DK142608B - Fremgangsmåde til sprøjtestøbning af formstofskumgenstande i et udvideligt støbehulrum. - Google Patents

Description

v^iO

OD FREMLÆGGELSESSKRIFT 142608 DANMARK tnt. ci.3 • (21) Ansøgning nr. 384/72 (22) Indleveret den 28. J8fl. 1 972 (24) Løbedag 28· Jan. 1972 (44) Ansøgningen fremlagt og fremlæggelsetakriftet offentliggjort den 1 . deC. 1 980 DIREKTORATET FOR _ . t .

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (M) Pnontet begaeret fra den

29- Jan. 1971, 3223/71, JP

(71) USM CORPORATION, Balch Street, Beverly, Massachusetts, US.

(72) Opfinder: William Thomas Kyritsis, 4, Grove Street, Beverly Farms,

Essex, Massachusetts, US:“Robert Charles Simmonds Jr., 7 Ross Road,

Topsfield, Essex, Massachusetts, US.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Hofraan-Bang & Bout ard.__________ (54) Fremgangsmåde til sprøjtestøbning af formstofskumgenstande i et udvide* ligt støbehulrum.

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til sprøjtestøbning af formstofskumgenstande og af den 2 patentkravets indledning angivne art.

Ved en kendt metode til trykstøbning af skumformige materialer bliver materialet smeltet og blandet med et opskumningsmiddel ved en temperatur, der ville kunne bevirke opskumning af blandingen, men ved et så højt tryk, at opskumning forhindres. Teoretisk skal trykket opretholdes, indtil blandingen afgives til et formaggregat, i hvilken blandingen ekspanderer i formhulrummet og udfylder dette.

En vanskelighed ved den nævnte metode skyldes, at det i praksis er vanskeligt at opretholde et sådant tryk i blandingen, at opskumning forhindres, når blandingen først har nået opskumningstempera- 2 142608 turen. Der vil som regel ske ekspansion i væsentlig grad, inden blandingen er kommet ind i formhulrummet. Opskumning af materialet inden det er i formhulrummet medfører som regel en cellestruktur af ret lav kvalitet i den støbte genstand, navnlig hvor der kræves forholdsvis tynde tværsnit. Denne metode er desuden uegnet til støbning af genstande, der har en tæt og massiv ydre kappe eller hus uden celler og et ensartet skumformigt let indre, således som det ønskes ved mange anvendelsesformer for genstande af skumstof.

En anden kendt metode går ud på, at materialet smeltes og blandes med et op skumningsmiddel ved en temperatur under dettes opskumnings-temperatur og ved et tryk lig med eller under opskumningstrykket for blandingen, hvorefter blandingen afgives til et formhulrum og herunder bringes op til opskumningstemperaturen eller højere, hvorved op skumningen af blandingen indledes.

Medens denne metode frembyder flere fordele i forhold til den førnævnte metode, er det blevet konstanteret, at når sammenblanding gennemføres ved eller under opskumningstrykket for blandingen, sker der en vis grad af opskumning, selv om blandingen som helhed ikke har nået den til opskumningsmidlet svarende opskumningstempe-ratur. Dette skyldes muligvis, at der forekommer "varme steder" i blandingsanlægget, f.eks. et plastificeringsapparat.

Der kendes mange forslag til trykstøbning af genstande med de ovenfor omhandlede egenskaber. Mest kendt er den metode, ved hvilken en blanding af et skumdannende formstof og et opskumningsmiddel opvarmes i det mindste til opskumningstemperaturen for dette middel og derefter indføres i en ekspanderbar form. Formen har kølemidler til køling af blandingen, imens formen holdes i ikke-ekspanderet tilstand. Som følge af, at blandingen indesluttes i det indsnævrede formhulrum, hvis vægge afkøles, vil temperaturen af de dele af blandingen, der er i berøring med de kolde vægge, blive nedsat under formstoffets blødgøringspunkt, medens de dele af blandingen, der ikke er i kontakt med væggene, forbliver over blødgøringspunk-tet. Der dannes således en praktisk taget tæt størknet kappe, hvpr-efter formhulrummet udvides, hvorved de indre dele af blandingen bringes til at skumme.

