DE10009559A1 - Verfahren zur Herstellung von expansionsgeformten Gegenständen aus faserverstärktem thermoplastischen Harz - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines expansionsgeformten Gegenstandes aus faserverstärktem thermoplastischen Harz durch Zuführung eines geschmolzenen thermoplastischen Harzes bereit, das eine verstärkende Faser enthält, deren durchschnittliche Faserlänge auf 1 mm oder mehr begrenzt ist, zwischen positive und negative Formhälften, Einfüllen des geschmolzenen Harzes in die Formhöhlung und danach Öffnen eines Teils oder der gesamten Form in Richtung der Dicke des Formkörpers, um einen nicht verfestigten Teil des geschmolzenen Harzes zu expandieren, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass (1) gepaarte positive und negative Formhälften verwendet werden, die geöffnet und geschlossen werden können und beide oder eine davon mit einer Saugöffnung an der Formoberfläche der Form versehen sind (ist), und (2) es (a) einen Schritt der Zufuhr und des Einfüllens eines geschmolzenen thermoplastischen Harzes, das eine verstärkende Faser enthält, deren durchschnittliche Faserlänge auf 1 mm oder mehr begrenzt ist, in eine Formhöhlung, (b) einen Schritt des Öffnens eines Teils oder der gesamten Form in Richtung der Dicke eines Formkörpers, sodass der Höhlungsabstand mit der endgültigen Dicke des Formkörpers übereinstimmt, während durch die Formoberfläche der Form gesaugt wird, um einen nicht verfestigten Teil des geschmolzenen Harzes zu expandieren, und (c) einen Schritt des Abkühlens des Formkörpers unter Halten des Höhlungsabstands gemäß der ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines expan­ sionsgeformten Gegenstandes aus faserverstärktem thermoplastischen Harz.

Expansionsgeformte Gegenstände aus faserverstärktem thermoplastischen Harz sind allgemein bekannt. Allgemein bekannte Verfahren zur Herstellung davon schließen ein Expansionsformverfahren unter Verwendung eines mit langen Fasern verstärkten thermoplastischen Harzgranulats, wie in den japanischen Offenlegungsschriften JP-A- H9-220730 und H10-138276 gezeigt, und ein Spritzformverfahren unter Verwendung eines Schäumungsmittels ein, wie in JP-A-H7-247679 gezeigt. Ebenfalls ist zum Beispiel ein Verfahren bekannt, bei dem ein Gaseinspritzen mit dem Expansionsformverfahren unter Verwendung eines mit langen Fasern verstärkten thermoplastischen Harzgranulats verwendet wird, wie in JP-A-H10-305462 gezeigt.

In den in JP-A-H9-220730 und JP-A-H10-138276 aufgeführten Verfahren ist je­ doch die Kraft, die einen expansionsgeformten Gegenstand gegen die Formoberfläche einer Form drückt, schwach, wenn ein eine verstärkende Faser enthaltendes geschmol­ zenes thermoplastisches Harz expandiert wird. Diese Verfahren ergeben daher das Pro­ blem, dass sie schlechtere Formübertragbarkeit aufweisen und eine Differenz in der Formschrumpfung innerhalb des Formkörpers ergeben, was mangelhafte Formstabilität bewirkt. Im in JP-A-H7-247679 aufgeführten Verfahren ist nicht nur eine beträchtliche Menge an Schäumungsmittel erforderlich, um einen Formkörper mit hoher Expansions­ vergrößerung zu erhalten, sondern werden auch Gashaftmarkierungen an der Oberfläche des Formkörpers gleichzeitig mit der Verwendung einer großen Menge an Schäu­ mungsmittel bewirkt, wodurch sich das Problem des schlechteren Aussehens ergibt. Au­ ßerdem verbleibt bei dem in JP-A-H10-305462 aufgeführten Verfahren, obwohl die Formübertragbarkeit verbessert werden kann, ein Spritzloch für das Einspritzgas auf der Oberfläche des Formkörpers, und es treten leicht Gasaustrittsmarken auf der Oberfläche der Formkörper auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war, einen expansionsgeformten Gegenstand aus einem faserverstärkten thermoplastischen Harz herzustellen, der sich mit hoher Ex­ pansionsvergrößerung expandiert, indem man die Vorteile des Expansionsformens ohne Verwendung eines Schäumungsmittels verwendet, wobei der Gegenstand ausgezeichnet im leichten Gewicht, der Formübertragbarkeit und Formstabilität ist und gutes Aussehen aufweist, wobei er frei von Gaseinspritzlöchern ist.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfah­ ren zur Herstellung eines expansionsgeformten Gegenstandes aus faserverstärktem ther­ moplastischen Harz durch Zuführung eines geschmolzenen thermoplastischen Harzes bereitgestellt, das eine verstärkende Faser enthält, deren durchschnittliche Faserlänge auf 1 mm oder mehr begrenzt ist, zwischen positive und negative Formhälften, Einfüllen des geschmolzenen Harzes in die Formhöhlung und danach Öffnen eines Teils oder der gesamten Form in Richtung der Dicke des Formkörpers, um einen nicht verfestigten Teil des geschmolzenen Harzes zu expandieren, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass (1) gepaarte positive und negative Formhälften verwendet werden, die geöffnet und geschlossen werden können und beide oder eine davon mit einer Saugöffnung an der Formoberfläche der Form versehen sind (ist), und (2) es (a) einen Schritt der Zufuhr und des Einfüllens eines geschmolzenen thermoplastischen Harzes, das eine verstärkende Faser enthält, deren durchschnittliche Faserlänge auf 1 mm oder mehr begrenzt ist, in eine Formhöhlung, (b) einen Schritt des Öffnens eines Teils oder der gesamten Form in Richtung der Dicke eines Formkörpers, sodass der Höhlungsabstand mit der endgültigen Dicke des Formkörpers übereinstimmt, während durch die Formoberfläche der Form gesaugt wird, um einen nicht verfestigten Teil des geschmolzenen Harzes zu expandieren, und (c) einen Schritt des Abkühlens des Formkörpers unter Halten des Höhlungsabstands gemäß der endgültigen Dicke des Formkörpers umfasst. Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines expansionsgeformten Gegenstandes aus faserverstärktem thermoplastischen Harz durch Zuführung eines geschmolzenen thermoplastischen Harzes, das eine verstärkende Faser enthält, deren durchschnittliche Faserlänge auf 1 mm oder mehr begrenzt ist, zwischen positive und negative Formhälften, Einfüllen des geschmolzenen Harzes in die Formhöhlung und danach Öffnen eines Teils oder der gesamten Form in Richtung der Dicke eines Formkörpers, um einen nicht verfestigten Teil des geschmolzenen Harzes zu expandieren, bereitgestellt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass (1) gepaarte positive und negative Formhälften verwendet werden, die geöffnet und geschlossen werden können und beide oder eine davon mit einer Saugöffnung auf der Formoberfläche der Form versehen sind (ist), und (2) es (a) einen Schritt der Zufuhr und des Einfüllens eines geschmolzenen thermoplastischen Harzes, das eine verstärkende Fa­ ser enthält, deren durchschnittliche Faserlänge auf 1 mm oder mehr begrenzt ist, in eine Formhöhlung, (b) einen Schritt des Öffnens eines Teil oder der gesamten Form in Rich­ tung der Dicke eines Formkörpers, sodass der Höhlungsabstand größer ist als die end­ gültige Dicke des Formkörpers, während durch die Formoberfläche der Form gesaugt wird, um einen nicht verfestigten Teil des geschmolzenen Harzes zu expandieren, (c) einen Schritt des Schließens der Form, um den Formkörper derart zu komprimieren, dass der durch einen Teil oder die gesamte Form gebildete Höhlungsabstand mit der endgültigen Dicke des Formkörpers übereinstimmt und (d) einen Schritt des Abkühlens des Formkörpers unter Halten des Höhlungsabstands gemäß der endgültigen Dicke des Formkörpers umfasst.

