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1 Delrin NUR VON DUPONT Modul III Polyacetal Technische Informationen Marken von E.I. du Pont de Nemours and Company

2 DELRIN Polyacetal: Techniche Informationen Inhaltsverzeichnis Seiten Seiten 1 Allgemeines Einführung in Delrin Polyacetal Konstruieren mit Delrin Verarbeitung Zusammensetzung Wertanalyse Konstruktionsvorteile Kostenanalyse Spritzgießverfahren und Montage 5 3 Überblick über Eigenschaften Materialdaten für Fließanalyse Dimensionierung Einleitung Formschwindung Nachschwindung Maßtoleranzen Einfluß der Feuchtigkeit Mechanische Eigenschaften Definitionen Kurzzeitige Belastungen Dauerbeanspruchung Ermüdungsfestigkeit Schlagzähigkeit Bruchfestigkeit Umgebungseinflüsse Einleitung Chemikalienkeit Zinkchlorid und Chlor Kraftstoffkeit Permeabilität Beanspruchung in Luft bei hohen Temperaturen.. 25 Witterungskeit Hochenergetischer Strahlung Bakterien, Pilze und Verhalten im Erdreich Thermische Eigenschaften Schmelz- und Erstarrungsverhalten Glasübergangstemperatur Wärmeausdehnung Thermische Leitfähigkeit Spezifische Wärme Verformung unter Belastung Kugeldruckprüfung Elektrische Eigenschaften und Entflammbarkeit. 29 Elektrische Eigenschaften Durchschlagfestigkeit Dielektrizitätszahl Dielektrischer Verlustfaktor Spezifischer Durchgangs- und Oberflächenwiderstand Lichtbogenfestigkeit Entflammbarkeitseinstufung Entzündungstemperatur Brennverhalten Glühdrahtprüfung Tribologische Eigenschaften Härte Verschleiß und Abrieb Reibverhalten Verschleiß und Reibung Typen Verschleiß und Reibung Daten Behördliche Zulassungsbestimmungen Nachbearbeitung Spanende Bearbeitung Dekorative Gestaltung Montagetechniken

3 1. Allgemeines Einführung in DELRIN Polyacetal DELRIN Polyacetal zeichnen sich durch eine Kombination von physikalischen Eigenschaften aus, die weder Metalle noch die meisten anderen Kunststoffe aufweisen. DELRIN ist ein thermoplastischer technischer Kunststoff, der durch die Polymerisation von Formaldehyd hergestellt wird. Seit seiner kommerziellen Einführung 196 hat er sich dank seiner Zuverlässigkeit in Tausenden von technischen Bauteilen jeglicher Art weltweit einen Namen gemacht. Unter anderem wird er in der Automobil-, Haushaltsgeräte-, Bau-, Installations-, Elektronik- und Verbrauchsgüterindustrie eingesetzt. Folgende hervorragenden Eigenschaften von DELRIN basieren auf seiner chemischen Zusammensetzung, seiner gleichmäßigen molekularen Struktur und hohen Kristallinität: Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen (bis 4 C). Hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit. Ermüdungsfestigkeit unerreicht von anderen Kunststoffen. Hohe Beständigkeit gegen Dauerschlagbeanspruchung. Hervorragende Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, Kraftstoffe, Lösungsmittel und viele andere Chemikalien. Hervorragende Dimensionsstabilität. Eigenschmierung. Rückprallelastizität. Gute elektrische Isoliereigenschaften. Einfache Verarbeitbarkeit. Breiter Betriebstemperaturbereich. Konstruieren mit DELRIN Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften als Konstruktionswerkstoffe bieten DELRIN Polyacetal dem Entwicklungsingenieur viele Möglichkeiten. Diese reichen von direkten Kostenreduzierungen bei Baugruppen, längerer Lebensdauer und verbesserter Bauteilleistung bis zu größerer Freiheit bei der Formgebung und optischen Gestaltung. Dank ideenreicher Konstruktionslösungen lassen sich Spritzgießteile aus DELRIN herstellen, die eine Vielzahl von Funktionen in einem Bauteil kombinieren. Üblich sind beispielsweise mechanische Bauteile, die Zahnrad, Nocke, Lager- und Wellenfunktionen integrieren. Die Eigenschaften von DELRIN erlauben zudem schnelle Montagetechniken wie Schnappund Pressverbindungen, Kaltstauchen, Nieten, selbstschneidende Schrauben sowie Rotations-, Vibrationsund Ultraschweißen. Darüber hinaus kann DELRIN in attraktiven geometrischen Formen spritzgegossen werden, die mit Metallen und einigen Kunststoffen nicht realisierbar wären. Farben und Oberflächenstrukturen können direkt eingearbeitet werden. Die Oberflächen lassen sich jedoch auch nach der Verarbeitung lackieren, metallisieren oder bedrucken. Der Wegfall von Bauteilen, Montage- oder Nachbearbeitungsgängen durch den Einsatz von DELRIN kann zu beträchtlichen Kosteneinsparungen für die gesamte Baugruppe führen. Sowohl auf Kosten- als auch auf Leistungsbasis ersetzen DELRIN Polyacetal daher häufig Druckgußlegierungen, Kupfer und Blech. Der letztliche Erfolg eines jeden Kunststoffbauteils hängt in hohem Maße von der Konstruktion, der Qualität und den Kosten des Bauteils ab. Dies fordert nicht nur eine Optimierung der Werkstoffauswahl, sondern auch der Teilekonstruktion, Werkzeugauslegung, Verarbeitungstechnik und Produktionskontrolle. Dieses Handbuch enthält Informationen über das optimale Konstruieren mit DELRIN. Detaillierte Konstruktionshinweise enthält das Handbuch «Allgemeine Konstruktionsprinzipien für technische Kunststoffe von DuPont», Modul I. Verarbeitung DELRIN Polyacetal lassen sich mit folgenden Techniken verarbeiten: Spritzguß, Extrusion, Blasformen, Rotationsspritzgießen, Stanzen und spanende Bearbeitung. Die Kunststoffe eignen sich besonders für das Spritzgießverfahren. Die Oberflächenqualität von korrekt geformten Teilen aus DELRIN spiegelt die Oberflächengüte und Form des Werkzeugs wider; die Formschwindung kann geschätzt werden. Standard-Extrusionsmaschinen können verwendet werden, um die Kunststoffe in Stäbe, Tafeln, Platten und Rohre mit kleinem Durchmesser zu extrudieren. Extrudierte Halbzeuge aus DELRIN wie Stäbe und Platten werden aufgrund ihrer ausgezeichneten maschinentechnischen Bearbeitbarkeit und mechanischen Eigenschaften in umfangreichem Maße für die Bearbeitung von Kleinbauteilen, Steuerkurven und anderen Großbauteilen verwendet. Halbzeuge aus DELRIN lassen sich mit Standard- Messingwerkzeugen einfacher bearbeiten als Kupfer. Zusammensetzung DELRIN ist in vier Viskositäten erhältlich, um die Fließanforderungen einer breiten Palette von Endeinsätzen zu erfüllen. Spezialtypen sind für spezielle Kundenanforderungen verfügbar: Schlagzähmodifizierte und hochschlagzähe Typen. UV-e Typen. Reibungs- und verschleißarme Typen. Extrusionstypen. Eine Übersicht über alle verfügbaren Kunststoffe, einschließlich ihrer mechanischen und physikalischen Eigenschaften, finden Sie in der Broschüre «DELRIN Produkteinführung und Eigenschaften». Eigenschaften der meisten DELRIN Typen sind ebenso auf CAMPUS-Disketten verfügbar. 1