Endnu en metode går ud på, at en blanding af skumdannende formstof 3 142608 og et opskumningsmiddel i et samlekammer opvarmes i det mindste til midlets op skumningsterap eratur, imens blandingen holdes under højt tryk, over opskumningstrykket for midlet, i samlekammeret. Derefter forbindes samlekammeret til en ikke-ekspander form. Trykket i formhulrummet er lig med eller lavere end atmosfærens tryk og formvæggene er kolde. Når der tilvejebringes forbindelse mellem ; udløbet fra samlekammeret, der står under tryk, og formhulrummet, vil den varme blanding blive indsprøjtet hurtigt i hulrummet og vil "eksplodere" imod de kolde formvægge, hvorved virkningen af opskumningsmidlet i hovedsagen ophæves i de partikler af blandingen, der først rammer væggene i formen. Denne "eksplosion" af blandingen skyldes den betydelige trykforskel mellem samlekammeret og formen.

De dele af blandingen, der ikke kommer i kontakt med formvæggene, vil danne skum, når de træder ind i formen. Der fås herved en genstand med i hovedsagen tæt yderside og et skumformigt, celledelt indre.

Alle de kendte metoder er behæftet med ulemper, der har hindret økonomisk fremstilling af trykstøbte genstande af god kvalitet med en glat, tæt ydre kappe uden celler og et ensartet skumformigt let indre. I nogle tilfælde, når materialeblandingen holdes ved eller over opskumningstemperaturen inden indsprøjtningen, vil for tidlig opskumning af dele af blandingen før, under eller umiddelbart efter indsprøjtningen, give dårlig cellestruktur i det indre og dårlig kvalitet, såsom uønskede blærer eller huller, ved det ydre af den færdige genstand.

I andre tilfælde, hvor den varme blanding bliver indført i et koldt indsnævret formhulrum og forhindret i opskumning, bringes de dele af blandingen, der ligger op til de kolde formvægge, til at størkne ved afkøling til under formstoffets blødgøringspunkt, således at det indre, der derefter bringes til at skumme, vil ekspandere ujævnt og danne uensartet cellestruktur med uønskelig høj tæthed. Som følge af, at det er nødvendigt at holde formen med reduceret volumen, imens yderlåget størkner, bliver formetiden for hver genstand urimelig lang, hvilket bevirker en lav og dermed dyr produktion.

En yderligere ulempe ved denne metode består i, at der ikke kan opnås fuldstændig udfyldning af det udvidede formhulrum, idet materialet ved overfladen af genstanden størkner inden formhulrummet udvides. Der kan derfor ikke fås nøjagtig gengivelse af alle enkeltheder i formen.

4 142608

Blandt de kendte metoder kan der f.eks. henvises til tysk offentliggørelsesskrift nr. 1.950.406, som omhandler en forsinkelse af opskumningen ved at støbeformen et stykke tid holdes ved en temperatur, som er væsentlig lavere end det indsprøjtede formstofs temperatur, og hvor blandingen holdes ved et tryk, som er væsentlig højere end blæsetrykket. Da støbeformen ikke udvides, før der er dannet en relativt stiv skal ved formens kolde flader vil formstoffets indre udvikle uensartet skumdannelse med stor sandsynlighed for dannelse af store celler, og den relativt stive skal er utilbøjelig til at skumme op, når støbeformen senere udvides, således af formstoffet ikke udfylder den udvidede støbeform fuldstændigt.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at angive en fremgangsmåde af den omhandlede art, ved hvilken de ovenfor nævnte ulemper undgås og ved hvilken der kan dannes genstande af skumstof med tæt skumfri yderside og et ensartet skumformigt indre.

Dette formål opnås ved at fremgangsmåden udøves som angivet i patentkravets kendetegnende del. Som følge af, at støbeformen udvides, medens blandingen er i fri væsketilstand, vil det færdige produkts overflade være en tro kopi af støbeformen, da væsken kan trænge ind overalt. Det har overraskende også vist sig, at der opnås en fuldstændig glat overflade uden cellestruktur, hvilket kan forklares ved, at formstoffet ved formens kolde sider ikke har haft en tilstrækkelig høj temperatur i tilstrækkelig lang tid til at skumme op. Endvidere opnås en fremragende cellestruktur i det færdige produkts indre, idet den udviklede gas er fordelt i blandingen uden tendens til dannelse af store gaslommer.

Opfindelsens økonomiske fordele bør også tages i betragtning.