In der Beschreibung und den folgenden Patentansprüchen sind, wenn es der Zu­ sammenhang nicht anders erfordert, der Begriff "umfassen" und Abwandlungen, wie "umfasst" und "umfassend" so zu verstehen, dass sie eine angegebene ganze Zahl oder einen Schritt oder eine Gruppe von ganzen Zahlen oder Schritten einschließen, aber eine andere ganze Zahl oder einen Schritt oder eine Gruppe von ganzen Zahlen oder Schritten nicht ausschließen.

In den beigefügten Zeichnungen sind veranschaulichende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgeführt, aus der die Aufgaben, neuen Merkmale und Vorteile leicht zu erkennen sind.

In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 ein Schnitt, der ein Beispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfah­ ren erhaltenen expansionsgeformten Gegenstandes zeigt;

Fig. 2 ein vergrößerter Schnitt, der eine Expansionsschicht eines mit dem er­ findungsgemäßen Verfahren erhaltenen expansionsgeformten Gegenstandes zeigt;

Fig. 3 ein schematischer Schnitt, der ein Beispiel einer im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Form zeigt;

Fig. 4 bis 12 schematische Schnitte von Formen zur Erklärung der Herstellungsschritte im erfindungsgemäßen Verfahren.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend im einzelnen erklärt.

Es muss nicht gesagt werden, dass folgende Erklärungen für ein Beispiel der vorliegenden Erfindung abgegeben werden und die vorliegende Erfindung nicht ein­ schränken sollen.

Ein expansionsgeformter Gegenstand aus faserverstärktem thermoplastischen Harz, wie durch einen vergrößerten Schnitt von Fig. 1(A) gezeigt, umfasst eine Haut­ schicht (1) mit im wesentlichen keinen Poren und eine Expansionsschicht (2). Der ex­ pansionsgeformte Gegenstand aus faserverstärktem thermoplastischen Harz, wie in Fig. 1(B) gezeigt, kann eine Struktur aufweisen, die zusätzlich zu den vorstehenden Schichten weiter ein auf der Hautschicht (1) laminiertes Deckschichtmaterial (16), falls erforder­ lich, umfasst.

Die Expansionsschicht (2), wie in Fig. 2 gezeigt, weist eine Netzwerkstruktur auf, in der die verstärkenden Fasern (3) kompliziert ineinander verflochten und durch ein thermoplastisches Harz (4) in Nähe ihrer Kontaktpunkte fixiert sind. Wie vorstehend erklärt ist die Netzwerkstruktur eine Struktur, in der die Fasern miteinander verbunden und relativ zueinander über das thermoplastische Material fixiert sind, sodass die Fasern zwischenräumliche Lücken dazwischen festlegen. In der Netzwerkstruktur weist jede Faser eine imaginäre Linie auf, die durch das erste und zweite Ende der Faser entlang der Längsachse der Faser geht. Diese Struktur ist zum Erhalt leichten Gewichts und ho­ her Festigkeit wichtig. Um Fasern miteinander auf vorstehende Weise zu verflechten, ist erwünscht, die durchschnittliche Faserlänge in einem Formkörper lang zu halten. Daher ist entscheidend, dass die durchschnittliche Faserlänge der verstärkenden Fasern im Formkörper 1 mm oder mehr beträgt. Wenn die durchschnittliche Faserlänge geringer als 1 mm ist, werden nur nicht zufriedenstellende Eigenschaften erhalten. Es ist nicht erforderlich, dass jede verstärkende Faser getrennt vorhanden ist, sondern zwei oder mehr verstärkende Fasern können zu einem Bündel verbunden sein, und diese verstär­ kenden Fasern können fast gleichmäßig als Ganzes allein dispergiert werden.