4 Standardwerkstoffe Typen Prozeß Eigenschaften Anwendungsbeispiele DELRIN 1 Spritzgießen DELRIN 1 ist ein unverstärktes, hochviskoses Polyacetal Technische Hochleistungsteile, z.b. Zahnräder, für Spritzgußverarbeitung. Gurtsysteme, Verbindungselemente. DELRIN 1P Spritzgießen DELRIN 1 ist ein unverstärktes, hochviskoses Polyacetal wie DELRIN 1. für Spritzgußverarbeitung mit verbesserter Verarbeitungsstabilität. Es erlaubt formbelagfreie Verarbeitung unter schwierigen Bedingungen (z.b. Heißkanalwerkzeuge). DELRIN 111P Spritzgießen DELRIN ist ein unverstärktes, hochviskoses, nukleiertes Kraftstoffsysteme, Räder, Zahnräder. Polyacetal für Spritzgußverarbeitung mit verbesserter Verarbeitungsstabilität. Es zeigt gleichmäßige Eigenschaften, geringen Verzug und weniger Fehlstellen. DELRIN 17 Spritzgießen DELRIN ist ein unverstärktes, hochviskoses, Skibindungen, Gurtsysteme. UV stabilisiertes Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. DELRIN 127UV Spritzgießen DELRIN 127UV ist ein unverstärktes, hochviskoses, Automobilteile mit maximaler UV-Beständigkeit. UV-stabilisiertes Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. Es hat ausgezeichnete UV- und Temperaturkeit und ist besonders für Automobil-innenteile geeignet. DELRIN 311DP Spritzgießen Mittlere Viscosität, Typ für kurze Spritzzyklen Automobil- und Industrieteile, Schnappverbindungen DELRIN 5 Spritzgießen DELRIN 5 ist ein unverstärktes, mittelviskoses Allgemeine mechanische Teile, Kraftstoffsysteme Standard-Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. für Automobile, Schnappverbindungen, Verbindungselemente, Zahnräder. DELRIN 5P Spritzgießen DELRIN 5P ist ein unverstärktes, mittelviskoses wie DELRIN 5. Polyacetal für Spritzgußverarbeitung mit verbesserter Verarbeitungsstabilität. DELRIN 57 Spritzgießen DELRIN 57 ist ein unverstärktes, mittelviskoses, Automobil- und Industrieteile. UV stabilisiertes Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. DELRIN 511P Spritzgießen DELRIN 511P ist ein unverstärktes, mitelviskoses, Kraftstoffsysteme, Federn, Förderbänder. nukleiertes Polyacetal für Spritzgußverarbeitung mit verbesserter Verarbeitungsstabilität. Es zeigt gleichmäßige Eigenschaften, geringen Verzug und weniger Fehlstellen. DELRIN 527UV Spritzgießen DELRIN 527UV ist ein unverstärktes, mittelviskoses, Automobilteile mit maximaler UV-Beständigkeit. UV-stabilisiertes Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. Es hat ausgezeichnete UV- und Temperaturkeit und ist besonders für Automobil-innenteile geeignet. DELRIN 9P Spritzgießen DELRIN 9P ist ein unverstärktes, niedrigviskoses Mehrfach-Werkzeuge und Teile mit dünnen Polyacetal für Spritzgußverarbeitung mit ausgezeichneten Querschnitten, z.b. Teile für Unterhaltungs- Fließeigenschaften und verbesserter Verarbeitungsstabilität. elektronik, Reißverschlüsse. DELRIN 911P Spritzgießen DELRIN 911P ist ein unverstärktes, niedrigviskoses, Aerosolventile, Filter, Mikrokomponenten. nukleiertes Polyacetal für Spritzgußverarbeitung mit verbesserter Verarbeitungsstabilität. Es zeigt gleichmäßige Eigenschaften, geringen Verzug und weniger Fehlstellen. DELRIN 927UV Spritzgießen DELRIN 927UV ist ein unverstärktes, niedrigviskoses, Lautsprechergitter. UV-stabilisiertes Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. Es hat ausgezeichnete UV- und Temperaturkeit und ist besonders für Automobil-innenteile geeignet. Extrusionstyp (separates Datenblatt erhältlich) Type Prozeß Eigenschaften Anwendungsbeispiele DELRIN DE731 Extrusion DELRIN DE731 ist ein unverstärktes, hochviskoses Extrudierte Stäbe und Platten für die Polyacetal für Extrusionsverarbeitung mit verbesserter Bearbeitung, Rohre und Tafeln. Verarbeitungsstabilität. 2

5 Spezialprodukte Schlagzähmodifizierte Werkstoffvarianten Typen Prozeß Eigenschaften Anwendungsbeispiele DELRIN 1ST Spritzgießen DELRIN 1ST ist ein unverstärktes, hochviskoses, Verbindungselemente, Verriegelungssysteme. hochschlagzähes Polyacetal für Spritzgußverarbeitung mit ausgezeichneter Bruchfestigkeit. DELRIN 1T Spritzgießen DELRIN 1T ist ein unverstärktes, hochviskoses, Verbindungselemente, Gurtsysteme, Zahnräder. schlagzähes Polyacetal für Spritzgußverarbeitung mit verbesserter Bruchfestigkeit. DELRIN 5T Spritzgießen DELRIN 5T ist ein unverstärktes, mittelviskoses, Verbindungselemente, Zahnräder. schlagzähes Polyacetal für Spritzgußverarbeitung mit verbesserter Bruchfestigkeit. Werkstoffvarianten mit geringer Reibung bzw. Verschleißverhalten (separate Datenblätter verfügbar) Typen Prozeß Eigenschaften Anwendungsbeispiele DELRIN 1AL Spritzgießen Verbessertes geschmiertes DELRIN 1. Allzwecktyp mit Anwendungen, die hohe Verschleißniedrigem Verschleiß/geringer Reibung. keit bzw. niedrigen Reibungskoeffizienten gegen Stahl, DELRIN oder andere Kunststoffe erfordern (geräuscharm). DELRIN 1KM Spritzgießen DELRIN 1KM ist ein 2% KEVLAR -faserverstärktes, Anwendungen, die hohe Verschleißhochviskoses Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. Es ist keit unter abrasiven Bedingungen erfordern. besonders für verschleißarme Anwendungen in agressiver Umgebung geeignet. DELRIN 5AL Spritzgießen DELRIN 5AL ist ein unverstärktes, mittelviskoses, Anwendungen, die hohe Verschleißgeschmiertes Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. Es ist keit bzw. niedrigen Reibungsbesonders für verschleißarme Anwendungen mit geringen koeffizienten gegen Stahl, DELRIN oder Reibwiderstand geeignet. andere Kunststoffe erfordern (geräuscharm). DELRIN 5CL Spritzgießen DELRIN 5CL ist ein unverstärktes, mittelviskoses, Zahnräder, Getriebezüge, Gleitvorrichtungen. geschmiertes Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. Es ist besonders für verschleißarme Anwendungen mit geringen Reibwiderstand gegen Metal geeignet. DELRIN 5SC Spritzgießen DELRIN 5SC ist ein mittelviskoses Polyacetal Silikon- Anwendungen, die niedrige Reibung gegen Masterbatch. Es wird eingesetzt für verschleißarme DELRIN oder andere Kunststoffe erfordern. Anwendungen mit geringen Reibwiderstand geeignet. DELRIN 52MP Spritzgießen DELRIN 52MP ist ein 2% TEFLON -TFE-feinpulvergefülltes, Anwendungen, die niedrigen Verschleiß bzw. mittelviskoses Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. Es ist niedrige Reibungswerte DELRIN oder andere besonders für verschleißarme Anwendungen mit geringen Kunststoffe erfordern. Reibwiderstand geeignet. DELRIN 5AF Spritzgießen DELRIN 5AF ist ein 2% TEFLON PTFE-faserverstärktes, Spezielle Gleitlager- und Verschleißmittelviskoses Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. Es ist anwendungen, Fördersysteme. besonders für verschleißarme Anwendungen mit geringen Reibwiderstand geeignet. DELRIN 9SP Spritzgießen DELRIN 9SP ist ein unverstärktes, niedrigviskoses, Audio/Videosysteme. Anwendungen, geschmiertes Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. Es ist die niedrigen Verschleiß bzw. niedrige besonders für verschleißarme Anwendungen mit geringen Reibungswerte gegen DELRIN oder andere Reibwiderstand gegen Metal geeignet. Kunststoffe erfordern. 3