Cyclusstøbetiden er kortere end ved den kendte teknik, da der ikke findes en arbejdsproces, hvor formen holdes under konstant tryk. Udstyret hertil kan derfor spares, og der vil kunne fremstilles væsentlig flere enheder pr. tidsenhed, end der hidtil har været opnået. Som følge af den væsentlige forbedring i forhold til den kendte teknik, vil der også være et mindre spild under produktionen.

Opfindelsen vil blive forklaret nærmere ved den følgende beskrivel- 5 U 2608 se af en udførelsesform for apparatur til udøvelse af fremgangsmåden, idet der henvises til tegningen, hvis eneste figur dels i snit, dels skematisk viser et sådant apparatur.

Figuren viser en plastificeringsenhed 2 til plastificering af termoplastisk materiale og opskumningsmiddel og et formaggregat 4 til formning af genstande af skumstof. Flastificeringsenheden 2 omfatter et hus 6 med et kammer 8, i hvilket, der går en skrue 10 til plastificering af materialet. Enheden 2 har endvidere et indløb 12 med en tilførselstragt 14 og et udløb 16, der er forsynet med en dyseventil 18. Huset 6 er forsynet med temperaturreguleringsmidler 20, bestående af kanaler 22 i huset, gennem hvilke der føres et fluidum til regulering af temperaturen i kammeret 8 og dermed temperaturen af det materiale, der behandles.

Huset 6 er ved den ene ende forbundet til en cylinder 24, der indeholder et til skruen 10 fastgjort stempel 26. Tryk mod stemplets bagside 28 vil bevirke, at skruen 10 føres aksialt i kammeret 8 imod udløbet 16, hvorved materiale i kammeret 8 bliver drevet ud gennem udløbet 16 og ind i formaggregatet 4.

Skruen 10 har en forlængelsesdel 30, der er forbundet til et drivorgan, såsom en elektromotor 31» til drejning af skruen 10 i kammeret 8. Ved drejning af skruen 10 fås grundig blanding og plastificering af det gennem tragten 14 indførte formstof og opskumningsmiddel. Efterhånden som materialet bliver plastificeret, bliver det drevet fremefter, mod venstre i figuren, mod udløbet 16. Når dyseventilen 18 er lukket, vil det plastificerede materiale samle sig i et område 32 foran skruen 10 og drive skruen 10 bagud, hvorved stemplet 26 går bagud i cylinderen 24.

En arm 34, der er fastgjort til forlængelsesakselen 30, er indrettet til at påvirke en afbryder 36 ved den forreste ende af slaglængden for skruen 10 og dermed starte motoren 31 til drejning af skruen 10. Ved den bageste ende af skruens slaglængde vil armen 34 påvirke en afbryder 38 til standsning af motoren 31. Desuden vil afbryderen 38 også kunne virke til at skifte en tovejs-ventil 40 til den i figuren viste position, hvor cylinderen 24 forbindes til en trykledning 42, således at der kommer tryk mod bagsiden 28 af stemplet 26, hvorved skruen drives fremefter i kammeret 8.

6 142608

Formaggregatet 4 kan omfatte en første formpart 50 monteret på en stationær trykplade 52 og en anden formpart 54, der bæres af en bevægelig trykplade 56. Et bevægeorgan, såsom en cylinder 58 tjener til at bevæge trykpladen 56 og dermed formparten 54 i forhold til formparten 50. Den ene af formparteme har en indløbskanal 60, der danner forbindelse mellem dyseventilen 18 og et mellem form-parterne dannet formhulrum 62. Formaggregatet er udstyret med temperaturreguleringskanaler 64 til gennemledning af temperaturreguleringsfluidum .

Til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen startes motoren 31, hvorved skruen 10 bringes til at rotere i kammeret 8. Skruen er fra begyndelsen i den i figuren viste, forreste position. Forme-materiale i fast form indføres i kammeret 8 gennem tragten 14 og indløbet 12. Op skumningsmiddel kan indføres på samme måde eller gennem et særligt, ikke vist indløb. Formematerialet kan f.eks. være granuleret polypropylen bestrøet med azo-bis-formamid, der tjener som opskumningsmiddel.

