5 Typische Kunststoffverarbeitungsverfahren

Vier Elemente: Materialzuführung und Dosierung -> Extruder -> Werkzeug -> Kalibriervorichtung

• Flachfolienextrusion (Folien und Platten)

• Blasfolienextrusion (Folien)

• Profil- und Rohrextrusion (Profile und Rohre)

• Faserspinnen (Fasern und Textilien)

• Chipstüte

• Profile

• Schläuche

• Folien

• Fensterrahmenprofil

Aufbau eines Einschneckenextruder oder auch 3-Zonen-Schnecke genannt (s.o.) und das Aufschmelzmodell (s.u.)

Aufbau eines Extruders

• Einfülltrichter für den Rohstoff

• Zylinder und Zylinderheizung

• Extruderschnecke

• Antrieb und Steuerung

Aufgaben des Extruders

• Material aufschmelzen und auf Verarbeitungstemperatur bringen

• Druck aufbauen, der zum Passieren von Folgekomponenten benötigt wird

• Füll- und Farbstoffe einarbeiten

• Erzeugung einer thermisch, zeitlich und stofflich homogenen Schmelze

Aufgaben der drei Zonen:

Bei der Blasfolienextrusion (siehe Bild) wird der Schmelzstrom in einem Wendelverteilerwerkzeug (Blaskopf) in eine Ringspaltströmung überführt und er verläasst das Werkzeug als Schlauch, der senkrecht nach oben abgezogen wird. Zur Kühlung des aus dem Werkzeug austretenden Schmelzschlauchs wird der Schlauch von außen und inenn von einem Luftstrom (Luftkühlung) angeblasen und erstarrt schließlich. Gleichzeitig wird er durch den Aufblasvorgang in Umfangsrichtung und durch den Abzug in Längsrichtung verstrckt, so dass molkulare Orientierung in der Schmelze ausgebildet werden.

• Materialeinzug

• Aufschmelzen

• stoffliches und thermisches Homogenisieren

• Fördern

• Druck aufbauen

• Austragen der Schmelze durch ein Werkzeug

Die Werkstoffeigenschaften können durch den Verarbeitungsprozess beeinflusst werden. Dies betrifft insbesondere:

• Abbau des Molekulargewichts durch thermische und mechanische Belastung der Schmelze und Recycling

• Verringerung der Viskosität

• Verfärbungen oder Vercrackungen (molekularer Abbau)

• Verbesserung von Materialeigenschaften durch Steigerung des Molekulargewichts

• Nutzung von Orientierungen und Eigenspannungen (Bsp.: Schrumpffolie)

Ursachen für einen Abbau des Molekulargewichts:

• thermische und mechanische Belastung der Schmelze

• Feuchtigkeitsaufnahme durch unsachgemäßen Umgang

• Verweilzeit in der Machine

• Recycling

Probleme:

• starke Verringerung der Schmelzviskosität führt zu Instabilität

• gelbliche Verfärbungen

• Vercrackungen (Abbau kompletter Polymerketten)

• (niedrige Festigkeit, niedrige Zähigkeit, niedrige Wärmeleitfähigkeit, schlechtere Barrierewirkung, schlechtere chemische Beständigkeit, …)

Im Allgemeinen ist ein hohes Molekulargewicht und eine schonende Verarbeitung für optimale Produkteigenschaften erstrebenswert.

Hohe Molekulargewichte bewirken in der Regel eine

• höhere Festigkeit,

• höhere Zähigkeit,

• höhere Wärmeleitfähigkeit,

• bessere Barrierewirkung

• und bessere chemische Beständigkeit

Allerdings führen hohe Molekulargewichte auch zu einem verschlechterten Fließen infolge der höheren Viskosität und damit zu einer verschlechterten Verarbeitbarkeit.

Zu einer Ausbalancierung der Eigenschaften in Verarbeitung und Anwendung werden Molekulargewichtsverteilungen angestrebt.

Blasfolienextrusion -> Konvektion

Flachfolienextrusion -> Konduktion (Wärmeleitung)

Dabei ist die Konduktion effizienter und hat eine höhere Durchsatzzeit.

• Direkter Weg vom Rohstoff zum Fertigteil

• Keine oder nur sehr geringe Nachbearbeitung des Formteils notwendig

• Verfahren voll automatisierbar

• Hohe Reproduzierbarkeit der Fertigung

• Kurze Zykluszeiten

• Herstellen geometrisch sehr komplexer Teile möglich

• Integration zahlreicher Funktionen in einem Bauteil

• Fertigung komplexer Produkte in integrierten Prozessen

Technologische Aufgaben:

• Aufnahme und Verteilung der Schmelze

• Ausformen der Schmelze zur Produktgestalt

• Abkühlen der Schmelze (Thermoplaste) bzw. Aufheizen der Formmasse (Elastomere und Duroplaste)

• Entformen.

Konstruktive Aufgaben:

• Kraftaufnahme

• Bewegungsübertragung

• Führung der Werkzeugteile

Prinzipieller Aufbau:

Funktion: Um in der Einspritzphase ein Zurücklaufen der Schmelze in die Schnecke zu verhindern, ist an der Spitze der Schnecke eine Rückstromsperre angebracht.

Der Umschaltpunkt unterteilt die Werkzeugkavität in zwei Phasen:

1. Einspritzphase (geschwindigkeitsgeregelt)

2. Nachdruckphase (druckgeregelt)

Die Nachdruckphase ist mit dem Siegelzeitpunkt beendet. Ab dann ist der Anguss (Anschnitt) erstarrt und man spricht vom Versiegeln des Formteils. Ein Nachdruck über den Siegelzeitpunkt hinaus hat keine Auswirkungen mehr auf die Schmelze im Formteil und ist somit nicht sinnvoll.

Wird die Formkavität bei hoher Einspritzgeschwindigkeit und ohne Prallhindernis mit Schmelze befüllt, bilden sich “Würstchen”, die erst mit Formmasse umschlossen werden und ein extrem inhomogenes Formteilgefüge ergeben.

• Definition: Differenz zwischen Formteilmaß und Kavitätsmaß

• Ursache für Schwindung: Ausgeprägte Temperatur- und Druckabhängigkeit der Dichte bei Kunststoffen

• Verstärkt wird das Schwindungspotential durch Überschreiten der Phasengrenze fest<->flüssig

• äußere Eigenschaft eines Spritzgussteils, weiteres Beispiel ist der Verzug

• innere Eigenschaften sind die Kristallinität, die Orientierung und die Eigenspannungen