6 Spezialprodukte Werkstoffvarianten für hohe Festigkeit (separate Datenblätter verfügbar) Typen Prozeß Eigenschaften Anwendungsbeispiele DELRIN 51GR Spritzgießen DELRIN 51GR ist ein 1% glasfaserverstärktes, Teile, die sehr hohe Festigkeit und Steifigkeit mittelviskoses Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. erfordern. DELRIN 525GR Spritzgießen DELRIN 525GR ist ein 25% glasfaserverstärktes, Teile, die sehr hohe Festigkeit und Steifigkeit mittelviskoses Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. erfordern. DELRIN 57 Spritzgießen DELRIN 57 ist ein 2% glasfaserverstärktes, Allgemeine technische Teile. mittelviskoses Polyacetal für Spritzgußverarbeitung. DELRIN 577 Spritzgießen DELRIN 577 BK ist ein 2% glasfaserverstärktes, Allgemeine technische Teile. mittelviskoses, UV stabilisiertes Polyacetal für Spritzgußverarbeitung, schwarz Eingefärbt. 4

7 2. Wertanalyse Konstruktionsvorteile Bei jeder Anwendung liegt der wirtschaftliche Anreiz für den Einsatz von DELRIN in der Differenz zwischen dem Gebrauchswert der vorhandenen Baugruppe und dem Gebrauchswert einer Konstruktionslösung aus DELRIN. Dieser Anreiz wird dann am größten sein, wenn multifunktionale Teile aus DELRIN einteilig und in großer Stückzahl gefertigt Baugruppen aus Druckgußlegierungen, Blech oder anderen Kunststoffen ersetzen. In vielen Fällen scheinen konstruktive Alternativen aus DELRIN vom mechanischen Standpunkt aus gleichermaßen durchführbar zu sein. Hier empfiehlt sich die Auswahl der Alternative, welche die niedrigsten Gesamtkosten in bezug auf Produktentwicklung, Werkzeugherstellung, Produktion, Montage und Bearbeitung verursacht. Eine Übersicht über kommerzielle Anwendungen schlägt folgende Konstruktionslösungen vor: Multifunktionelle Teile: Teile entfallen, die herkömmlich konstruierte Baugruppen erfordern. Bauteile aus DELRIN lassen sich unter Nutzung der speziellen Eigenschaften so konstruieren, daß Lager, Nocken, Zahnräder und integrierte Federn in einem Bauteil mit Eigenschmierung zusammengefaßt werden. Direkte Vorteile aufgrund der wegfallenden Teile sind reduzierte Kosten bei der Teileprüfung, Handhabung, Lagerhaltung, Montage usw. Einbaufertig direkt nach dem Entformen: Häufig entfallen Nachbearbeitungsgänge. Komplett fertige Teile aus DELRIN verlassen die Form, in Farbe und einsatzbereit. Gespritzte Details: Sehr präzise Gewinde und feine Details können ausgeformt werden. Ist das Produktionsvolumen groß, können die Kosten für Spezialwerkzeuge zur Herstellung von Gewindeformen geringer sein als bei einer maschinellen Bearbeitung. Einbaugruppe: Montagegänge können entfallen oder beschleunigt werden. Lassen sich Montagegänge durch die Herstellung einteiliger Formteile aus DELRIN nicht beseitigen, so erlaubt die Rückprallelastizität, Duktilität und Festigkeit von DELRIN schnelle Montagetechniken wie Schnapp- und Preßverbindungen, Kaltstauchen sowie Schweißen im Ultraschall-, Rotations- oder Vibrationsverfahren. Eigenschmierung: Wartungs- und Reparaturkosten können reduziert werden. Dank der Eigenschmierung von DELRIN Polyacetaln entfällt die bei Metallen oder anderen Kunststoffen erforderliche Schmierung auch während des Einsatzes. Eine höhere Lebensdauer der Teile beruht auf den guten Verschleißeigenschaften von DELRIN. Die niedrigen Reibungswerte erfordern reduzierte Antriebsenergien. Eine Verunreinigung durch Schmiermittel entfällt. Selbstschmierende Lager aus DELRIN können besonders sinnvoll sein, wenn keine Verunreinigung von Produkten auftreten darf (Nahrungsmittel, Förderbänder, Pharmazeutika und Textilmaschinen). Lösungsmittel- und Chemikalienkeit: Bei gelegentlichem oder zufälligem Kontakt mit Reinigungsoder Lösungsmitteln stellt die im Vergleich zu anderen Kunststoffen (Polycarbonat, modifiziertes PPO, ABS) hervorragende Beständigkeit von DELRIN gegen Lösungsmittel sicher, daß sie weder reißen noch erweichen. Reduziertes Gewicht: Gewichtseinsparungen sind gegenüber Metallkonstruktionen möglich. Das hohe Festigkeits-/ Gewichtsverhältnis von DELRIN erlaubt die Herstellung von festen, leichten Teilen, die das Gewicht der gesamten Baugruppe reduzieren. Fertigteile sind leichter zu handhaben und Versandkosten werden gesenkt. Reduzierter Geräuschpegel: Mechanische Geräusche, die durch Metallbauteile verursacht werden, lassen sich mit DELRIN beträchtlich reduzieren. Integrierte Farben: Vermeiden Sie das Lackieren von Teilen aus Metall, indem Sie vorgefärbte Kunststoffe verwenden und stellen Sie farbkodierte, leicht unterscheidbare Bauteile aus DELRIN her. Ersatz von Metall: Vermeiden Sie mit Metallen verbundene Korrosionsprobleme wie Rosten und Entzinken durch Bauteile aus DELRIN. Der Wartungsaufwand für Werkzeuge wird bei DELRIN bedeutend geringer sein als bei Druckgußlegierungen. Nahrungsmittelkontakt: Viele Anwendungen stehen in direktem Kontakt mit Nahrungsmitteln und Trinkwasser und erfordern ein Material, das die internationalen Vorschriften für Nahrungsmittelkontakt erfüllt. Eine große Vielfalt von Farbsystemen ist erhältlich, die für Nahrungsmittelkontakt zulässige Pigmente verwenden. Vorsicht: Verwenden Sie DELRIN nicht in medizinischen Anwendungen, die eine dauerhafte Implantation im menschlichen Körper vorsehen. Sonstige medizinische Anwendungen siehe «DuPont Medical Caution Statement» H-512. Kostenanalyse Spritzgießen und Montage Eine sorgfältige Prüfung der Anforderungen des Endproduktes für eine gegebene Anwendung wird klären, ob ein DELRIN Typ geeignet ist. Ist dies der Fall, sollten vorläufige Lösungen ausgearbeitet und ihre kommerzielle Durchführbarkeit geprüft werden. Die Kosten für den Endanwender spritzgegossener Formteile aus DELRIN entsprechen der Summe der Werkzeug-, Material-, Verarbeitungs- und Nachbearbeitungskosten. Somit sollte die für die Produktion ausgewählte Formteilgestaltung die gesamten Herstellungs- und Montagekosten für die geforderte Anzahl von Teilen auf ein Minimum reduzieren. Dieser Ansatz trägt dazu bei, überflüssige Gestaltungs- und Entwicklungsarbeiten an Konstruktionen zu vermeiden, die an sich kommerziell unattraktiv sind. Eine allgemeine Richtschnur für den Konstrukteur zur Reduzierung der Herstellungskosten: Gestaltung von Bauteilen mit dünnen, gleichmäßigen Wänden und Auswahl von Materialien, die in kurzen Zyklen mit hoher Produktivität verarbeitet werden können. 5