Ved hjælp af skruen 10 bliver det indførte materiale plastificeret og blandingen overført til væskeform, idet den skydes fremefter imod udløbet 16. Da dyseventilen 18 er lukket, vil det smeltede materiale samle sig i området 32 foran skruen 10. Herved drives skruen bagud. Denne bevægelse modvirkes ved fluidumtryk mod bagsiden 28 af stemplet 26. Over ventilen 40 er en trykledning 70 forbundet til cylinderen 24. Ledningen 70 har en omløbsventil 72, der kan indstilles til opretholdelse af et forud fastlagt tryk i ledningen 70 og dermed i cylinderen 24. Når trykket i det foran skruen 10 ansamlede materiale bliver højere end det fra ledningen 70 hidrørende tryk vil skruen 10 bevæge sig bagud, imens der ansamles yderligere materiale foran skruen. Trykket bag stemplet er valgt således, at trykket mod materialet i området 32 i kammeret 8 er højere end det tryk, ved hvilket materialet kan skumme. Modtrykket mod skruen 10 vil således forhindre opskumning i kammeret 8 under plastificeringsprocessen.

Temperaturreguleringsmidlet 20 virker til at holde temperaturen i materialet i kammeret 8 under den temperatur, ved hvilken opskum-ningsmidlet vil blive aktiveret. Materialet i kammeret 8 bliver så- 7 142608 ledes plastiflceret ved en temperatur, der er for lav, og ved et tryk, der er for højt til at tillade opskumning af materialet under plastificeringsprocessen.

Ved skruens bagudgående bevægelse vil armen 34 tilsidst påvirke afbryderen 38 til standsning af motoren 31 og dermed rotationen af skruen 10. Plastificeringsenheden 2 er nu i stand til at afgive en ansamlet materialemængde til en form. Såfremt det ikke allerede, er sket, bliver formaggregatet 4 og enheden 2 bragt således sammen, at indløbskanalen 60 ligger ud for dyseventilen 18.

Ved nedtrykning af en trykknap 44 eller ved automatiske organer, der udløses af afbryderen 38, skiftes ventilen 40 til den i figuren viste position, hvor cylinderen 24 forbindes til trykledningen 42. Trykket i ledningen 42 er væsentligt højere end trykket foran skruen 10 og vil derfor bevirke, at stemplet 26 og skruen 10 bliver drevet fremefter. Dyseventilen 18 bliver åbnet ved ikke viste automatiske organer, og materialet foran skruen 10 bliver drevet igennem dyseventilen 18 og kanalen 60 ind i formhulrummet 62.

Udløbet 16 består af en kanal med en sådan længde og diameter, at der ved friktionen i det gennemstrømmende materiale udvikles varme i dette. Herved hæves temperaturen i materialet til det punkt, ved hvilket det indeholdte opskumningsmiddel antager opskumningstempe-raturen. Efter at materialet er passeret igennem udløbskanalen, er det således varmt nok til at kunne skumme. Materialet bliver imidlertid drevet ind i formhulrummet i løbet af et tidsrum, der er kortere end den tid, der kræves til opskumning. Denne tid afhænger af induktionsperioden for opskumningsmidlet, d.v.s. det tidsrum, der forløber fra opskumningstemperaturen opnås og til der af opskumningsmidlet udvikles gas. Induktionsperioden for opskumningsmid-let bliver således udnyttet til i hovedsagen at fylde formen med ikke-opskummet materiale. I de dele af materialet, der kommer i berøring med de kolde vægge i formen, bliver temperaturen i blandingen nedsat til en temperatur under opskumningstemperaturen, men ikke under blødgøringspunktet for formstoffet. Opskumningsmidlet bliver således passiveret langs de kolde fornrvægge inden afslutningen af induktionsperioden, imens blandingen i det væsentlige forbliver i flydende tilstand.

δ 142608

Efter afslutningen af induktionsperioden vil de dele af blandingen, der ikke er i berøring med de kolde vægge i formen, begynde at skumme og ekspandere og samtidig sker en udvidelse af volumenet af formhulrummet. Som følge af, at praktisk taget hele blandingen forbliver flydende efter passiveringen af opskumningsmidlet ved formvæggene og indtil der er sket ekspansion i de indre dele, vil alle enkeltheder i formens indre vægge blive reproduceret meget nøjagtigt i den færdige genstand.

Når formen er fyldt og skruen 10 har nået sin forreste stilling, lukker dyseventilen 18 til afspærring af formhulrummet, og afbryderen 46 virker til at starte motoren 31 og til at skifte ventilen 40, således at cylinderen 24 kun udsættes for det reducerede tryk fra ledningen 70.

