmt, daß sie in einem Bereich von mindestens etwa 1xA kp bis etwa 150xA kp, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 5xA kp bis etwa 100xA kp und stärker bevorzugt in einem Bereich von etwa 10xA kp bis etwa 50xA kp liegt. Hierin bezeichnet "A" die gesamte Projektionsfläche (cm²) eines durch die Formteile 2 und 3 gebildeten Formhohlraums auf einer imaginären Ebene, die senkrecht zur Formschließrichtung angeordnet ist.
Die Verringerung der Schließkraft F1 auf F2 kann zu beliebiger Zeit nach Komprimierungsbeginn des Einsatzguts 6 im Formhohlraum 5 mit der Schließkraft F1 durchgeführt werden, solange die Schließkraftverringerung erfolgt, bevor das geschmolzene thermoplastische Harz vollständig erstarrt ist. Zum Beispiel kann der Druck unmittelbar nach Komprimierungsbeginn mit der Schließkraft F1 oder unmittelbar vor vollständiger Erstarrung des mit F1 komprimierten geschmolzenen thermoplastischen Harzes oder zu beliebiger Zeit dazwischen verringert werden. Bei der Auswahl der Zeitdauer, die vom Komprimierungsbeginn des Einsatzguts mit der Schließkraft F1 bis zum Zeitpunkt der Schließkraftverringerung von F1 auf F2 vergehen darf, sollten die Erstarrungsgeschwindigkeit des Einsatzguts, der Zufuhrdruck des Druckgases u. ä. berücksichtigt werden. Somit erfolgt die Verringerung der Schließkraft von F1 auf F2 vorzugsweise etwa 1 Sekunde bis etwa 15 Sekunden nach Erstausübung der Komprimierungskraft F1. Diese Zeitspanne variiert je nach dem oder den ausgewählten speziellen thermoplastischen Harzen und Zusatzstoffen sowie der Dicke des auszubildenden Artikels und der Temperatur, auf die das Einsatzgut 6 und/oder die Formanordnung 10 erwärmt wird.
Nach Verringerung der Schließkraft von F1 auf F2 kann die Schließkraft von F2 optional auf eine dritte Schließkraft F3 angehoben und so gehalten werden, daß das geschmolzene thermoplastische Harz bei der Schließkraft F3 abkühlt und erstarrt. Ein hohler Artikel mit ausgezeichnetem Aussehen läßt sich herstellen, indem die Kompression mit der Schließkraft F3 erfolgt. Die Schließkraft F3 kann kleiner, gleich oder größer als F1 sein. Obwohl die dritte Schließkraft F3 allgemein entsprechend der Form des angestrebten hohlen Artikels oder den Formgebungsbedingungen bestimmt wird, z. B. Zufuhrdruck des Druckgases u. ä., ist die dritte Schließkraft F3 vorzugsweise kleiner als das Dreifache von F1.
Nach Füllen des Formhohlraums 5 mit dem Einsatzgut 6 aus dem geschmolzenen thermoplastischen Harz und Komprimieren des geschmolzenen thermoplastischen Harzes wird ein Druckgas in mindestens einen nicht erstarrten Abschnitt des den Formhohlraum 5 füllenden geschmolzenen thermoplastischen Harzes eingeleitet. Danach wird das geschmolzene thermoplastische Harz abgekühlt und dadurch verfestigt, während das Druckgas zugeführt wird. In Fig. 3 ist dieser Schritt dargestellt.
Obwohl die Druckgaszufuhr zu beliebiger Zeit zwischen Schließen der Formteile 2 und 3 zur Bildung des Formhohlraums 5 und Erstarren des geschmolzenen thermoplastischen Harzes im Formhohlraum 5 beginnen kann, ist bevorzugt, daß der Schritt der Druckgaszufuhr in den Formhohlraum 5 gleichzeitig mit der Verringerung der Schließkraft von F1 auf F2 oder im Anschluß daran beginnt. Allgemein wird der Schritt der Druckgaszufuhr in den Formhohlraum 5 solange fortgesetzt, bis das geschmolzene thermoplastische Harz im Formhohlraum 5 abgekühlt und erstarrt ist. Vor Beendigung der Druckgaszufuhr in den Formhohlraum 5 ist das geschmolzene thermoplastische Harz im wesentlichen vollständig erstarrt, um Verformung des Harzes zu vermeiden. Allerdings ist es nicht erforderlich, daß das geschmolzene thermoplastische Harz vor Beendigung der Druckgaszufuhr zum Formhohlraum 5 durchgehend erstarrt ist.