8 Anzahl der benötigten Teile jährlich während der angenommenen Lebensdauer des Werkzeugs Theoretisch optimale Anzahl an Formhöhlungen Geometrie des Spritzlings Toleranzen Art des Werkzeugs: 2 oder 3 Platten? Schieberwerkzeug? Kernzüge? Einlegeteile? Konstruktion und Kosten des zum Einsatz kommenden Spritzgießwerkzeugs Schmelzefluß max. Kanallänge Druckunterschiede zwischen den einzelnen Hohlformen Spritzgießmaschine Schließkraft pro Formnest Größe der Aufspannfläche Plastifizierleistung Einspritzvolumen maximales Schußgewicht Bild 2.1 Leitfaden für die Konstruktion eines Spritzgießwerkzeugs Anteil der Werkzeugkosten Der Anteil der Werkzeugkosten an den Gesamtkosten hängt in hohem Maße von dem Produktionsvolumen und der Zeitspanne ab, in der das Formteil unbrauchbar wird. Normale Werkzeuge amortisieren sich innerhalb von 1 3 Jahren, wobei mehrere Millionen Teile gefertigt werden. Da die Werkzeugkosten einen beträchtlichen Anteil an den Gesamtkosten haben, sollte die Konstruktion von Spritzgießwerkzeugen einem erfahrenen Werkzeugkonstrukteur überlassen werden. Es ist ratsam, diesen Werkzeugkonstrukteur bereits vor der endgültigen Fertigteilkonstruktion zu konsultieren, da selbst unwesentlich erscheinende Änderungen der Teilegeometrie starken Einfluß auf die Produktionskosten des Teiles haben können. Das Flußdiagramm (Bild 2.1) zeigt eine Übersicht über die Faktoren, die bei der Konstruktion von wirtschaftlichen Spritzgießwerkzeugen berücksichtigt werden müssen. Die Teilegeometrie, Toleranzen und Wandstärken sind weitere wichtige Aspekte und werden ausführlicher in Kapitel 5 erörtert. Unnötig enge Toleranzen können beispielsweise die Kosten extrem in die Höhe treiben. Anteil der Materialkosten Der Anteil der Materialkosten für fremdbezogene Teile aus DELRIN Polyacetal liegt in der Regel zwischen 4 und 6% der Gesamtkosten*. Wie bei den meisten anderen Kunststoffen hängt der Preis für DELRIN von der Bestellmenge und vom Materialtyp ab. Die Größe der Angüsse und Verteiler sollte durch eine korrekte Werkzeugauslegung auf ein Minimum reduziert werden, um unnötige Abfallmengen zu verhindern. Angüsse, Verteiler und Auswurfteile, die nicht zersetzt oder verunreinigt wurden, können je nach den Anforderungen regranuliert und mit Neumaterial vermischt werden. In den meisten Fällen kann bis zu 3% Mahlgut verwendet werden. In einigen Fällen können angußlose Werkzeuge erwogen werden, da sie Abfälle aus Angüssen und Verteilern ganz verhindern. Eine angemessene Qualitätskontrolle sollte direkt an den gefertigten Teilen durchgeführt werden, um den gesamten Wirkungsgrad der Verarbeitung zu verbessern und die Erzeugung von Mahlgut auf ein Minimum zu reduzieren. Kosten des Spritzgießverfahrens Die Materialkosten beim Formgebungsverfahren machen in der Regel 4-6% der Formteilkosten* aus. Der spezielle Wert hängt von der Maschinengröße, der Maschinenkapazität, dem Ausstoß und der stündlich produzierten Teilezahl ab. Die Größe der Spritzgießmaschine ist von Größe und Gewicht des Formteils, dem Jahresbedarf, der Werkzeuggröße und dem Verarbeitungszyklus abhängig. Die verschiedenen Aspekte der Konstruktion, die zu wirtschaftlichen Verarbeitungszyklen führen, finden Sie im «Konstruktionshandbuch Modul I». * Ohne Werkzeugkosten 6

9 Kosten für die Nachbehandlung Die meisten Teile aus DELRIN werden als komplette Fertigteile hergestellt. Manchmal ist es jedoch wünschenswert oder erforderlich, Montage- oder Nachbearbeitungsgänge sowie Oberflächenbehandlungen vorzunehmen. Informationen über Montagetechniken, dekorative Gestaltung und Bearbeitung finden Sie im «Konstruktionshandbuch Modul I». Obwohl keine Zahlen bezüglich der Kosten angegeben werden, hängen die Kosten für diese verschiedenen Arbeitsgänge vom Materialbedarf, von den Lohnkosten und der Produktionsrate ab. Sonstige Kosten Spezielle Verpackung und Handhabung von Formteilen oder kurze Verarbeitungszyklen können zusätzliche Kosten verursachen. Falls Dekorationen den Einsatz von speziellen Befestigungen oder Masken erfordern wie beim Siebdruck kann davon ausgegangen werden, daß diese Ausrüstung separat berechnet wird. Der Käufer der Teile würde sie ebenso amortisieren wie das Produktionswerkzeug. 7

10 3. Übersicht über die Eigenschaften Tabelle 3.1 Typische Eigenschaften von DELRIN Test- Niedrige Schlagzähmethode Hohe Viskosität Mittlere Viskosität Viskosität modifiziert Eigenschaft Prüfbedingungen ISO Einheit 1 1P 311DP 5 5P 9P 1ST 5T MECHANISCH Schmelze-Massenfließrate (MFR) (19/2,16) 23 C 1133 g/1 min 2,3 2, ,9 12 Streckspannung 1) 23 C 527-1/2 MPa C C C Streckdehnung 1) 23 C 527-1/2 % C C C Bruchdehnung 1) 23 C 527-1/2 % >1 55 Nominelle Bruchdehnung 1) 23 C 527-1/2 % >5 4 Zug-Modul 2) 23 C 527-1/2 GPa 3,1 3, 3,3 3,2 3,2 3,2 1,5 2,5 6 C 1,7 1,6 2, 1,9 1,9 1,5,5 1,2 9 C 1, 1, 1,3 1,1 1,1 1,,2,6 12 C,6,8,8,6,6,6,1,4 Zug-Kriech-Modul 1 h GPa 2,9 2,7 2,9 2,8 2,8 1,35 2,3 1 h 1,6 1,5 1,7 1,6 1,5,55 1,15 Biege-Modul 23 C 178 GPa 2,8 2,6 3,2 3, 3, 3, 1,35 2,3 7 C 1,5 1,4 1,6 1,5 1,3 1,4 1 C,9,8 1,1,9,8,8 12 C,7,6,8,7,6,6 Izod-Kerbschlagzähigkeit 23 C 18/1A kj/m C (1993) Charpy-Kerbschlagzähigkeit 23 C 179/1eA kj/m C (1993) THERMISCHE Formkeitstemperatur 1,8 MPa 75 C Schmelztemperatur, 1 C/min /-3 nach DSC C Vicat-Erweichungstemperatur 1 N 36 A5 C N 36 B Längenausdehnungs- 23 C-55 C / C 1,2 1,2 1,1 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 koeffizient 1) Testgeschwindigkeit 5 mm/min 2) Testgeschwindigkeit 1 mm/min 3) Getemperter Prüfkörper Bitte beachten Sie zu allen Angaben die Hersteller-Garantieerklärung auf der Rückseite dieser Broschüre. Fortsetzung Seite 1 9