Unter dem vorstehenden Gesichtspunkt ist in der vorliegenden Erfindung entscheidend, ein geschmolzenes thermoplastisches Harz, das verstärkende Fasern enthält, deren durchschnittliche Faserlänge auf 1 mm oder mehr begrenzt ist, einer Formhöhlung zuzuführen, die durch positive und negative Formhälften gebildet wird. Eine bevorzugte Obergrenze der durchschnittlichen Faserlänge kann 25 mm oder weniger betragen. Beispiele eines Verfahrens der Zufuhr eines solchen geschmolzenen thermoplastisches Harzes (nachstehend einfach als "geschmolzenes Harz" bezeichnet), das verstärkende Fasern enthält, deren durchschnittliche Faserlänge auf 1 mm oder mehr begrenzt ist, in die Formhöhlung schließen ein Verfahren der Zufuhr eines geschmol­ zenen Harzes in die Formhöhlung, erhalten durch Schmelzen und Kneten von verstär­ kenden Fasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 3 mm oder mehr und eines granularen oder pelletartigen thermoplastischen Harzes in eine Spritzformvorrichtung des Schneckentyps und ein Verfahren der Zufuhr eines geschmolzenen Harzes in eine Formhöhlung ein, hergestellt durch Schmelzen und Kneten eines thermoplastischen Harzmaterials, z. B. eines mit einer langen Faser verstärkten Harzgranulats, das verstär­ kende Fasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 3 mm oder mehr enthält und vorher gebildet wird.

Beim letzteren Verfahren schließen bevorzugte Beispiele des als mit einer langen Faser verstärkten Harzgranulats verwendeten Materials jene ein, die durch Tränken ei­ nes Glasseidenstranges mit einem geschmolzenen thermoplastischen Harz, Abkühlen und Verfestigen des Glasseidenstranges und Schneiden zu einem Granulat mit einer Länge von etwa 3 bis 25 mm hergestellt wird.

Ein solches mit einer langen Faser verstärktes Harzgranulat kann gegebenenfalls einzeln oder in Kombination mit einem Harzgranulat, das ein Matrixharz des mit der langen Faser verstärkten Harzgranulats umfasst, oder in Kombination mit einem anderen thermoplastischen Harzgranulat verwendet werden.

Als verstärkende Faser können verschiedene verstärkende Fasern, z. B. Glasfa­ sern, Kohlenstoffasern und Aluminiumoxidfasern, verwendet werden, die als verstär­ kende Fasern allgemein bekannt sind. Unter diesen Fasern werden viele Glasfasern üblicherweise als verstärkende Fasern verwendet.

Da diese verstärkende Faser in der Haftung an ein als Matrixharz verwendetes thermoplastisches Harz verbessert ist, ist die Bindungskraft zwischen den Fasern durch die Matrixfasern verstärkt und die Festigkeit eines expansionsgeformten Gegenstandes verbessert. Daher ist die Verbesserung der Haftfähigkeit unter Durchführen einer Ober­ flächenbehandlung auf Glasfasern oder durch Vermischen eines Modifikators im thermoplastischen Harz im Fall einer solchen Kombination von zum Beispiel einem Harz des Polypropylentyps und der Glasfaser wirksam.

Als thermoplastisches Harz können die zum Beispiel beim Extrusionsformen, Spritzformen oder Pressformen verwendeten verwendet werden. Beispiele des thermo­ plastischen Harzes sind allgemeine thermoplastische Harze, einschließlich Harze des Polyolefintyps, wie Polyethylen und Polypropylen, Acrylnitril/Styrol/Butadien-Copoly­ mere, Polystyrol, Polyamide, wie Nylon, Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Acrylharze, Styrol/Butadien-Copolymere und Polyethylenterephthalat, Gemische dieser Verbindun­ gen und Polymerlegierungen unter Verwendung dieser Verbindungen. Thermoplastische Harze sollen in der vorliegenden Erfindung alle diese beispielhaft aufgeführten Verbin­ dungen einschließen.

Diese thermoplastischen Harze können, falls erforderlich, einen Füllstoff, wie Talkum, und selbstverständlich verschiedene Pigmente, Gleitmittel, Antistatikmittel und Stabilisatoren enthalten, die alle üblicherweise verwendet werden.

Der Gehalt der verstärkenden Faser im die verstärkende Faser enthaltenden thermoplastischen Harz liegt im Bereich zwischen 10 und 80 Gew.-%, obwohl er ab­ hängig von der Expansionsvergrößerung und den gewünschten Eigenschaften des konkreten expansionsgeformten Gegenstandes variiert.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird nachstehend in bezug auf die Zeichnungen erklärt.

Fig. 3 ist ein schematischer Schnitt, der ein Beispiel einer im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Form zeigt. Die Form besteht aus einer gepaarten positiven Formhälfte (7) und negativen Formhälfte (6). Eine der Formhälften ist mit einer Pressen­ vorrichtung verbunden und die andere derart befestigt, dass die Form in vertikaler oder horizontaler Richtung geöffnet und geschlossen werden kann (in der Figur ist die positive Formhälfte befestigt und die negative Formhälfte wird so bewegt, dass die Form in vertikaler Richtung geöffnet und geschlossen wird).

Obwohl das Verfahren der Zufuhr eines geschmolzenen Harzes in die Form­ höhlung beliebig ist, wird bevorzugt, im allgemeinen ein Verfahren zu verwenden, bei dem, wie in der Figur gezeigt, eine Harzzufuhröffnung (10) mit einer Harzzufuhreinheit (8) durch eine Harzzufuhrleitung (9) verbunden ist, die in der Form auf der Form­ oberfläche von entweder einer oder beiden positiven und negativen Formhälften gebildet ist (in der Figur ist die Zufuhröffnung auf der positiven Formhälfte gebildet), um das geschmolzene Harz der Formhöhlung aus der Harzzufuhröffnung zuzuführen.

In diesem Fall kann ein gegebenenfalls regelbares Abschaltventil in die Harz­ zufuhrbringleitung in der Nähe der Harzzufuhröffnung angebracht werden, um gegebenenfalls die Zufuhr und Suspension eines in der Harzzufuhreinheit einer Spritzformvorrichtung gelagerten geschmolzenen Harzes zu regeln.

Außerdem wird eine Saugöffnung (11) zur Formhöhlung auf der Formoberfläche von entweder einer oder beiden positiven und negativen Formhälften gebildet. Aus die­ ser Saugöffnung wird ein expansionsgeformter Gegenstand in Richtung der Formoberflä­ che der Form gesaugt.

