DE69022133T2

DE69022133T2 - Form zum Herstellen von geformten mehrschichtigen Gegenständen.

Info

Publication number: DE69022133T2
Application number: DE69022133T
Authority: DE
Inventors: Takahisa Hara; Masahito Matsumoto; Nobuhiro Usui
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2010-06-30
Also published as: JPH0334830A; EP0405588B1; CA2020117A1; ES2079399T3; DE69022133D1; EP0405588A3; JP2681515B2; KR0149021B1; KR910000314A; CA2020117C; EP0405588A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Form zum Herstellen eines mehrschichtigen Formgegenstandes und insbesondere eine Form zum Herstellen eines mehrschichtigen Formgegenstandes, wobei durch die Form ein geformter Harz- oder Kunststoffgegenstand mit einem Außenschichtmaterial hergestellt werden kann und verhindert wird, daß ein eine Kunststoffschmelze während des Formvorgangs herausgedrückt wird, und ein Formgegenstand erhalten wird, in dessen Außenschicht keinem Schichtdickenverringerung auftritt und keine Risse bzw. Brüche oder Unebenheiten bzw. Falten gebildet werden.
Kunststoff-Formgegenstände werden weit verbreitet in vielen Produkten verwendet, wie z.B. in Automobilen und elektrischen Haushaltsgeräten, weil ein solcher Formgegenstand wirtschaftlich herstellbar, leichtgewichtig und gut formbar ist.
Weil Kunststoff-Formgegenstände Nachteile aufweisen, d.h. sie haben beispielsweise ein schlechtes Erscheinungsbild oder fühlen sich kühl an und werden leicht brüchig, ist es wünschenswert, Kunststoff-Formgegenstände mit guten Oberflächeneigenschaften bereitzustellen, bei denen die Oberfläche beispielsweise Dekorationen aufweist und sich weich anfühlt.
Obwohl viele Versuche unternommen wurden, einen solchen Kunststoff-Formgegenstand herzustellen, ist es bei Verwendung einer einzelnen Kunststoffart nicht möglich, eine ausreichende Formbarkeit und Festigkeit und außerdem einen Formgegenstand mit guten Oberflächeneigenschaften zu erhalten.
Gegenwärtig werden mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen Funktionen miteinander verbunden, um einen mehrschichtigen Formgegenstand mit einem Kunststoffkörper und einem Außenschichtmaterial herzustellen.
Als Verfahren zum Herstellen des mehrschichtigen Formgegenstandes wird ein Prozeß vorgeschlagen, bei dem eine Kunststoffschmelze und ein Außenschichtmaterial in einem in einer Schmelzform ausgebildeten Hohlraum angeordnet werden, wobei die Schmelzform aus einer Patrize bzw. einem Stempel und einer Matrize besteht, die Patrize und die Matrize geschlossen werden und der Kunststoff geformt und gleichzeitig mit dem Außenschichtmaterial beschichtet wird.
Bei diesem Verfahren wird jedoch, wie in Fig. 1A dargestellt, ein Teil des auf einem Kunststoffkörper 25 angeordneten Außenschichtmaterials 21 während des Formungsvorgangs stark gezogen, wodurch eine Schichtdickenverringerung (22) verursacht wird, Falten (23) entstehen oder dieser Teil möglicherweise bricht (24).
Bevor die Patrize und die Matrize vollständig geschlossen sind, kann außerdem die Kunststoffschmelze von einem Rand des Gegenstandes herausgedrückt werden, wodurch ein verformter Formgegenstand erhalten wird, wie in Fig. 1B dargestellt. Wie in Fig. 1C dargestellt, kann außerdem ein Teil des Randes des Außenschichtmaterials 21 brechen oder ein Teil des Außenschichtmaterials 21 abgezogen werden, so daß der Kunststoffkörper freigelegt wird. Solche Gegenstände sind kommerziell wertlos.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Form zum Herstellen eines mehrschichtigen Formgegenstands bereitzustellen, durch die verhindert wird, daß die Kunststoffschmelze während des Formungsvorgangs herausgedrückt wird.
Außerdem wird eine Form zum Herstellen eines mehrschichtigen Formgegenstandes bereitgestellt, dessen auf den Kunststoffkörper aufgeschichtete Außenschicht keine Schichtdickenverringerung und keine Risse bzw. Brüche oder Unebenheiten bzw. Falten aufweist.
Erfindungsgemäß wird eine Form zum Herstellen eines mehrschichtigen Formgegenstands mit einem Kunststoffkörper und einem auf der Oberfläche des Kunststoffkörpers angeordneten Außenschichtmaterial bereitgestellt, wobei die Form aus einer Patrize und einer Matrize besteht, wobei der kürzeste horizontale Abstand eines Paßabschnittspalts zwischen der horizontal am weitesten außen angeordneten Wandfläche der Patrize, mit der das Außenschichtmaterial in Kontakt kommt, und der horizontal am weitesten innen angeordneten Wandfläche der Matrize, mit der das Außenschichtmaterial in Kontakt kommt, den 0.25- bis 3-fachen Wert der minimalen Dicke aufweist, bei der das zusammengepreßte Außenschichtmaterial seine ursprüngliche Dicke wiedergewinnen kann, und die kürzeste Länge L in einer Formschließrichtung eines Paßabschnitts, der zwischen der äußersten Wand der Patrize, mit der die Kunststoffschmelze in Kontakt kommt, und der innersten Wand eines Flansches der Matrize gebildet wird, die Beziehung erfüllt:
(t&sub1; - t&sub0; + 10) mm ≥ L ≥ (t&sub1; - t&sub0;) mm,
wobei t&sub1; ein Abstand (mm) zwischen der Patrize und der Matrize ist, wenn die Kunststoffschmelze zuerst den horizontal am weitesten außen angeordneten Rand der Patrize erreicht, und t&sub0; ein Abstand (mm) in der Formschließrichtung zwischen den gleichen Punkten auf der Patrize und der Matrize ist, wie diejenigen Punkte, die zum Messen von t&sub1; verwendet werden, wenn die Form vollständig geschlossen ist.
Die Formulierung "minimale Dicke, bei der das zusammendgedrückte Außenschichtmaterial seine ursprüngliche Dicke wiedergewinnen kann" bezeichnet die Dicke des mit einer maximalen Kraft zusammengedrückten Außenschichtmaterials, bei der das Außenschichtmaterial seine ursprüngliche Dicke wiedergewinnen kann. Diese minimale Dicke verändert sich mit dem Material und der Dicke des Außenschichtmaterials.
Fig. 1A, 1B und 1C zeigen herkömmliche mehrschichtige Formgegenstände mit Defekten;
Fig. 2 zeigt eine Querschnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Form; und
Fig. 3A bis 3E zeigen schematisch Schritte zum Herstellen eines mehrschichtigen Formgegenstandes unter Verwendung der erfindungsgemäßen Form.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Form, wenn die Form vollständig geschlossen ist.
Die Form 1 weist eine Patrize 2 und eine Matrize 3 auf, die mit der Patrize 2 in Eingriff gebracht werden kann.
Bei dieser Ausführungsform ist die Patrize 2 feststehend und die Matrize durch eine bekannte Hebevorrichtung (nicht dargestellt) vertikal beweglich. Die Patrize 2 kommt mit der Kunststoffschmelze und die Matrize 3 mit dem Außenschichtmaterial in direkten Kontakt.
Wenn die Form vollständig geschlossen ist, ist der kürzeste horizontale Abstand (W) des Paßabschnittspalts 6 zwischen der horizontal am weitesten außen angeordneten Wandfläche 2a der Patrize 2, die mit dem Außenschichtmaterial in Kontakt kommt, und der horizontal am weitesten innen angeordneten Wandfläche 3a der Matrize 3, die mit dem Außenschichtmaterial in Kontakt kommt, 0.25- bis 3-mal, vorzugsweise 0.5- bis 1.5-mal so groß wie die minimale Dicke, bei der das zusammengedrückte Außenschichtmaterial seine ursprüngliche Dicke wiedergewinnen kann.
Die minimale Dicke des Außenschichtmaterials, bei der das zusammengedrückte Außenschichtmaterial seine ursprüngliche Dicke wiedergewinnen kann, ist vorstehend definiert und ändert sich mit der Art und der ursprünglichen Dicke des Außenschichtmaterials. Wenn das Außenschichtmaterial beispielsweise aus einer Polyvinylchloridschicht oder einem geschäumten Polypropylen besteht, kann das Außenschichtmaterial seine ursprüngliche Dicke wiedergewinnen, wenn es auf eine Dicke von 1/5 der ursprünglichen Dicke zusammengedrückt wird. Im Fall von Metall jedoch ist, weil eine Metallschicht kaum zusammengedrückt werden kann, deren ursprüngliche Dicke dieser minimalen Dicke im wesentlichen gleich.
Der Grund warum der kürzeste horizontale Abstand (W) im Paßabschnittspalt 6 auf den 0.25- bis 3-fachen Wert der minimalen Dicke festgelegt wird, bei der das zusammengedrückte Außenschichtmaterial seine ursprüngliche Dicke wiedergewinnen kann, liegt darin, daß, wenn der Abstand (W) kleiner als die 0.25-fache minimale Dicke des Außenschichtmaterials ist, das Außenschichtmaterial dazu neigt, zu brechen, bevor die Form vollständig geschlossen ist, oder das Außenschichtmaterial Stellen verminderter Dicke aufweist oder Falten bildet, während, wenn der Abstand (W) größer ist als die 3-fache minimale Dicke, der Spalt zwischen der Patrize und der Matrize so groß ist, daß die Kunststoffschmelze herausgedrückt werden kann.
Außerdem erfüllt bei der vorliegenden Erfindung die kürzeste Länge L in der Formschließrichtung des zwischen der äußersten Wand der Patrize, mit der die Kunststoffschmelze in Kontakt steht, und der innersten Wand des Flansches der Matrize gebildeten Paßabschnitts die folgende Beziehung:
(t&sub1; - t&sub0; + 10) mm ≥ L ≥ (t&sub1; - t&sub0;) mm,
wobei t&sub1; und t&sub2; genauso definiert sind wie vorstehend beschrieben.
Der Grund warum die kürzeste Länge L in der Formschließrichtung auf den vorstehenden Bereich festgelegt wird liegt darin, daß, wenn die Länge L größer ist als der vorstehende obere Grenzwert, das Außenschichtmaterial teilweise stark gezogen wird, so daß das Außenschichtmaterial stellenweise in der Dicke vermindert wird oder in einem extremen Fall bricht, während, wenn die Länge L kleiner ist als der vorstehende untere Grenzwert, die Kunststoffschmelze herausgedrückt werden kann, so daß möglicherweise ein defekter Formgegenstand hergestellt wird.