11 Tabelle 3.1 Typische Eigenschaften von DELRIN (Fortsetzung) Test- Niedrige Schlagzähmethode Hohe Viskosität Mittlere Viskosität Viskosität modifiziert Eigenschaft Prüfbedingungen ISO Einheit 1 1P 311DP 5 5P 9P 1ST 5T ELEKTRISCH Spezifischer Durchgangswiderstand IEC 93 Ω cm >1 13 Spezifischer Oberflächenwiderstand IEC 93 Ω 1 15 > Relative Dielektrizitätszahl 1 Hz IEC 25 3,8 3,8 3,8 3,8 3,9 3,7 4,7 3,6 1 MHz IEC 25 3,6 3,8 3,7 3,7 4,5 Elektrische Festigkeit, kurzfristig IEC 243 MV/m Dielektrischer Verlustfaktor 1 Hz IEC MHz IEC Lichtbogenkeit ASTM s D 495 keine Spur keine Spur keine Spur keine Spur keine Spur keine Spur keine Spur keine Spur SONSTIGE Dichte 1183 g/cm 3 1,42 1,42 1,42 1,42 1,42 1,42 1,34 1,39 Brennbarkeit UL 94 HB HB HB HB HB HB HB HB Wasseraufnahme 62 % 24 Stunden Wasserlagerung,25,32,25,25,32,32,4,31 5% r.l., Gleichgewicht,22,3,25,22,3,3,35,2 Sättigung, Wasserlagerung,9 1,3,9,9 1,4 1,4,9,8 Härte, Rockwell 239 M92 M92 M92 M92 M92 M92 M58 M79 (R + M) R12 R12 M12 R12 R12 R12 R15 R117 Verarbeitungsschwindung, % ISO Probe 1) parallel (in Fließrichtung) 2,1 2,1 2, 2,1 2,1 2,1 1,3 1,8 normal (quer zu Fließrichtung) 1,9 1,9 1,9 2, 2, 2, 1,4 1,7 Chemikalienkeit Alle Kunststoffe wiesen eine hervorragende Beständigkeit gegen neutrale Chemikalien und eine breite Palette von Lösungsmitteln auf. 1) bei Formteilen ist die typische Schwindung höher (siehe Kapitel 5). Bitte beachten Sie zu allen Angaben die Hersteller-Garantieerklärung auf der Rückseite dieser Broschüre. 1

12 4. Materialdaten für die Fließanalyse Tabelle 4.1 enthält Informationen über thermische Eigenschaften, die für Fließanalysen-Simulationen von verschiedenen DELRIN Typen erforderlich sind. Zusätzliche Daten, darunter Viskositätskurven, sind von Ihrer örtlichen DuPont Niederlassung erhältlich. Tabelle 4.1 Materialdaten für die Fließanalyse 1 5 1P 1ST 5P 5T 57 9P Solid Dichte im festen Zustand (kg/m 3 ) Dichte im flüssigen Zustand (kg/m 3 ) Spezifische Wärme der Schmelze (J/kg C) Latente Schmelzwärme (kj/ kg) Untere Übergangstemperatur ( C) (No-flow-Temperatur) Obere Übergangstemperatur ( C) Erstarrungstemperatur ( C) Leitfähigkeit der Schmelze (W/m C),15,13,15,14,15,15 Empfohlene Schmelzetemperatur ( C) Empfohlene Werkzeugtemperatur ( C)

13 5. Dimensionierung 2,2 Einführung Im Vergleich zu anderen Kunststoffen zeichnen sich DELRIN Polyacetal über einen weiten Temperaturbereich unter Einwirkung von Feuchtigkeit, Schmiermitteln oder Lösungsmitteln durch eine gute Dimensionsstabilität aus. Aufgrund ihrer ausgezeichneten Kombination von Dimensionsstabilität und anderen Eigenschaften, darunter Ermüdungsfestigkeit und Zugfestigkeit, finden Sie einen weitverbreiteten Einsatz in der Industrie als Präzisions-Zahnräder, Lager, Gehäuse und ähnliche Bauteile. Sind enge Toleranzen gefordert, so müssen jedoch wie bei allen Konstruktionswerkstoffen Faktoren berücksichtigt werden, welche die Dimensionsstabilität von DELRIN beeinträchtigen. Formschwindung und Nachschwindung finden als natürliche Folge des Formgebungsprozesses statt. Sie beeinflussen die Toleranzen, die für Formteile erreicht werden können. Daten über diese Einflüsse werden in diesem Kapitel vorgelegt. Weitere Maßänderungen von Formteilen aus DELRIN beruhen auf Temperaturveränderungen oder Umgebungseinflüsse. Der Einfluß der Feuchtigkeit und der Temperatur wird hier dargelegt, während der Einfluß von Chemikalien und Kraftstoffen in Kapitel 7 erörtert wird. Formschwindung Die Formschwindung ist die Schwindung, die innerhalb von 24 Stunden nach der Herstellung eintritt. Sie wird als Differenz zwischen den Abmessungen der Formhöhlung und den Istmaßen des Teils definiert jeweils gemessen bei Raumtemperatur und beruht auf den unterschiedlichen spezifischen Volumina von DELRIN bei Kristallisations- und Raumtemperatur. Die typische Formschwindung von DELRIN liegt zwischen 1,8 und 2,2% mit Ausnahme der glasfaserverstärkten und hochschlagzähmodifizierten Typen (DELRIN 57, 577 und 1ST), die eine geringere Schwindung aufweisen. Die Formschwindung hängt ab von Faktoren, die die Kristallinität von DELRIN beeinflussen, darunter: Werkzeugtemperatur. Nachdruckzeit. Nachdruck. Darüber hinaus hängt die Schwindung zudem von der Teilegeometrie und dem Fließverhalten des Kunststoffes ab. Untersuchungen der Schwindung wurden mit mm großen Platten in Dicken von 1,5 bis 6 mm durchgeführt. Vier Schwindungswerte wurden gemessen: in Anschnittnähe und in Anschnittferne, parallel und senkrecht zur Fließrichtung. Bei den meisten DELRIN Typen wurde beobachtet, daß die Schwindung in Anschnittferne höher ist als in Anschnittnähe. Schwindung, % 2 1,8 1,6 1,4 1, Dicke, mm Bild 5.1 Durchschnittliche Schwindung für verschiedene DELRIN Typen; neben der Dicke hängt die Schwindung von der Gesamtkonstruktion des Teils und von den Verarbeitungsbedingungen ab Bild 5.1 zeigt die durchschnittliche Schwindung in Abhängigkeit der Dicke für verschiedene DELRIN Typen. Das DuPont Expertensystem CAMDO erlaubt detailliertere Vorhersagen über die Schwindung, einschließlich der Einflüsse der Verarbeitungsparameter wie Werkzeugtemperatur und Nachdruck. Solche Berechnungen erhalten Sie von Ihrer DuPont Niederlassung. Nachschwindung 1P, 5P Die Nachschwindung wird definiert als die Schwindung, die nach mehr als 24 Stunden nach der Herstellung stattfindet. Sie ist eine Folge der weiteren Kristallisation und Relaxation von Eigenspannungen, wenn der Kunststoff sich auf einen stabileren Ordnungszustand zubewegt. Dies beruht darauf, daß die Glasübergangstemperatur von DELRIN unterhalb der Raumtemperatur liegt. Die Nachschwindung bei Teilen aus DELRIN kann anhand von Bild 5.2 geschätzt werden. Teile, die mit der empfohlenen (9 C) oder einer höheren Werkzeugtemperatur hergestellt werden, weisen eine niedrige Nachschwindung auf. Dies garantiert eine gute Dimensionsstabilität über den Lebenszyklus des Teiles. Teile, die mit einem kalten Werkzeug (<8 C) gefertigt werden, weisen eine höhere Nachschwindung auf, da ein schnelles Erstarren DELRIN in einem instabilen kristallinen Ordnungszustand beläßt und zu einer stärkeren Rekristallisierung führt. Falls solche Teile aus DELRIN hohen Temperaturen ausgesetzt werden, führt die Rekristallisation zu einer hohen Nachschwindung. 5T 1ST Den wichtigen Einfluß der Teiledicke auf die Nachschwindung zeigt auch Bild 5.2. Dieser Einfluß muß sicherlich bei der Festlegung von Toleranzen und der Dimensionsstabilität berücksichtigt werden, die für ein Teil erforderlich ist