Som det vil fremgå af den ovenstående beskrivelse vil formetiden ved fremstilling af en genstand ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen være afkortet væsentligt, eftersom indsprøjtningen og den partielle passivering af op skuinningsmidlet sker under dettes induktionsperiode, således at det ikke er nødvendigt at holde formhulrummet i indsnævret tilstand til dannelse af et størknet overfladelag. Da imidlertid opskumningen af de dele af blandingen, der indeholder aktiveret opskumningsmiddel, kan ske uden forsinkelse til størkning og imens praktisk taget hele mængden stadig er i frit flydende tilstand, vil der opnås fuldstændig udfyldning af det udvidede formhulrum og en ensartet skumstruktur i hele det indre af den fremstillede genstand.

EKSEMPEL

Ved dette eksempel blev det materiale, der skulle opskummes og formes, blødgjort og plastificeret i en til forsøg modificeret 200 t ’'Lombard" maskine med en kapacitet på 710 cm^, en tromlediameter på 6,35 cm og en længde på 24 gange diameteren. Temperaturen i tromlen, huset 6, var som følger. Temperaturen ved bagenden var 177°C. En del nær ved bagenden var ved 182°C, temperaturen ved midten var 188°C og temperaturen ved indsprøjtningsdysen var 196°C.

Maskinen blev drevet med en skruehastighed på 50 omdrejninger pr.

o minut og modtrykket mod skruen var 10,5 kg/cm .

·. γ*Ί·.

9 142608

Det ved dette eksempel behandlede materiale var en slagfast polystyren (en gummi-modificeret polystyren), der går i handelen under betegnelsen "Sinclair-Coppers 535-60"· Opskumningsmidlet var azodi-carbonamid og der anvendtes 0,4$. Induktionsperioden afhænger naturligvis af temperaturen og af det materiale opskumningsmidlet består af, og skønnes i det foreliggende tilfælde til ca. 8-10 sekunder. Dette konstateres ved blæsning eller opskumning af en blanding indeholdende et upigmenteret plastmateriale. Hvor det behandlede materiale har en gul overflade, er dette tegn på, at opskumningsmidlet er blevet kølet ned under aktiveringstei^e-raturen, inden det havde virket. Dekompositionstemperaturen for opskumningsmidlet angives af fabrikanten til ca. 200°C.

Formen er bestemt til støbning af plader og har, når materialet indføres i formen, et mellemrum på 3,1 mm, medens den er indrettet til styret udvidelse til en afsluttende tykkelse på 8,1 mm. Inden indsprøjtningen af plastmaterialet havde formen en temperatur på 24°C. Når materialet var blevet bragt op til de angivne temperaturer, blev maskinen aktiveret til et indsprøjtnings slag, der gav en indsprøjtningstid på ca. 1 sekund. Ted passagen gennem den indsnævrede kanal blev det indsprøjtede materiale bragt fra en begyndelsestemperatur på 196°C til en temperatur på 221°C. Formen blev under indsprøjtningen holdt med det angivne mellemrum 3,1 mm indtil ca. 8,5 millisekunder inden afslutningen af indsprøjtningssla get. Trykket i formen under indsprøjtningen er ca. 100 kg/cm .

Når en spændeklemme frigøres tillades formen at udvide sig til sit endelige mellemrum på 8,1 mm i løbet af 0,2 sekunder. Det skal fremhæves, at formen bliver bevæget til sin udvidede stilling ved hjælp af stemplet 58 eller andre mekaniske midler og ikke blob føres til sin udvidede stilling ved kræfterne fra opskumningsmidlet i blandingen. Trykket i formen ved afslutningen af dennes ud-videlse var ca. 7 kg/cm og blev lige før udvidelsen skønnet til ca. 100 kg/cm^.

Temperaturen ved overfladen af det formede plastmateriale ved afslutningen af udvidelsen er mindst 143°C, bestemt ca. 1,5 sekund efter afslutningen af udvidelsen. I et andet tilfælde blev der under anvendelse af de samme procedurer konstateret en højeste temperatur på 154°C, bestemt 1,9 sekunder efter afslutningen af udvidelsen. Disse temperaturer blev konstateret ved et infrarødt spektrometer umiddelbart efter åbningen af formen. Formtemperaturer