Zu geeigneten Druckgasen gehören beispielsweise und ohne Einschränkung Druckluft, komprimierter Stickstoff, komprimiertes Kohlendioxid, alle Kombinationen daraus u. ä. Bevorzugt ist Druckluft. Obwohl ein Zufuhrdruck des Druckgases nicht eingeschränkt ist, liegt der Druck vorzugsweise unter etwa 10 kp/cm², stärker bevorzugt im Bereich von mindestens 1 kp/cm² und unter 10 kp/cm². Der Zufuhrdruck des Druckgases kann konstant gehalten werden, wenn das Druckgas zum Hohlraum 5 geführt wird; alternativ kann der Zufuhrdruck beim Zuführen des Druckgases in den Hohlraum 5 geändert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Druckgas unter einem Druck "p" im Bereich von mindestens 1 kp/cm² und unter 10 kp/cm² zugeführt, und der Zufuhrdruck p (kp/cm²) sowie die zweite Schließkraft F2 (Mp) erfüllen die folgende Beziehung:
0,3 · F2 · 1000 ÷ A ≤ p ≤ 3 · F2 · 1000 ÷ A,
worin A (cm²) die gesamte Projektionsfläche (cm²) eines Formhohlraums bezeichnet, die durch die Formteile 2 oder 3 auf einer imaginären Ebene gebildet ist, die senkrecht zur Formschließrichtung angeordnet ist.
Ein Verfahren zur Messung der Formschließkraft ist nicht speziell beschränkt. Kommt z. B. eine Öldruck-Maschinenpresse mit einer Presseneinheit und den Formteilen 2 und 3 als Formanordnung zum Einsatz, kann die Formschließkraft als Produkt des Öldrucks in einem Zylinder der Presseneinheit und der Querschnittfläche des Zylinders berechnet werden.
Ist diese Gleichung erfüllt, schreitet die Druckgaszufuhr gleichmäßig fort, es wird ein befriedigender hohler Abschnitt ausgebildet, und es läßt sich ein hohler Artikel mit einer Oberfläche erhalten, die gut aussieht und kaum verformt oder ungleichmäßig ist.
Allgemein wird das Druckgas in den Formhohlraum 5 von einem Gaszufuhrteil 8 geführt, das im Patrizenformteil 3 und/ oder Matrizenformteil 2 vorgesehen ist. Ein Ende des Gaszufuhrteils 8 distal zum Formhohlraum 5 ist mit einem Gasdurchgang 9 verbunden. Der Gasdurchgang 9 ist mit einer (nicht gezeigten) Gaszufuhrquelle verbunden. Der Gasdurchgang 9 hat (nicht gezeigte) Ventile, z. B. ein Öffnungs-/Schließventil für den Gasdurchgang, um die Druckgaszufuhr zu beginnen und zu beenden, und ein Drucksteuerventil zur Einstellung des Zufuhrdrucks des Druckgases. Ein Ende des Gaszufuhrteils 8 proximal zum Formhohlraum 5 kann auf gleicher Höhe wie die Innenfläche der d = n Formhohlraum 5 bildenden Anordnung 10 oder darüber oder darunter liegen. Zum Beispiel kann das Gaszufuhrteil 8 ein beweglicher Stift sein, dessen proximales Ende in den Formhohlraum 5 vorsteht, wenn das Druckgas zugeführt wird.
Die Konfiguration und der Aufbau des Gaszufuhrteils 8 sind nicht speziell beschränkt, solange das Druckgas in den Formhohlraum 5 geführt werden kann. Das Gaszufuhrteil 8 kann z. B. aus einem porösen Material hergestellt sein, das zahlreiche offene Mikrozellen hat, die als Gaswege dienen. Zu Beispielen für ein solches poröses Material zählen ein Sintermetall, z. B. Sinterkupfer und rostfreier Sinterstahl; ein Sinterharz, z. B. fluorierter Sinterkunststoff; Schaumaluminium; poröse Keramik und alle Kombinationen daraus.