14 1,4 1,2 DELRIN 5 Dicke,8 mm 4 C Werkzeug Tempern empfiehlt sich ebenso als Testverfahren für das Einrichten von neuen Werkzeugen, um Nachschwindung und Eigenspannungen zu bewerten. Die Maßänderungen während des Temperns werden der endgültigen Maßänderung des Teils im Einsatz sehr nahekommen. Nachschwindung, % Nachschwindung, % Nachschwindung, % 1,,8,6,4,2 2 1,,8,6,4,2 2,7,6,5,4,3,2,1 2 3 DELRIN DELRIN 5 Wärmenachbehandlung 65 C Werkzeug 95 C Werkzeug 12 C Werkzeug getempert, alle Werkzeugtemperaturen Temperatur, C Dicke 1,6 mm 65 C Werkzeug 4 C Werkzeug 95 C Werkzeug 12 C Werkzeug Temperatur, C Dicke 3,2 mm getempert, alle Werkzeugtemperaturen 4 C Werkzeug 65 C Werkzeug 95 C Werkzeug 12 C Werkzeug getempert, alle Werkzeugtemperaturen Temperatur, C Einwirkungsdauer = 1 Stunden Bild 5.2 Nachschwindung in Luft bei 3 bis 15 C Tempern wird gelegentlich eingesetzt, um die Spannungsrelaxation und Dimensionsstabilisierung von Teilen zu beschleunigen. Es handelt sich um ein zusätzliches Verfahren und sollte nur eingesetzt werden, wenn Formteile sehr enge Toleranzen erfordern und über lange Zeiträume hohen Temperaturen ausgesetzt werden. 11 Wenn Maßgenauigkeit eine vorrangige Anforderung darstellt, sollte mit hohen Werkzeugtemperaturen (9-12 C) gearbeitet werden. Versuche, eine gute Dimensionsstabilität durch Tempern von Formteilen zu erreichen, die in einem Kaltkanalwerkzeug (<8 C) hergestellt wurden, führen zu hohen Nachschwindungen und können Spannungen während des Rückschrumpfungsprozesses (Rekristallisation) hervorrufen, die zu unkontrollierten Verformungen führen. Temperierverfahren Das Tempern sollte in Luft oder in inerten Mineralölen bei 16 ± 3 C über 3 Minuten + 5 Minuten pro mm Wandstärke erfolgen. Ein Überhitzen und Wärmestaus sind zu vermeiden. Die Teile sollten sich weder gegenseitig noch die Ofen-/Badwände berühren. Teile sind im Ofen zu belassen, bis sie langsam auf 8 C abkühlen. Ein zu Verformungen führendes Aufschichten oder Stapeln der Teile im heißen Zustand sollte verschoben werden, bis sie sich kühl anfühlen. Anhand dieses Verfahrens wurden die in Bild 5.2 aufgeführten Resultate erzielt. Sie erlauben die Einschätzung der endgültigen Maßänderungen, die ein Teil bei normalem Einsatz erfährt. Um Teile für einen Dauereinsatz bei hohen Temperaturen (< 9 C) auf einfache Weise zu stabilisieren, können sie 24 Stunden auf 9 C erhitzt werden. Die Nachschwindung von etwa,1 bis,2% wird dann auftreten, wenn sie in einem Werkzeug bei 9 C ± 1 C hergestellt worden sind. Maßtoleranzen Allgemeines Erfahrungen haben gezeigt, daß unter Berücksichtigung der Werkzeugabmessungen und der Prozeßschwankungen folgende Maßtoleranzen bei guter Verarbeitungspraktik erreichbar sind: Abmessungen bis zu 15 mm : ±,15% für Präzisions-Verarbeitung ±,3% für übliche Verarbeitung Abmessungen über 15 mm : ±,25% für Präzisions-Verarbeitung ±,4% für übliche Verarbeitung Werkzeuge Bei Mehrfachwerkzeugen sind die Fertigungstoleranzen wichtig. Sie beeinflussen direkt die Maßtoleranz des Formteils. Die Erfahrung zeigte beispielsweise folgendes: ein mit einer Toleranz von ±,1 mm gefertigtes Werkzeug von 3 mm führt bei Teilen aus verschiedenen Formhöhlungen bei einem einzigen Schuß zu einer maximalen Maßhaltigkeit von ±,3 bis,4 mm. 14

15 1,4 1,2 1, DELRIN 1, 5 Probendicke 3 mm 1% r.l. 1,4 1,2 1, DELRIN 1P, 5P, 9P Probendicke 3 mm Eintauchen in Wasser 1% r.l. % Längenzunahme,8,6,4 Eintauchen in Wasser 5% r.l. % r.l. % Längenzunahme,8,6,4 5% r.l. % r.l.,2,2, , Umgebungstemperatur, C Umgebungstemperatur, C Bild 5.3 Maßänderungen von DELRIN bei Schwankungen der Temperatur und des Feuchtegehaltes Bild 5.4 Maßänderungen von DELRIN bei Schwankungen der Temperatur und des Feuchtegehaltes Verarbeitungsbedingungen Formteile, die unter den im Verarbeitungshandbuch empfohlenen Bedingungen hergestellt werden (Anschnitt, Verteiler, Düse, Schnecke, Maschinenparameter), zeigen bei den Dimensionen geringe Abweichungen von Schuß zu Schuß. Jede Änderung der Maschinenparameter oder -bedingungen wird die Maße beeinflussen. Ein kälteres Werkzeug führt beispielsweise zu höherer Nachschwindung. Zu kurze Nachdruckzeiten verursachen ungleichmäßige Schwindung, Verformung und größere Abweichungen der Formteilmaße. Einfluß der Feuchtigkeit DELRIN absorbiert eine geringe Wassermenge, welches die Formteilmaße beeinflußt. Die Bilder 5.3 und 5.4 stellen die Beziehung zwischen Maßänderungen und Schwankungen des Feuchtegehaltes bei verschiedenen Temperaturen dar. Die Wasseraufnahme von DELRIN unter verschiedenen Bedingungen zeigt Bild 5.5. Wasseraufnahme, % 2, 1,5 1,,5 1 Dicke = 3 mm Eintauchen in Wasser 1 C DELRIN 1, 5 Eintauchen in Wasser 8 C Eintauchen in Wasser 6 C Eintauchen in Wasser 25 C 1% r.l., 25 C 83% r.l., 25 C 5% r.l., 25 C 12% r.l., 25 C Zeit, Tage Bild 5.5 Wasseraufnahme von DELRIN unter verschiedenen Bedingungen 15