Die kürzeste Länge des Paßabschnitts in der Formschließrichtung ist um den gesamten Umfang der Form nicht notwendigerweise gleichmäßig. Mindestens an einem Punkt P des horizontal am weitesten außen angeordneten Randes der Patrize, mit dem die Kunststoffschmelze zuerst in Kontakt kommt, muß die kürzeste Länge L des Paßabschnitts die vorstehende Gleichung erfüllen. An anderen Punkten kann die Länge des Paßabschnitts einen Wert zwischen 0 und L aufweisen.
Durch die erfindungsgemäße Form kann der mehrschichtige Formgegenstand durch die folgenden Schritte hergestellt werden:
1. Zwischen der Patrize 2 und der Matrize 3 wird ein Außenschichtmaterial angeordnet (vergl. Fig. 3A).
2. Zwischen der Patrize 2 und der Matrize 3 wird eine Masse einer Kunststoffschmelze 4 angeordnet. In Fig. 3B wird die Masse der Kunststoffschmelze unterhalb des Außenschichtmaterials 5 auf der Matrize 3 angeordnet.
Die Kunststoffschmelze kann durch eine herkömmliche Vorrichtung zugeführt werden. Beispielsweise wird die Kunststoffschmelze über ein in der Form angeordnetes Kunststoffzufuhrrohr (nicht dargestellt) und eine Einrichtung zum Schmelzen und Plastifizieren des Kunststoffes, wie beispielsweise einen Extruder (nicht dargestellt) zugeführt.
3. Durch Betätigen der Hebevorrichtung wird die Matrize herabgesenkt, um das Außenschichtmaterial und dann die Kunststoffschmelze zu pressen, wobei die Kunststoffschmelze zwischen dem Außenschichtmaterial 5 und der Oberfläche der Patrize 3 fließt und sich verteilt. Gleichzeitig wird das Außenschichtmaterial gegen die Innenwand der Matrize gepreßt (vergl. Fig. 3C).
4. Die Matrize wird weiter herabgesenkt, und die Matrize und die Patrize werden schließlich vollständig geschlossen, um die Formgebung des Kunststoffes abzuschließen (vergl. Fig. 3D). Dadurch wird ein mehrschichtiger Kunststoffgegenstand mit einem Kunststoffkörper und einer Außenschicht hergestellt. Weil der horizontal kürzeste Abstand (W) und die kürzeste Länge (L) des Paßabschnitts innerhalb der durch die vorliegende Erfindung definierten vorstehenden Bereiche liegen, bricht das Außenschichtmaterial nicht, und die Abschnitte des Außenschichtmaterials 5 in der Nähe der Ränder des Gegenstands werden nicht in ihrer Dicke vermindert oder gefaltet.
Beim erfindungsgemäßen Formungsverfahren ist der Zeitpunkt der Zufuhr der Kunststoffschmelze nicht auf den vorstehend beschriebenen Zeitpunkt beschränkt. Die Kunststoffschmelze kann zu jedem Zeitpunkt zugeführt werden bevor die Patrize und die Matrize vollständig geschlossen sind.
Die Kunststoffschmelze kann entweder zwischen dem Außenschichtmaterial und der Patrize oder zwischen dem Außenschichtmaterial und der Matrize zugeführt werden. Daher kann die vorliegende Erfindung für Innen- und Außenfüllungen bzw. -verkleidungen verwendet werden.
Die relative Position der Patrize und der Matrize und die Schließrichtung sind frei wählbar.
Beispiele des Außenschichtmaterials sind Vliesstoffe oder Webstoffe, aus Metall hergestellte Maschenwerke oder Netze, Fasern oder thermoplastische Harze, Papier, Metallfolien und eine Schicht oder ein Film eines thermoplastischen Harzes oder Elastomers. Das Außenschichtmaterial kann mit unregelmäßigen Mustern, wie beispielsweise Körnungsmustern, einem Aufdruck, einer Färbung oder ähnlichen dekoriert werden. Außerdem kann das Außenschichtmaterial aus geschäumten Materialien aus thermoplastischen Harzen oder Gummi hergestellt werden. Außerdem kann als Außenschichtmaterial ein Laminat verwendet werden, das aus mindestens zwei Schichten besteht, die aus dem gleichen Material oder aus verschiedenen Materialien hergestellt sein können, die durch einen Klebstoff miteinander verbunden sind. Bevor das Außenschichtmaterial in der Form angeordnet wird, kann ein Teil des Außenschichtmaterials oder das gesamte Außenschichtmaterial vorgewärmt werden, um die Zugspannung und den Dehnungsgrad anzupassen.
Als durch die erfindungsgemäße Form formbarer Kunststoff können beliebige zum Formpressen, Spritzgießen oder Strangpressen verwendete herkömmliche Kunststoffe verwendet werden. Bestimmte Beispiele von Kunststoffe sind nicht- schäumbare oder schäumbare Kunststoffe aus thermoplastischen Harzen (z.B. Polypropylen, Polyethylen, Polystyrol, Acrylnitril-Styrol-Butadien-Copolymer, Nylon usw.) oder thermoplastische Elastomere (z.B. Ethylen-Propylen-Blockcopolymer, Styrol-Butadien-Blockcopolymer usw). Der Kunststoff kann mindestens einen Zusatzstoff, wie beispielsweise einen Füllstoff (z.B. einen anorganischen Füllstoff oder Glasfasern), Pigmente, Schmierstoffe, Antistatikmittel oder ähnliche aufweisen.