Das Gaszufuhrteil 8 kann ein Formling mit einem oder mehreren Gaswegen sein, die sich jeweils vom distalen Ende zum proximalen Ende des Teils 8 erstrecken. Die Gaswege können im Umfangsbereich des Gaszufuhrteils 8 und/oder in einem Innenbereich des Gaszufuhrteils 8 angeordnet sein. Die Form des Formlings ist beliebig und kann z. B. zylindrisch oder prismenartig sein. In einem solchen Formling ist die Anzahl von Gaswegen nicht speziell eingeschränkt. Allgemein kann der Formling aus einem Material mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit und Härte hergestellt sein, z. B. einem Metall, einer Legierung und/oder einer Keramik. Sind im Formling ein oder mehrere Gaswege im Umfangsbereich (z. B. an der Oberfläche) des Gaszufuhrteils 8 ausgebildet, können die Gaswege jeweils z. B. eine Rille sein, die sich vom distalen Ende zum proximalen Ende des Gaszufuhrteils 8 erstreckt. Ist dagegen der Gasweg in einem Innenbereich des Gaszufuhrteils 8 positioniert, kann der Gasweg z. B. als Durchgangsloch gebildet sein, das sich vom distalen Ende zum proximalen Ende des Gaszufuhrteils 8 erstreckt. Eine Querschnittkonfiguration des Gaswegs (in senkrechter Richtung zur Gasströmungsrichtung) kann jede herkömmliche oder beliebige Form aufweisen, z. B. kreisförmig, halbkreisförmig, V-förmig, U-förmig oder rechtwinklig.
Vorzugsweise erfolgt die Druckgaszufuhr in den Formhohlraum 5 durch mehrere Druckgasströme. Daher ist ebenfalls bevorzugt, daß mehrere Rillen und/oder Durchgangslöcher in einem oder beiden Formteilen 2 und 3 oder Gaszufuhrteilen 8 gebildet sind. Zur Vermeidung von Verstopfung der Gaswege infolge von eindringendem geschmolzenem thermoplastischem Harz ist die Schnittfläche einer Öffnung jedes Gaswegs vorzugsweise nicht größer als 0,03 mm². Bei Verwendung des porösen Materials für das Gaszufuhrteil 8 ist eine Öffnung jeder offenen Mikrozelle vorzugsweise nicht größer als etwa 0,03 mm², um diese Ziele zu realisieren.
Als Alternative zum Gaszufuhrteil 8 kann der Gasdurchgang 9 direkt zur Innenfläche der den Formhohlraum 5 bildenden Anordnung 10 offen sein. Um in diesem Fall mehrere Ströme des Druckgases zu erzeugen, ist der Gasdurchgang 9 vorzugsweise in mehrere kleine Wege aufgeteilt, die mit dem Formhohlraum 5 verbunden sind und z. B. eine (nicht gezeigte) rechenartige Form nahe der Innenfläche der Anordnung 10 haben.
Bevorzugt ist die Bereitstellung eines Verkleidungsmaterials um das Gaszufuhrteil 8 oder die Öffnungen der Gasdurchgänge, die direkt zur Formoberfläche öffnen. Um das Verkleidungsmaterial wird der Erstarrungsfortschritt des geschmolzenen thermoplastischen Harzes so verzögert, daß die Druckgaszufuhr erleichtert wird. Hierbei ist das Verkleidungsmaterial ein Material, das dazu beiträgt, die Bildung einer vorzeitig erstarrten Außenschicht auf der Oberfläche des geschmolzenen Harzes zu verhindern, die mit der den Hohlraum 5 bildenden Formoberfläche in Berührung steht, indem die direkte Wärmeübertragung vom geschmolzenen thermoplastischen Harz verhindert wird, das in den Hohlraum 5 zu den Formteilen 2 und 3 eingeleitet wird. So verzögert das Verkleidungsmaterial den Erstarrungsfortschritt des thermoplastischen Harzes. Zwei Beispiele für Verkleidungsmaterialien weisen eine Wärmeisolierung, z. B. ein Epoxidharz, und eine örtliche Heizung auf.