16 6. Mechanische Eigenschaften Im Handbuch «Allgemeine Konstruktionsprinzipien Modul I», von DuPont wird beschrieben, wie die in diesem Kapitel erörterten Eigenschaften bei der Konstruktion von Formteilen zu nutzen sind. Definitionen Einige technische Definitionen sind besonders relevant für ein Grundverständnis des mechanischen Verhalten von Thermoplasten. Elastizität: Die Eigenschaft, eine unter äußerer Krafteinwirkung angenommene Deformation nach Entlastung wieder rückgängig zu machen. Plastizität: Verformbarkeit eines Materials, die nach Reduzierung der Beanspruchung eine bleibende Verformung ergibt. Proportionalitätsgrenze: Die Proportionalitätsgrenze der Elastizität ist die maximale Beanspruchung eines Materials ohne eine Abweichung der Proportionalität von Spannung und Dehnung (Hookesches Gesetz). Elastizitätsmodul (Biege-E-Modul): Der Biege-E-Modul eines auf Zug, Druck oder Biegung beanspruchten Materials ist das Verhältnis von Spannung und entsprechender Dehnung unterhalb der Proportionalitätsgrenze bei der entsprechenden Belastung. Die mechanischen Reaktionen von DELRIN auf kurzzeitige Belastungen zeigen die Bilder 6.1 bis 6.8. Das plastische Verhalten wird bei einer hohen Zugbeanspruchung und bei Dauerbelastungen wichtig. Es wird umso bedeutender, je mehr sich die Temperaturen dem Fließbereich des Materials annähern. Daten für das Verhalten von DELRIN in Luft unter Dauerbelastung bei verschiedenen Temperaturen werden in Bild 6.12 dargestellt. Ergänzende Daten für die Dauereinwirkung in Luft bei verschiedenen Temperaturen ohne Beanspruchung enthält Bild 7.2. Der Einfluß der Verarbeitungsbedingungen Wie bei anderen Thermoplasten, können die Eigenschaften von Formteilen aus DELRIN durch die Verarbeitungsbedingungen beeinflußt werden. Empfohlene Verarbeitungsbedingungen werden im Merkblatt TRD 3 «Präzisions-Spritzgießen mit DELRIN», von DuPont beschreiben. Zähigkeit und Ermüdungsfestigkeit können durch fehlerhafte Verarbeitungsbedingungen sehr stark beeinträchtigt werden. Aus diesem Grund sollte die Bewertung von Prototypen anhand von Proben durchgeführt werden, die in Testformhöhlungen unter Verarbeitungsbedingungen hergestellt worden sind, die den Produktionsbedingungen entsprechen. Streckspannung: Die Spannung, bei deren Überschreitung der Kunststoff zu fließen beginnt und keine weitere Last mehr aufnimmt. Zugfestigkeit: Die maximale Zugbeanspruchung einer Probe bei einem Zugversuch. Bei DELRIN entspricht die Zugfestigkeit in der Regel der Streckspannung. 8 2 C C 23 C Das mechanische Verhalten von Thermoplasten reicht von elastisch bis plastisch und ist abhängig von: Materialeigenschaften, Beanspruchung, Belastungszeit, Temperatur, chemischem Umfeld und zulässiger Rückstellzeit. 6 4 C 6 C Das elastische Verhalten dominiert, wenn bei einer speziellen Temperatur eine geringe Zugbeanspruchung stattfindet sowie bei kurzzeitigen Belastungen. Spannung, MPa 4 9 C Spannung, MPa DELRIN 5 DELRIN 5T DELRIN 1ST 2 12 C Dehnung, % Dehnung, % Bild 6.1 Typische Spannungs-/Dehnungskurve für 3 DELRIN Polyacetal (Dehnungsrate 5 mm/min) Bild 6.2 Spannung als Funktion der Dehnung für DELRIN 5 bei verschiedenen Temperaturen (Dehnungsrate 5 mm/min) 17

17 C C 23 C Fließspannung, MPa Bruchdehnung, % 4 C Spannung, MPa C 9 C, Testgeschwindigkeit, mm/s 1 1 Bild 6.5 Hochgeschwindigkeits-Zugprüfung bei Raumtemperatur von DELRIN 5. Angepaßt von C.J.G. Plummer et al., in Impact and Dynamic fracture of Polymers and Composites, 1995, Mechanical Engineering Publication, London, S: C Dehnung, % Bild 6.3 Spannung als Funktion der Dehnung für DELRIN 5T bei verschiedenen Temperaturen (Dehnungsrate 5 mm/min) 8 Kurzzeitige Belastung Spannungs-/Dehnungskurve Das typische Spannungs-/Dehnungsverhalten der drei wichtigsten DELRIN Produktfamilien wird in Bild 6.1 dargestellt. Die unmodifizierten DELRIN Typen zeigen eine höhere Festigkeit und Steifigkeit, während die schlagzäh- und hochschlagzähmodifizierten Typen eine höhere Dehnbarkeit aufweisen. Dies wird auch in den Bildern 6.2 bis 6.4 deutlich, welche die Temperaturabhängigkeit der Spannungs- /Dehnungskurve bis zu 1% Dehnung zeigen. Der Einfluß der Dehnungsrate auf das Zugverhalten von DELRIN 5 wird aus Bild 6.5 ersichtlich Spannung, MPa C C 23 C 4 C 6 C Spannung, MPa Druck Dehnung, % Zug DELRIN 1, C 12 C Bild 6.6 Spannungs-/Dehnungskurven für DELRIN unter Zug und Druck bei 23 C. Die Messungen erfolgten gemäß ISO 527 und ISO 64 mit spritzgegossenen Formteilen Dehnung, % Bild 6.4 Spannung als Funktion der Dehnung für DELRIN 1ST bei verschiedenen Temperaturen (Dehnungsrate 5 mm/min) Zug- und Druckbeanspruchung Bild 6.6 zeigt eine Spannungs-/Dehnungskurve für DELRIN sowohl bei Zug- als auch bei Druckbeanspruchung. Die Tests wurden bei 23 C und 1 mm/min durchgeführt. Diese Graphik zeigt, daß die Festigkeit unter Druck größer ist als unter Zug, während die E-Module gleich sind. 18

18 E-Modul, GPa DELRIN 5T Elastizitätsmodul DELRIN 5 DELRIN 1ST Temperatur, C Bild 6.7 E-Modul von DELRIN als Funktion der Temperatur (gemessen bei 5 mm/min) Der E-Modul von DELRIN wird in hohem Maße durch Änderungen der Umgebungstemperatur beeinflußt. Bild 6.7 zeigt die Schwankung des Zug-E-Moduls mit der Temperatur. Bei Raumtemperatur bleibt der Zug-E-Modul über einen weiten Bereich der Dehnungsrate konstant (,1 1 5 mm/s). Der Wert des Biege-E-Moduls ist geringfügig niedriger (etwa 5%). Torsionsmodul G', MPa 5 1,5 1,4 1,3 1,2 1 G' 1,1 1,9,8,7 1,6,5,4,3,2 1, Temperatur, C Bild 6.8 Torsions-Pendel-Diagramm von DELRIN 1 NC1 Schubmodul, Poisson-Zahl Wie die Festigkeit und der Zugmodul, variieren auch Scherfestigkeit und Schubmodul mit der Temperatur. Bild 6.8 zeigt den Torsionsmodul von 1 C bis zur Schmelzetemperatur. Die entsprechende Kurve des Dämpfungsfaktors zeigt keinen Übergang im typischen Betriebstemperaturbereich ( 5 bis 6 C). Bei isotropen Materialien ist der Schubmodul G theoretisch verknüpft mit dem E-Modul und der Poisson-Zahl ν: G = E/{2 (1 + ν)} Für DELRIN ist ν =,35, wobei die obige Gleichung nur eine Annäherung darstellt. Dämpfungsfaktor, Dauerbeanspruchung Außer der annähernden Linearität bei geringer Belastung und Anfangsbelastung weisen die Spannungs- /Dehnungskurven für DELRIN keine lineare Sektion auf. Erscheinungen wie «Kriechen» und «Relaxation» sind Folgen dieser Nichtlinearität. Kriechen wird als zeitabhängige Dehnung definiert, die der Beanspruchung folgt. Es kann unter Zug-, Druck-, Biege- oder Scherbeanspruchung stattfinden. Relaxation wird als eine Abnahme der Spannung definiert, die erforderlich ist, um eine konstante Dehnung über einen gegebenen Zeitraum aufrechtzuerhalten. Belastung in Luft Die Ergebnisse von Kriechprüfungen bei verschiedenen Lufttemperaturen und Beanspruchungsarten werden in den Bildern 6.9 bis 6.12 graphisch dargestellt. Daten in diesen Abbildungen können verwendet werden, um das Kriech- oder Relaxationsverhalten von Teilen aus DELRIN Polyacetal unter ähnlichen Belastungen vorherzusagen, indem der von spannungs-, temperatur- und zeitabhängige Modul (Kriechen oder Relaxation) in der entsprechenden technischen Gleichung ausgetauscht wird. Es wird vorgeschlagen, obige Daten in Verbindung mit Daten für unbelastetes DELRIN in Luft zu verwenden (siehe Text und Bild 7.2), um Konstruktionen und Prototypen aus DELRIN für Zwischenbedingungen zu berechnen, was Spannung, Temperatur und Zeit betrifft. Die Konstruktion sollte einer sorgfältigen Bewertung durch praxisnahe Versuche unterzogen werden. Spannungsniveau, MPa h 1 h 1 h 1 h 5 h 1 h 1 h extrapoliert DELRIN 1, 5,5 1, 1,5 2, 2,5 Gesamtdehnung, %, bei angegebener Spannung und Zeit Bild 6.9 Isochrone Spannungs-/Dehnungskurven von DELRIN unter Biegebelastung bei 23 C, Luft 19