Die Saugöffnung ist mit einer Saugvorrichtung, wie einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt), durch eine Saugleitung verbunden. In der Saugleitung kann ein Abschaltventil, das gegebenenfalls ein Saug- oder Suspensionsverfahren regeln kann, und auch ein Kon­ trollmechanismus angebracht werden, um den Grad des Vakuums wie gewünscht zu re­ geln. Eine solche Saugöffnung kann entweder aus einem sehr feinen Loch, das auf der Formoberfläche der Form gebildet wird und in das ein geschmolzenes Harz nicht ein­ dringt, oder einer im Verbindungsteil zwischen den die Form bildenden Materialien ge­ bildeten Spalte bestehen, die allgemein Sekante genannt wird. Weiter kann ein Teil oder die gesamte Form aus einem flüssigkeitsdurchlässigen und porösen Metall gebildet wer­ den.

Man muß sich vor Augen führen, dass die Größe des Lochs und der Sekante, die auf der Formoberfläche gebildet werden, eine Größe haben, die dem Eindringen eines geschmolzenen Harzes widersteht. Im Fall von Löchern kann der Innendurchmesser 0,01 mm bis 0,2 mm betragen. Im Fall von Sekanten kann die Größe des am Verbindungsteil zwischen der die Form bildenden Materialien bestehenden Spalte 0,03 mm bis 0,1 mm betragen. Es ist grundsätzlich bevorzugt, die Größe jeder Öffnung eines Saugteils zu erhöhen, und es ist bevorzugt, abhängig vom Durchmesser der Löcher, der Größe oder Länge der Spalte oder der Zahl der Saugöffnungen, die Größe jeder Öffnung einer Saugöffnung einzustellen, die auf der Formoberfläche gemäß der Größe von 1/10 000 bis 1/100 der Formoberfläche geöffnet wird. Die Anordnung einer Saugöffnung kann abhängig von der Form eines Formkörpers gewählt werden, aber vorzugsweise ist die Saugöffnung zumindest in der Nähe des Rands eines Formkörpers angebracht, durch den der Formkörper umgeben ist.

Unter Verwendung einer derartigen Form wird ein geschmolzenes Harz (12) in die Formhöhlung gefüllt, die zwischen den positiven und negativen Formhälften gebildet wird (siehe Fig. 4). Die Temperatur des zuzuführenden geschmolzenen Harzes variiert abhängig von der Art des zu verwendenden thermoplastischen Harzes und den Formbedingungen oder der Art des Deckmaterials, und eine optimale Temperatur wird geeignet eingestellt.

Zum Beispiel beträgt im Fall der Verwendung eines glasfaserverstärkten Harzes unter Verwendung eines Harzes des Polypropylentyps als Matrixharz die Temperatur etwa 170 bis 300°C und vorzugsweise etwa 200 bis 280°C.

Das geschmolzene Harz kann dann mit einem Spritzeinfüllverfahren oder einem auf der Schließwirkung beider Formhälften basierenden Verfahren eingefüllt werden. Ein geeignetes Verfahren wird gemäß der gewünschten Form des Produkts gewählt.

Beispiele des ersten Spritzeinfüllverfahrens schließen ein Verfahren, in dem die Zufuhr eines geschmolzenen Harzes in dem Zustand begonnen wird, dass beide Formhälften so angeordnet sind, dass sie einen kleineren Formhöhlungsabstand bilden als die Dicke eines nicht expandierten geformten Gegenstandes (siehe Fig. 4), die Form während der Zufuhr des geschmolzenen Harzes geöffnet wird, und das geschmolzene Harz in die Formhöhlung so gefüllt wird, dass die Öffnung der Formhöhlung mit der Dicke des nicht expandierten geformten Gegenstandes zur gleichen Zeit, wenn die Zufuhr des geschmolzenen Harzes beendet ist, übereinstimmt (siehe Fig. 5); und ein Verfahren ein, in dem die Zufuhr eines geschmolzenen Harzes in dem Zustand begonnen wird, dass beide Formhälften so angeordnet sind, dass eine Öffnung der Formhöhlung gebildet wird, die mit der Dicke eines nicht expandierten geformten Gegenstandes übereinstimmt, um das geschmolzene Harz in die Formhöhlung einzufüllen. Beispiele des letzteren Verfahrens unter Verwendung der Schließwirkung beider Formhälften schließen ein Verfahren ein, in dem ein zur Zufuhr des vorstehend erwähnten geschmolzenen Harzes zwischen beide Formhälften durchgeführtes Verfahren in dem Zustand begonnen wird, dass die Öffnung der Formhöhlung zwischen den positiven und negativen Formhälften größer ist als die endgültige Dicke des geformten Gegenstandes, und die Form geschlossen wird, während das geschmolzene Harz zugeführt wird oder nach Beendigung der Zufuhr des geschmolzenen Harzes, um das geschmolzene Harz in die Formhöhlung einzufüllen.

In dem Verfahren, in dem eine Zufuhr eines geschmolzenen Harzes in dem Zustand begonnen wird, dass beide Formhälften so angeordnet sind, dass sie einen Formhöhlungsabstand bilden, der kleiner ist als die Dicke eines nicht expandierten ge­ formten Gegenstandes beim Spritzfüllverfahren, ist das Volumen des Formhöhlungsab­ stands bei Beginn der Zufuhr allgemein in einem solchen Bereich, dass das Volumen der Formhöhlung 5 Vol.-% bis 100 Vol.-%, bezogen auf das Volumen der erforderlichen Menge des nicht expandierten geschmolzenen Harzes, beträgt.

In diesem Zustand wird die Zufuhr des geschmolzenen Harzes begonnen. Zusammen mit der fortschreitenden Zufuhr des geschmolzenen Harzes wird der Formhöhlungsabstand verbreitert. Wenn die Zufuhr der erforderlichen Menge an geschmolzenem Harz beendet ist, stimmt das Volumen des zugeführten geschmolzenen Harzes fast mit dem Volumen der Höhlung überein, und damit dem des in die Formhöhlung eingefüllten geschmolzenen Harzes.