Das Druckgas wird zu mindestens einem nicht erstarrten Abschnitt des Einsatzguts 6 geführt, das das mindestens eine geschmolzene thermoplastische Harz aufweist, mit dem der Formhohlraum 5 gefüllt ist. Ist das mit dem proximalen Ende des Gaszufuhrteils 8 in Berührung stehende geschmolzene thermoplastische Harz erstarrt, kann das Druckgas allgemein nicht in das geschmolzene thermoplastische Harz geleitet werden. Daher ist allgemein erwünscht, daß das Gaszufuhrteil 8 an einer Position bezüglich der Formoberfläche vorgesehen ist, die einem Abschnitt des geschmolzenen thermoplastischen Harzes entspricht, der zu Beginn der Druckgaseinleitung in den Hohlraum 5 nicht erstarrt ist. Somit ist das Gaszufuhrteil 8 vorzugsweise an einer Position der Formoberfläche vorgesehen, die einem Abschnitt des geschmolzenen thermoplastischen. Harzes entspricht, der am schwersten erstarrt. Je dicker der Abschnitt des geschmolzenen thermoplastischen Harzes ist, um so länger ist allgemein die erforderliche Erstarrungszeit des geschmolzenen thermoplastischen Harzes. Soll daher ein hohler Artikel mit einem dicken Abschnitt hergestellt werden, ist das Gaszufuhrteil 8 allgemein an einer Position vorgesehen, wo der dicke Abschnitt gebildet wird. Auch bei Bildung einer Außenschicht an der den Formhohlraum 5 abgrenzenden Formoberfläche bei Erstarrung des geschmolzenen thermoplastischen Harzes kann das Druckgas in das geschmolzene thermoplastische Harz geführt werden, indem ein Druckgas unter hohem Druck zugeführt wird, das die Außenschicht durchdringt. Mehrere Gaszufuhrteile können je nach Form oder Größe des herzustellenden hohlen Artikels oder Form oder Größe des auszubildenden hohlen Abschnitts 1 vorgesehen sein.
Andererseits kann auch ein bewegliches stiftartiges Gaszufuhrteil verwendet werden, dessen proximales Ende in den Formhohlraum 5 vorstehen kann, auch wenn das geschmolzene thermoplastische Harz die Formoberfläche berührt und eine Außenschicht gebildet wird. Da das Gaszufuhrteil 8 die Außenschicht durchbohren kann, reicht es aus, daß das geschmolzene thermoplastische Harz um die Spitze eines Stifts des in den Formhohlraum 5 vorstehenden Gaszufuhrteils 8 nicht erstarrt ist.
Das geschmolzene thermoplastische Harz wird im Formhohlraum 5 abgekühlt und erstarrt dadurch, während das Druckgas in den Hohlraum 5 geführt wird. Danach wird die Druckgaszufuhr gestoppt, und abschließend werden die Formteile 2 und 3 geöffnet, und der hohle Artikel wird aus dem Formhohlraum 5 entnommen. Bei hohem Zufuhrdruck des Druckgases wird das Druckgas vor Öffnen der Formteile 2 und 3 allgemein ausgespült. Bei Verwendung eines anderen Druckgases als Druckluft kann das Druckgas nach Bedarf oder Wunsch zurückgewonnen werden. Wird Druckluft unter geringem Druck verwendet, braucht das Gas vor Öffnen der Formteile 2 und 3 nicht herausgespült zu werden, um das Niederdruckgas zurückzugewinnen.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung läßt sich ein hohler Artikel, der aus mindestens einem thermoplastischen Harz gebildet ist, insbesondere ein hohler Artikel, der einen dicken Abschnitt 4 mit einem darin gebildeten hohlen Abschnitt 1 hat, leicht erhalten.