Claims

1. Form zum Herstellen eines mehrschichtigen Formgegenstands mit einem Kunststoffkörper und einem auf der Oberfläche des Kunststoffkörpers angeordneten Außenschichtmaterial, wobei die Form aus einer Patrize und einer Matrize besteht, wobei der kürzeste horizontale Abstand eines Paßabschnittspalts zwischen der horizontal am weitesten außen angeordneten Wandfläche der Patrize, mit dem das Außenschichtmaterial in Kontakt kommt, und der horizontal am weitesten innen angeordneten Wandfläche der Matrize, mit der das Außenschichtmaterial in Kontakt kommt, den 0.25- bis 3- fachen Wert der minimalen Dicke aufweist, bei der das zusammengepreßte Außenschichtmaterial seine ursprüngliche Dicke wiedergewinnen kann, und die kürzeste Länge L in einer Formschließrichtung eines Paßabschnitts, der zwischen der äußersten Wand der Patrize, mit der die Kunststoffschmelze in Kontakt kommt, und der innersten Wand eines Flansches der Matrize gebildet wird, die Beziehung erfüllt:

(t&sub1; - t&sub0; + 10) mm ≥ L ≥ (t&sub1; - t&sub0;) mm,

wobei t&sub1; ein Abstand (mm) zwischen der Patrize und der Matrize ist, wenn die Kunststoffschmelze zuerst den horizontal am weitesten außen angeordneten Rand der Patrize erreicht, und t&sub0; ein Abstand (mm) in der Formschließrichtung zwischen den gleichen Punkten auf der Patrize und der Matrize ist, wie diejenigen Punkte, die zum Messen von t&sub1; verwendet werden, wenn die Form vollständig geschlossen ist.

2. Form nach Anspruch 1, wobei der kürzeste horizontale Abstand des Paßabschnittspalts den 0.5- bis 1.5-fachen Wert der minimalen Dicke aufweist, bei der das zusammengedrückte Außenschichtmaterial seine ursprüngliche Dicke wiedergewinnen kann.