Zu diesem Zeitpunkt kann der Ausbreitungsgrad des Formhöhlungsabstands durch mechanisches Öffnen der Form unter Verwendung von zum Beispiel einer mit einer Form ausgestatteten Pressenvorrichtung eingestellt werden. Ebenfalls kann der Formhöhlungsabstand unter Verwendung des Zufuhrdrucks des zuzuführenden ge­ schmolzenen Harzes verbreitert werden. In diesem Fall wird der auf das geschmolzene Harz angelegte Druck im Bereich zwischen etwa 1 und 50 MPa eingestellt.

Im Verlauf der Verbreiterung des Formhöhlungsabstands muß man sich vor Augen führen, dass das Volumen der Formhöhlung nicht größer werden darf als das Volumen des zuzuführenden geschmolzenen Harzes. In der vorliegenden Erfindung tritt jedoch kein spezielles Problem auf, auch wenn das Volumen der Formhöhlung größer wird als das Volumen des zuzuführenden geschmolzenen Harzes, vorausgesetzt, dass das Phänomen nur einen Augenblick oder einen extrem kurzen Zeitraum lang auftritt.

In dem Verfahren, in dem ein geschmolzenes Harz in dem Zustand zugeführt wird, dass beide Formhälften so angeordnet sind, dass ein Formhöhlungsabstand gebildet wird, der mit der Dicke eines nicht expandierten geformten Gegenstandes überein­ stimmt, um das geschmolzene Harz bei dem Spritzfüllverfahren in die Formhöhlung ein­ zufüllen, kann der Abstand der Formhöhlung der Form so gehalten werden, dass sie mit der Dicke des nicht expandierten geformten Gegenstandes übereinstimmt, bis die Zufuhr des geschmolzenen Harzes beendet ist, da die Zufuhr des geschmolzenen Harzes wie im üblichen Spritzformverfahren begonnen wird.

Wenn ein geschmolzenes Harz in die Formhöhlung durch die Schließwirkung beider Formhälften gefüllt wird, kann ein Verfahren zum Einfüllen des geschmolzenen Harzes verwendet werden, bei dem eine erforderliche Menge des geschmolzenen Harzes einer Formhöhlung zugeführt wird, die zwischen beiden geöffneten Formhälften gebildet wird, um die Formhöhlungsöffnung größer als die Dicke des nicht expandierten geformten Gegenstandes zu machen, und die Form so geschlossen wird, dass der Form­ höhlungsabstand mit der Dicke eines nicht expandierten geformten Gegenstandes entwe­ der nach oder gleichzeitig mit Beendigung der Zufuhr des geschmolzenen Harzes übereinstimmt. Das Schließen der Form kann auch während der Zufuhr des ge­ schmolzenen Harzes begonnen werden, um die Zufuhr des geschmolzenen Harzes und das Schließen der Form parallel durchzuführen, so dass der Formhöhlungsabstand mit der Dicke des nicht expandierten geformten Gegenstandes entweder gleichzeitig mit oder nach Beendigung der Zufuhr des geschmolzenen Harzes übereinstimmt.

Im Fall des Spritzfüllens unter diesen Verfahren kann ein geformter Gegenstand mit besserem Oberflächenaussehen erhalten werden, wenn der Formhöhlungsabstand bei Zufuhr des geschmolzenen Harzes verringert wird. Jedoch können, wenn der Formhöhlungsabstand übermäßig gering ist, vermehrt Schäden an den verstärkenden Fa­ sern im geschmolzenen Harz auftreten, und daher wird der Formhöhlungsabstand gemäß der Dicke und Größe des Formkörpers geeignet festgelegt.

Andererseits können in dem Verfahren des Einfüllens unter Schließen beider Formhälften Schäden der verstärkenden Fasern verringert und Verringerungen der Expandierbarkeit und Festigkeit verhindert werden, da der auf das zuzuführende geschmolzene Harz angelegte Druck verringert wird.

Aus den vorstehenden Tatsachen ist allgemein vorteilhaft, das Einspritzfüllver­ fahren, wenn das äußere Aussehen des expandierten geformten Gegenstandes am wich­ tigsten ist, und das Verfahren des Füllens durch Schließen der Form zu verwenden, wenn die Expandierbarkeit und Festigkeit als am wichtigsten angesehen werden.

Die auf vorstehende Weise mit dem geschmolzenen Harz gefüllte Formhöhlung ist in dem Zustand, dass fast keine Öffnung vorhanden ist oder eine sehr kleine Öffnung abhängig vom Fall vorhanden ist.

In diesem Zustand wird die Hautschicht (1) auf der Oberfläche des geschmolze­ nen Harzes gebildet. Da die Temperatur der Form allgemein geringer als die Temperatur des geschmolzenen Harzes eingestellt wird, stellt das Bereitstellen geeigneter Abkühlzeit sicher, dass sich das geschmolzene Harz vom Oberflächenteil ausgehend zu verfestigen beginnt, der in Kontakt mit der Formoberfläche der Form ist, und in kurzer Zeit eine im wesentlichen porenfreie Hautschicht gebildet wird.

Die Kühldauer beeinflusst die Bildung der Hautschicht. Je länger die Kühldauer, desto leichter wird die Hautschicht gebildet und desto dicker wird die Hautschicht.

Wenn die Hautschicht zu dick ist, nimmt die Expansionsvergrößerung zusammen mit dem anschließenden Öffnen der Form ab, während, wenn die Hautschicht zu dünn ist, die Festigkeit des Formkörpers dazu tendiert, abzunehmen. Der Grad der Dicke der Hautschicht wird geeignet gemäß der gewünschten Expansionsvergrößerung und Festigkeit des expansionsgeformten Gegenstandes gewählt. Im allgemeinen liegt die gesamte Dicke der Hautschichten auf beiden Oberflächen in der Größenordnung von 5 bis 40% der Dicke des geformten Gegenstandes. Die Abkühlzeit, bis die Form im nächsten Schritt geöffnet wird, da das geschmolzene Harz in die Formhöhlung gefüllt wird, beträgt im allgemeinen 0,1 bis 20 Sekunden, obwohl sie abhängig von einer Reihe von Bedingungen variiert, wie der Temperatur der Form, der Temperatur des geschmolzenen Harzes und der Art des Harzes.