Thermoplastische Harze, die in herkömmlichen Formgebungsverfahren einsetzbar sind, z. B. Spritzgießen, Spritzprägen, Strangpressen, Stampfformen u. ä., sind für das Verfahren der Erfindung geeignet. Zu Beispielen für geeignete thermoplastische Harze gehören u. a., aber nicht ausschließlich, einer oder mehrere der folgenden Stoffe: herkömmliche thermoplastische Harze, z. B. Polyolefinharze wie Polyethylen und Polypropylen, Polystyrol, Polycarbonat, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer, Nylon u. ä.; thermoplastische Elastomere, z. B. Ethylen-Propylen-ßlockcopolymer, Styrol-Butadien- Blockcopolymer u. ä. und deren Polymerlegierungen. Das thermoplastische Harz kann verschiedene herkömmliche Zusatzstoffe enthalten, beispielsweise, aber ohne Einschränkung Füllmittel, z. B. Talk und Glasfaser, Pigmente, Gleitmittel, Antistatikmittel, Antioxidationsmittel u. ä.
Im vorgenannten Verfahren kann ein hohler Artikel hergestellt werden, bei dem eine Außenschicht auf eine Oberfläche eines hohlen Trägers aus thermoplastischem Harz laminiert ist, indem ein Außenschichtmaterial zwischen das Patrizenformteil 3 und Matrizenformteil 2 vor Zufuhr des Einsatzguts 6, das das mindestens eine geschmolzene thermoplastische Harz enthält, gegeben wird und danach die zuvor genannten Betriebsabläufe durchgeführt werden. In diesem Fall ist das Gaszufuhrteil 8 oder eine gleichwertige Einrichtung in einem Formteil 2 oder 3 nicht in Berührung mit dem Außenschichtmaterial vorgesehen.
Zu Beispielen für geeignete Außenschichtmaterialien gehören u. a. ohne Einschränkung Papiere, Gewebe, Vliese, Gewirke, Netze, z. B. Drahtnetze, Bahnen oder Filme aus einem thermoplastischen Harz oder thermoplastischen Elastomer. Das Außenschichtmaterial kann verziert sein, z. B. mit ungleich mäßigen Mustern, Narbenmustern und/oder Aufdrucken. Das Außenschichtmaterial kann mit einer Schaumbahn aus Polypropylen, Polyethylen, Poly(vinylchlorid), Polyurethan, allen Kombinationen daraus u. ä. kaschiert sein. Außerdem können thermoplastische Elastomerbahnen als Kaschiermaterial des Außenschichtmaterials verwendet werden, um das Außenschichtmaterial vor Wärme, die durch das geschmolzene thermoplastische Harz erzeugt wird, oder durch Formschließen ausgeübten Druck zu schützen oder das Haftvermögen zwischen dem geschmolzenen thermoplastischen Harz und dem Außenschichtmaterial zu verbessern.
Bei der Durchführung des Verfahrens der Erfindung lassen sich verschiedene Bedingungen und Verfahrensparameter, z. B. Temperatur des geschmolzenen thermoplastischen Harzes, Einspritzdruck, Einspritzgeschwindigkeit des geschmolzenen thermoplastischen Harzes, Hohlraumabstand bei Zuführung des geschmolzenen thermoplastischen Harzes zum Hohlraum 5, Schließgeschwindigkeit (d. h. Formschließgeschwindigkeit) und Temperatur der Formteile 2 und 3, auf geeignete Weise je nach Art des verwendeten geschmolzenen Harzes, Form und Größe der Formteile 2 und 3, eventueller Verwendung von Außenschichtmaterialien u. ä. auswählen.
Ein Verfahren zur Herstellung hohler Formartikel aus thermoplastischen Harzen ist im Prioritätsdokument 08-031939, eingereicht in Japan am 20. Februar 1996, offenbart, dessen gesamte Offenbarung hierin durch Verweis aufgenommen ist.