Nachdem die Hautschicht gebildet ist, wird ein Saugverfahren durch die in der Form gebildete Saugöffnung durchgeführt, um die Hautschicht, die auf der Oberfläche des geschmolzenen Harzes gebildet ist, an die Formoberfläche der Form zu adsorbieren.

Es sollte angemerkt werden, dass je geringer der Druck einer Saugleitung wird, die eine Saugvorrichtung, wie eine Vakuumpumpe, und Saugöffnung verbindet, oder je größer die Größe jeder Öffnung einer Saugöffnung wird, desto stärker die Saugkraft wird. Es ist wegen der Wirkung der Rückspringkraft der verstärkenden Fasern nicht immer erforderlich, einen Vakuumzustand (-760 mmHg) zu halten, obwohl die Saug­ kraft, durch den der geformte Gegenstand adsorbiert wird, gemäß dem geringeren Grad, wie nahe eines Vakuums, des Drucks der Saugleitung und der Saugöffnung stärker wird.

Es wird bevorzugt, den Druck auf einen Wert von -750 mmHg bis -500 mmHg ein­ zustellen.

Wenn die Form in Richtung der Dicke des geformten Gegenstandes geöffnet wird, bis der Formhöhlungsabstand mit der endgültigen Dicke des expansionsgeformten Gegenstandes übereinstimmt, während der adsorbierte Zustand, in dem die Hautschicht an die Formoberfläche der Form adsorbiert ist, gehalten wird, dehnt sich der nicht ver­ festigt gebliebene Teil im zugeführten geschmolzenen Harz aus (siehe Fig. 6), wobei ein expansionsgeformter Gegenstand mit einer Netzwerkstruktur erhalten wird, in der als Ganzes die verstärkenden Fasern (3) in Richtung der Öffnung der Form, genauer in Richtung der Dicke des expansionsgeformten Gegenstandes, orientiert sind.

Hier wird zur Verbesserung der Formübertragbarkeit des geformten Gegenstan­ des die Form vorzugsweise in dem Zustand geöffnet, dass die auf mindestens einer Oberfläche des der Formhöhlung zugeführten geschmolzenen Harzes gebildete Hautschicht vollständig an der Formoberfläche der Form haftet.

Zum Beispiel ist, wenn eine Oberfläche des expansionsgeformten Gegenstandes als Produkt eine gemusterte Oberfläche ist, erforderlich, eine Saugöffnung auf der Formoberfläche der Form auf mindestens der Seite zu bilden, die die gemusterte Ober­ fläche sein soll, und die Hautschicht an der Formoberfläche der Form anzuhaften, wenn die Form geöffnet wird. In diesem Fall kann abhängig von den Bedingungen auch ein geformter Gegenstand erhalten werden, der nicht mit einer Hautschicht an der zur Saug­ seite gegenüberliegenden Oberfläche versehen ist. Wenn beide Oberflächen des expansi­ onsgeformten Gegenstandes gemusterte Oberflächen sein sollen, oder das Expansions­ verhältnis des herzustellenden expansionsgeformten Gegenstandes hoch sein soll, wird vorzugsweise eine Saugöffnung auf jeder Formoberfläche von beiden Formhälften gebil­ det und eine Hautschicht auf jeder von beiden Oberflächen des geschmolzenen Harzes gebildet und die Form geöffnet, während beide Hautschichten in Kontakt mit der Form­ oberfläche der Form gebracht sind.

Zum Öffnen der Form wird vorzugsweise ein Öffnungsverfahren durch eine mit einer Form ausgestattete Pressvorrichtung positiv kontrolliert.

Bezüglich des Zeitpunkts, zu dem das Saugen durch die Formoberfläche begonnen wird, wird das Saugen im allgemeinen durchgeführt, nachdem die Hautschicht auf der Oberflächenschicht des in die Formhöhlung gefüllten geschmolzenen Harzes gebildet ist. Jedoch kann das Saugen im Stadium des Einfüllens des geschmolzenen Harzes in die Formhöhlung und auch während des Abkühlzeitraums zum Bilden der Hautschicht, abhängig von den Bedingungen, gestartet werden.

Wenn der Formhöhlungsabstand der Form mit der endgültigen Dicke des expan­ sionsgeformten Gegenstandes übereinstimmt, wird das Öffnungsverfahren der Form be­ endet und die Form abgekühlt, während der Formhöhlungsabstand gemäß der endgülti­ gen Dicke des expansionsgeformten Gegenstandes gehalten wird.

Vorzugsweise wird das Saugverfahren fortgesetzt, bis das Abkühlen beendet ist. Je nachdem kann im vorstehend erwähnten Öffnungsverfahren der Form die Form so geöffnet werden, dass der Formhöhlungsabstand der Form größer ist als die endgültige Dicke des expansionsgeformten Gegenstandes, und das geschmolzene Harz zur endgültigen Dicke des expansionsgeformten Gegenstandes wieder zusammengedrückt wird, während das zugeführte geschmolzene Harz nicht vollständig verfestigt und der Mittelteil in mindestens einer Dickerichtung im geschmolzenen Zustand ist.

In diesem Fall kann die Haftung des der Formoberfläche der Form zugeführten geschmolzenen Harzes verbessert werden, um dabei die Formgebung der Form genauer zu übertragen.

Nach vollständigem Abkühlen wird die Form vollständig geöffnet, um einen ex­ pansionsgeformten Gegenstand aus faserverstärktem thermoplastischen Harz als endgül­ tig geformten Gegenstand aus der Form zu entfernen (siehe Fig. 7).

In einem solchen Verfahren kann ein expansionsgeformter Gegenstand aus faser­ verstärktem thermoplastischen Harz mit einem teilweisen Expansionsteil mit einer Form mit modifizierter Struktur hergestellt werden, in der ein Teil der Form teilweise in der Richtung bewegt wird, in der die Form geöffnet oder geschlossen wird.

Zum Beispiel wird, wie in Fig. 10 gezeigt, ein bewegliches, die Formoberfläche bildendes Material, zum Beispiel ein Gleitkern-(14)-System als Teil einer Form verwen­ det. Unter Verwendung einer solchen Form, in der ein Teil der Formoberfläche davon in der Richtung bewegt werden kann, in der die Form geöffnet und geschlossen wird, indem man den Gleitkern mit einer Formoberflächen-Bewegungsvorrichtung, wie einem hydraulischen Zylinder (15), bewegt, wird die Formoberfläche des Gleitkerns auf die gleiche Ebene wie die Formoberfläche der Form positioniert, um einen Formhöhlungs­ abstand der Form vor Zufuhr eines geschmolzenen Harzes zu bilden. Dann wird das geschmolzene Harz unter Verwendung des vorstehend erwähnten Verfahrens zugeführt, um das geschmolzene Harz in den Formhöhlungsabstand der Form einzufüllen (siehe Fig. 7). Danach wird, wie in Fig. 11 und Fig. 12 gezeigt, der Gleitkern in der Richtung bewegt, in der die Dicke zunimmt, während die Hautschicht in Richtung der Formoberfläche der Form gesaugt wird, um einen Expansionsteil zu bilden, der der Be­ wegung des Gleitkerns entspricht. Die Form wird unter Halten dieses Zustands abge­ kühlt, wobei ein expansionsgeformter Gegenstand aus faserverstärktem thermoplastischen Harz mit teilweise einem Expansionsteil, der dem mit dem Gleitkern gebildeten Teil entspricht, leicht hergestellt werden kann.

Wenn ein mit einem Deckmaterial versehener expansionsgeformter Gegenstand, hergestellt durch Auflegen eines Deckmaterials (16) auf einen Teil oder die gesamte Oberfläche eines solchen expansionsgeformten Gegenstandes aus faserverstärktem thermoplastischen Harz, gewünscht wird, kann folgendes Verfahren angewandt werden. Insbesondere wird das Deckmaterial vorher auf die Formoberfläche der Form gelegt, um so einen Teil oder die gesamte Formoberfläche der Form im vorstehend erwähnten Ver­ fahren abzudecken. Anschließend wird ein geschmolzenes Harz zugeführt und zwischen das Deckmaterial und die Formoberfläche der anderen Form auf der Seite des ge­ schmolzenen Harzes, die nicht mit einem Deckmaterial versehen ist, zugeführt, und danach werden ein Saugverfahren und ein Öffnungsverfahren der Form durchgeführt.

Zu diesem Zeitpunkt wird, wie in Fig. 8 und Fig. 9 gezeigt, bevorzugt, abhängig von der Art des Deckmaterials, ein Verfahren zu verwenden, bei dem ein geschmolze­ nen Harz zugeführt wird, nachdem ein Deckmaterial in eine nicht geschlossene Form gelegt wurde (siehe Fig. 8), und dann die Form geschlossen wird, um das geschmolzene Harz in die Formhöhlung einzufüllen (siehe Fig. 9).

Bei Herstellung des mit einem Deckmaterial versehenen expansionsgeformten Gegenstandes, der unter Aufbringen eines Deckmaterials hergestellt wird, kann jedes üblicherweise als Deckmaterial verwendete Material als Deckmaterial aufgebracht wer­ den. Insbesondere schließen Beispiele dieser Deckmaterialien geschäumte oder nicht geschäumte Platten, Folien, Faservliese oder Stoffe aus verschiedenen thermoplastischen Harzen oder thermoplastischen Elastomeren ein.

Wenn ein Deckmaterial verwendet wird, können vermehrt Schwierigkeiten bei der Bildung einer Hautschicht auf der Oberfläche eines geschmolzenen Harzes auf der Seite, die in Kontakt mit dem Deckmaterial ist, auftreten. In diesem Fall kann es unter Verwendung eines nicht flüssigkeitsdurchlässigen Deckmaterials und in bezug auf das an das geschmolzene Harz als Hautschicht befestigte Deckmaterial, an der Formoberfläche der Form angebracht werden.

In den vorstehenden Verfahren gibt es den Fall, dass die natürliche Expansions­ vergrößerung, wenn die Form geöffnet wird, abhängig von den zu verwendenden Arten des thermoplastischen Harzes und der verstärkenden Faser und dem Zufuhrverhältnis der verstärkenden Fasern gering ist. In einem solchen Fall kann die natürliche Expansion durch vorhergehendes Einmischen eines Schäumungsmittels in die Ausgangssubstanzen, den sie verstärkenden Fasern enthaltenden thermoplastischen Harzmaterialien, unterstützt und gefördert werden.

Bei Verwendung eines Schäumungsmittels reicht eine nur winzige Menge, wie nur 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das in den Ausgangssubstanzen, den die ver­ stärkende Faser enthaltenden thermoplastischen Harzmaterialien, enthaltene thermoplas­ tische Harz, für die Anforderungen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein expansionsgeformter Gegenstand aus faserverstärktem thermoplastischen Harz, der hohe Expansionsvergrößerung auf­ weist und ausgezeichnet in bezug auf sein niedriges Gewicht, seine Festigkeit, Oberflächenübertragbarkeit und Formstabilität ist, leicht hergestellt werden. Der erhaltene expansionsgeformte Gegenstand aus faserverstärktem thermoplastischen Harz kann weitverbreitet auf verschiedenen Fachgebieten, wie Formkörpern mit niedrigem Gewicht und hoher Festigkeit, verschiedenen Strukturmaterialien oder Formkörpern mit einer Deckschicht, verwendet werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines expansionsgeformten Gegenstandes aus faserver­ stärktem thermoplastischen Harz durch Zuführung eines geschmolzenen thermo­ plastischen Harzes, das eine verstärkende Faser enthält, deren durchschnittliche Faserlänge auf 1 mm oder mehr begrenzt ist, zwischen positive und negative Formhälften, Einfüllen des geschmolzenen Harzes in die Formhöhlung und danach Öffnen eines Teils oder der gesamten Form in Richtung der Dicke des Formkörpers, um einen nicht verfestigten Teil des geschmolzenen Harzes zu expandieren, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass (1) gepaarte positive und negative Formhälften verwendet werden, die geöffnet und geschlossen werden können und beide oder eine davon mit einer Saugöffnung an der Formoberfläche der Form versehen sind (ist), und (2) es (a) einen Schritt der Zufuhr und des Einfüllens eines geschmolzenen thermoplastischen Harzes, das eine verstärkende Faser enthält, deren durchschnittliche Faserlänge auf 1 mm oder mehr begrenzt ist, in eine Formhöhlung, (b) einen Schritt des Öffnens eines Teils oder der gesamten Form in Richtung der Dicke eines Formkörpers, sodass der Formhöhlungsabstand mit der endgültigen Dicke des Formkörpers übereinstimmt, während durch die Formoberfläche der Form gesaugt wird, um einen nicht verfestigten Teil des geschmolzenen Harzes zu expandieren, und (c) einen Schritt des Abkühlens des Formkörpers unter Halten des Formhöhlungsabstands gemäß der endgültigen Dicke des Formkörpers umfasst.