BEISPIELE

Anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1

Hergestellt wurde ein hohler Artikel unter Verwendung einer Formanordnung 10 mit einem Patrizenformteil 3 und einem Matrizenformteil 2, deren schematische Schnittansicht in Fig. 1 gezeigt ist.
Die Projektionsfläche der Innenfläche jedes der Formteile 2 und 3 auf einer Ebene senkrecht zur Formschließrichtung betrug 3600 cm².
Ein zylindrisches Gaszufuhrteil 8 aus Sinterkupfer mit 10 mm Durchmesser und 10 mm Länge war in der Anordnung 10 enthalten. Das Gaszufuhrteil 8 war an einer Position im Patrizenformteil 3, an der ein dicker Abschnitt des hohlen Artikels auszubilden war, so vorgesehen, daß das distale Ende des Gaszufuhrteils 8 mit dem Gasdurchgang 9 verbunden war, und so angeordnet, daß das proximale Ende des Gaszufuhrteils 8 eine kontinuierliche Ebene mit der Formoberfläche des Patrizenformteils 3 bildete.
Als ein Hohlraumabstand zwischen Patrizenformteil 3 und Matrizenformteil 2 an einem Hauptabschnitt 5 mm betrug, wurde ein geschmolzenes Polypropylenharz (hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd., Handelsname Sumitomo Noblen BPZ5284, Temperatur 2100C) zwischen die Formoberflächen der Formteile 2 und 3 durch Einspritzen über einen im Patrizenformteil 3 vorgesehenen Harzdurchgang 7 eingeleitet.
Etwa zeitgleich mit dem Abschluß des Zufuhrschritts der vorbestimmten geschmolzenen Polypropylenharzmenge in den Hohlraum wurde das Matrizenformteil 2 in Formschließrichtung abgesenkt, bis die Schließkraft 150 Mp (F1) erreichte, um das geschmolzene Polypropylenharz zu verteilen und den Formhohlraum 5 mit dem geschmolzenen Polypropylenharz zu füllen. Nach Erhöhen der Schließkraft auf 150 Mp und Füllen des Formhohlraums 5 mit dem geschmolzenen Polypropylenharz wurde das geschmolzene Polypropylenharz 5 Sekunden mit dem Schließdruck von 150 Mp komprimiert. Anschließend wurde die Schließkraft auf 20 Mp (F2) reduziert, und gleichzeitig wurde die Druckgaszufuhr aus einem Gaszufuhrteil 8 eingeleitet. Der Zufuhrdruck des Druckgases betrug 6 kp/cm².
Das geschmolzene Polypropylenharz wurde 40 Sekunden zum Erstarren des Harzes abgekühlt, während die Schließkraft auf 20 Mp gehalten und Druckluft zum Hohlraum 5 geführt wurde. Anschließend wurde die Druckgaszufuhr gestoppt, wonach die Formteile 2 und 3 geöffnet wurden und ein hohler Artikel aus der Anordnung 10 entnommen wurde.
Der resultierende hohle Artikel hatte einen etwa 3 mm dicken Hauptabschnitt mit einem relativ dickeren Abschnitt mit etwa 12 mm Breite, 1200 mm Länge und 13 mm Dicke. Der hohle Abschnitt des Artikels erstreckte sich über etwa 80% der Länge relativ zur Gesamtlänge im dicken Abschnitt. Der hohle Artikel hatte ein gutes Aussehen.

Beispiel 2

Auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 wurde ein hohler Artikel hergestellt. Die Druckluftzufuhr mit einem Druck von 6 kp/cm² begann zeitgleich mit Reduzierung der Schließkraft von 150 Mp (F1) auf 20 Mp (F2). Die Schließkraft von 20 Mp (F2) wurde 20 Sekunden gehalten, während Druckluft zugeführt wurde. Anders als im Beispiel 1 wurde dann aber die Schließkraft auf 100 Mp (F3) erhöht, und die Schließkraft von 100 Mp wurde danach 20 Sekunden aufrechterhalten.
Der hohle Artikel hatte einen hohlen Abschnitt, der sich über etwa 80% der Länge relativ zur Gesamtlänge des dicken Abschnitts des Formartikels erstreckte. Außerdem hatte der hohle Artikel eine Form, die genau der Konfiguration des Formhohlraums 5 entsprach, so daß der hohle Artikel sogar die Konfiguration an den Ecken des Formhohlraums 5 übernahm. Damit war das Aussehen des hohlen Artikels gegenüber dem im Beispiel 1 erhaltenen hohlen Artikel verbessert.

Vergleichsbeispiel 1

Ein hohler Artikel wurde wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß die Schließkraft auf der ersten Schließkraft von 150 Mp (F1) gehalten und die Schließkraft nicht von F1 abgesenkt wurde.
Der resultierende hohle Artikel hatte einen kleinen hohlen Abschnitt in einem dicken Bereich nahe einer Berührungsposition des Gaszufuhrteils. Der hohle Abschnitt erstreckte sich über etwa 20% der Länge relativ zur Gesamtlänge des dicken Abschnitts des Formartikels.
Damit ist klar, daß die Aufgaben und Grundsätze der Erfindung vollständig und wirksam realisiert wurden. Deutlich ist aber, daß die vorstehenden spezifischen bevorzugten Ausführungsformen für den Zweck der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden und Änderungen unterliegen können, ohne von diesen Grundsätzen abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Artikels mit einem hohlen Abschnitt aus mindestens einem thermoplastischen Harz, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

(a) Bereitstellen einer Anordnung mit einem ersten und einem zweiten Formteil, die zwischen einer geschlossenen Position, in der eine Innenfläche der Anordnung einen Hohlraum bildet, und einer offenen Position relativ zueinander beweglich sind, wobei der Hohlraum so geformt ist, daß er dem Artikel eine entsprechende Konfiguration verleiht;

(b) Zuführen eines mindestens ein geschmolzenes thermoplastisches Harz enthaltenden Einsatzguts zum ersten Formteil und/oder zweiten Formteil, wobei der Zufuhrschritt (b) durchgeführt wird, während sich die Formteile nicht in der geschlossenen Position befinden;

(c) Bewegen des ersten Formteils relativ zum zweiten Formteil in die geschlossene Position, um den Hohlraum zu bilden;

(d) Komprimieren des Einsatzguts im Formhohlraum durch Ausüben einer ersten Schließkraft F1 auf das erste und zweite Formteil;

(e) Verringern der Schließkraft von der ersten Schließkraft F1 auf eine zweite Schließkraft F2, bevor das geschmolzene thermoplastische Harz im Formhohlraum vollständig erstarrt ist;

(f) Zuführen eines Druckgases in mindestens einen nicht erstarrten Abschnitt des geschmolzenen thermoplastischen Harzes nach dem Schritt (c) der Bewegung des ersten Formteils relativ zum zweiten Formteil und vor vollständiger Erstarrung des geschmolzenen thermoplastischen Harzes im Formhohlraum;

(g) Abkühlen des geschmolzenen thermoplastischen Harzes im Formhohlraum, bis das geschmolzene thermoplastische Harz mindestens im wesentlichen erstarrt ist; und

(h) Fortsetzen des Schritts (f) der Zufuhr eines Druckgases mindestens solange, bis das geschmolzene thermoplastische Harz mindestens im wesentlichen erstarrt ist, um eine Verformung des Artikels zu verhindern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem folgenden Schritt: Erhöhen der Schließkraft von der zweiten Schließkraft F2 auf eine dritte Schließkraft F3, bevor das geschmolzene thermoplastische Harz im Formhohlraum vollständig erstarrt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit dem folgenden Schritt: Auswählen eines Gaszufuhrdrucks p (kp/cm² bzw. Kraftkilogramm/cm²) im Schritt (f) und der zweiten Schließkraft F2 (Mp bzw. Krafttonne), die folgende Beziehung erfüllen:

0,3 · F2 · 1000 ÷ A ≤ p ≤ 3 · F2 · 1000 ÷ A,

worin A (cm²) eine gesamte Projektionsfläche eines Formhohlraums darstellt, die durch das erste Formteil und das zweite Formteil auf einer imaginären Ebene gebildet ist, die senkrecht zur Formschließrichtung angeordnet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt (f) oder (h) der Druckgaszufuhr zeitgleich mit oder nach dem Schritt (e) der Verringerung der Schließkraft von der ersten Schließkraft F1 auf die zweite Schließkraft F2 eingeleitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schritt (c) der Bewegung des ersten Formteils relativ zum zweiten Formteil nach Abschluß des Schritts (b) der Zufuhr eines Einsatzguts eingeleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schritt (f) oder (h) der Druckgaszufuhr unter einem Gaszufuhrdruck in einem Bereich von mindestens 1 kp/cm² bis weniger als 10 kp/cm² durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Druckgas Druckluft ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner einen Schritt des Auftragens eines Außenschichtmaterials auf eine Innenfläche des ersten und/oder zweiten Formteils aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Auftragens eines Außenschichtmaterials auf eine Innenfläche des ersten und/oder zweiten Formteils vor dem Schritt (b) durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schritt (f) oder (h) der Druckgaszufuhr ferner eine Änderung des Zufuhrdrucks beinhaltet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der hohle Artikel einen relativ dicken Abschnitt hat.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Druckgas an einem Abschnitt des Hohlraums zugeführt wird, der dem relativ dicken Abschnitt des hohlen Artikels entspricht.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Schritt des Ausübens einer ersten Schließkraft F1 nach Abschluß des Schritts (c) der Bewegung des ersten Formteils relativ zum zweiten Formteil eingeleitet wird.