2. Verfahren zur Herstellung eines expansionsgeformten Gegenstandes aus faserver­ stärktem thermoplastischen Harz durch Zuführung eines geschmolzenen thermo­ plastischen Harzes, das eine verstärkende Faser enthält, deren durchschnittliche Faserlänge auf 1 mm oder mehr begrenzt ist, zwischen positive und negative Formhälften, Einfüllen des geschmolzenen Harzes in die Formhöhlung und danach Öffnen eines Teils oder der gesamten Form in Richtung der Dicke eines Formkörpers, um einen nicht verfestigten Teil des geschmolzenen Harzes zu expandieren, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass (1) gepaarte positive und negative Formhälften verwendet werden, die geöffnet und geschlos­ sen werden können und beide oder eine davon mit einer Saugöffnung auf der Formoberfläche der Form versehen sind (ist), und (2) es (a) einen Schritt der Zufuhr und des Einfüllens eines geschmolzenen thermoplastischen Harzes, das eine verstärkende Faser enthält, deren durchschnittliche Faserlänge auf 1 mm oder mehr begrenzt ist, in eine Formhöhlung, (b) einen Schritt des Öffnens eines Teils oder der gesamten Form in Richtung der Dicke eines Formkörpers, sodass der Formhöhlungsabstand größer ist als die endgültige Dicke des Formkörpers, während durch die Formoberfläche der Form gesaugt wird, um einen nicht verfestigten Teil des geschmolzenen Harzes zu expandieren, (c) einen Schritt des Schließens der Form, um den Formkörper derart zu komprimieren, dass der durch einen Teil oder die gesamte Form gebildete Formhöhlungsabstand mit der endgültigen Dicke des Formkörpers übereinstimmt und (d) einen Schritt des Abkühlens des Formkörpers unter Halten des Formhöhlungsabstands gemäß der endgültigen Dicke des Formkörpers umfasst.

3. Verfahren zur Herstellung eines expansionsgeformten Gegenstandes aus faserverstärktem thermoplastischen Harz nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wo­ bei im Schritt (a) die Zuführung des die verstärkende Faser enthaltenden ge­ schmolzenen thermoplastischen Harzes zwischen beide Formhälften in dem Zu­ stand begonnen wird, dass der Höhlungsabstand der positiven und negativen Formhälften größer ist als die endgültige Dicke des geformten Gegenstandes, und die Form geschlossen wird, während das die verstärkende Faser enthaltende geschmolzene thermoplastische Harz zugeführt wird, oder nach Beendigung der Zufuhr, um das die verstärkende Faser enthaltende geschmolzene thermoplastische Harz in die Formhöhlung zu füllen.

4. Verfahren zur Herstellung eines expansionsgeformten Gegenstandes aus faserverstärktem thermoplastischen Harz nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wo­ bei im Schritt (a) die Zuführung des die verstärkende Faser enthaltenden ge­ schmolzenen thermoplastischen Harzes in dem Zustand begonnen wird, dass beide Formhälften so angeordnet sind, dass der Formhöhlungsabstand kleiner ist als die Dicke eines nicht expandierten geformten Gegenstandes, und die Form geöffnet wird, während das eine verstärkende Faser enthaltende geschmolzene thermoplastische Harz zugeführt wird, um das Harz so in die Formhöhlung zu füllen, dass der Höhlungsabstand mit der Dicke des nicht expandierten geformten Gegenstandes zur gleichen Zeit übereinstimmt, wenn die Zufuhr des die ver­ stärkende Faser enthaltenden geschmolzenen thermoplastischen Harzes beendet ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines expansionsgeformten Gegenstandes aus faserverstärktem thermoplastischen Harz nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wo­ bei im Schritt (a) das die verstärkende Faser enthaltende geschmolzene thermo­ plastische Harz in dem Zustand zugeführt wird, dass beide Formhälften so an­ geordnet sind, dass der Höhlungsabstand mit der Dicke eines nicht expandierten geformten Gegenstandes übereinstimmt, um das Harz in die Formhöhlung zu füllen.

6. Verfahren zur Herstellung eines expansionsgeformten Gegenstandes aus faserverstärktem thermoplastischen Harz nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wo­ bei im Schritt (b) die Form geöffnet wird, nachdem eine im wesentlichen porenfreie Hautschicht auf der Oberfläche des geschmolzenen Harzes gebildet wurde, die in Kontakt mit der Formoberfläche der Form ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines expansionsgeformten Gegenstandes aus faserverstärktem thermoplastischen Harz nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wo­ bei ein ein Schäumungsmittel enthaltendes faserverstärktes thermoplastisches Harz als Ausgangssubstanz verwendet wird und das Schäumungsmittel in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das thermoplastische Harz, enthalten ist, das das faserverstärkte thermoplastische Harz bildet.

8. Verfahren zur Herstellung eines expansionsgeformten Gegenstandes aus faserverstärktem thermoplastischen Harz nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wo­ bei ein Deckmaterial zuvor zwischen die positiven und negativen Formhälften zugeführt und das die verstärkende Faser enthaltende geschmolzene thermopla­ stische Harz zwischen das Deckmaterial und die Formoberfläche der Form zuge­ führt wird.

9. Expansionsgeformter Gegenstand aus faserverstärktem thermoplastischen Harz, hergestellt mit dem Verfahren von Anspruch 1 oder Anspruch 2.