19 15 1 Spannungsniveau, MPa h 1 h 1 h 1 h 1 h 5 h extrapoliert % von Anfangsspannung Dehnung,3%, 17 MPa,9%, 34 MPa 12,5% (Dehnungsgrenze), 69 MPa 5%, 66 MPa DELRIN 1, 5 DELRIN 1, 5,5 1, 1,5 2, 2,5 Gesamtdehnung, %, bei angegebener Spannung und Zeit 1,1, Stunden Bild 6.12 Zugspannungs-Relaxation von DELRIN unter konstanter Dehnungbei 23 C 1 Bild 6.1 Isochrone Spannungs-/Dehnungskurven von DELRIN unter Biegebelastung bei 45 C, Luft Spannungsniveau, MPa h Anmerkungen zu den Bildern 6.9 bis Teile, die mit den korrekten Kriech- oder Relaxationsmoduli und technischen Gleichungen konstruiert wurden, sind in bezug auf ihr Kriech- oder Relaxationsverhalten unterhalb der gewählten Zeit «t» überdimensioniert und oberhalb der Zeit «t» unterdimensioniert. Ihre Reaktion auf schnell wirkende und entfernte Kräfte wird jedoch nicht sehr stark beeinflußt, falls die Grenzen der «Belastungszeit» nicht überschritten werden. 2 Die Kriech- und Relaxationsgeschwindigkeit steigt mit höherem Spannungsniveau. 3 Extrapolationen der Daten in den Bildern auf höhere Spannungen und Temperaturen oder längere Zeiträume sollten nur dann vorgenommen werden, wenn die so erzielte Teilekonstruktion durch strengste Prüfungen verifiziert werden kann. 4 Um größte Genauigkeit zu erzielen, sollten Prototypen von Produktionsteilen mit den gleichen Methoden und unter den gleichen Bedingungen hergestellt werden, die für die Produktion vorgesehen sind. 1 h 1 h 1 h 1 h 5 h DELRIN 1, 5,5 1, 1,5 2, 2,5 Gesamtdehnung, %, bei angegebener Spannung und Zeit Bild 6.11 Isochrone Spannungs-/Dehnungskurven von DELRIN unter Biegebelastung bei 85 C, Luft Elastische Erholung nach zyklischer Dauerbelastung Im allgemeinen hängt der Erholungsgrad nach dem Aufhören der statischen Belastungen von folgenden Faktoren ab: Dauer der Belastung, Spannungsniveau unter Belastung, Temperatur und zulässige Erholungszeit sowie von den Umgebungseinflüssen. Entfällt eine Verformungskraft von 14 MPa, findet eine sofortige Erholung von etwa 4% statt, gefolgt von einer zeitabhängigen Erholung. Ermüdungsfestigkeit Wenn Materialien bei hohen Spannungsniveaus zyklisch auf Zug beansprucht werden, neigen sie zu einem Versagen bei Spannungsniveaus unterhalb ihrer maximalen Zugfestigkeit. Dieses Phänomen wird als «Ermüdungsbruch» bezeichnet. DELRIN Polyacetal weisen von 4 bis 8 C eine extrem hohe Beständigkeit gegen Ermüdungsbruch auf. Darüber hinaus wird ihre Ermüdungsfestigkeit durch Wasser, Lösungsmittel, neutrale Öle und Fette kaum beeinflußt. Seit der kommerziellen Einführung dieser Kunststoffe 196 bestätigen dies Erfahrungen sowohl in der Industrie als auch in Labors. Ermüdungsfestigkeitsdaten (in Luft) für spritzgegossene Prüfkörper aus DELRIN werden in den Bildern 6.13 und 6.14 gezeigt. Diese Daten wurden auf einem Sonntag-Tester ermittelt, indem die Prüfkörper mit einem konstanten Niveau und 18 Zyklen pro Minute (3 Hz) belastet wurden und die Zyklenzahl bis zum Bruch bei jeder Testbelastung beobachtet wurde. Schlagzähigkeit Die Schlagzähigkeit ist die Fähigkeit, einem plötzlichen Schlag eher zu widerstehen als einer langsam wirkenden Kraft. Es wurde noch kein generell gültiges Prüfverfahren entwickelt, das eine Voraussage der Schlagzähigkeit unter allen verschiedenen Bedingungen erlaubt, denen Kunststoffteile unterworfen sind. 2

20 Zyklen pro Minute 5 23 C 5 Spannung, MPa C 66 C Spannung, MPa C Zyklen bis zum Bruch Nur Zugbeanspruchung Wechselnde Zug- und Druckbeanspruchung Zyklen bis zum Bruch Bild 6.14 Biegeermüdungsfestigkeit von DELRIN 1 (ASTM D 671) bei 23 C, 5% r.l. Bild 6.13 Ermüdungsfestigkeit von DELRIN 5 bei 18 Zyklen pro Minute als Funktion der Temperatur (Luft) 2 Einige praxisnahe Versuche wurden entwickelt, um die Zähigkeit von verschiedenen Kunststoffen auf Vergleichswege zu messen. Darunter eignen sich die Charpy- und Izod-Kerbschlagzähigkeitsversuche gut für DELRIN, da sie eine Messung der Bruchenergie erlauben, selbst wenn die Kerbe ein äußerst künstliches Merkmal ist, das in einem tatsächlichen Formteil nicht vorkommt. Im Gegensatz zu vielen anderen technischen Kunststoffen bietet DELRIN den ungewöhnlichen Vorteil, seine hohe Zähigkeit bis zu sehr niedrigen Temperaturen zu beizubehalten siehe hierzu Bild Dies beruht sowohl auf seiner Kristallinität als auch auf seiner niedrigen Glasübergangstemperatur. Wie bei anderen Polymeren nimmt die Zähigkeit von DELRIN mit seinem Molekulargewicht und somit mit seiner Schmelzeviskosität zu. Bild 6.16 zeigt die unterschiedliche Kerbschlagzähigkeit der Standardtypen, und zwar von Typen mit niedrigster bis hin zu solchen mit höchster Viskosität. DELRIN 1 bietet die beste Schlagzähigkeit. Ist eine höhere Zähigkeit gefordert, sind schlagzähmodifizierte Typen verfügbar (DELRIN T und ST). Ihre Schlagzähigkeit ähnelt den besten schlagzähmodifizierten technischen Kunststofftypen. Diese Modifizierung reduziert den Modul. Bild 6.17 zeigt die Kerbschlagzähigkeit der verschiedenen schlagzähmodifizierten DELRIN Typen im Vergleich zu Standardtypen. Wie andere ähnliche Kunststoffe reagieren DELRIN Standardtypen empfindlich auf scharfe Ecken. Bild 6.18 zeigt den Einfluß des Krümmungsradius an einer eingeformten Kerbe auf die Schlagzähigkeit einer spritzgegossenen Probe: ein Ausrunden der spitzen Winkel auf Radien in der Größenordnung von,2 bis,5 mm kann die Schlagzähigkeit verdoppeln. Schlagzähigkeit, kj/m Temperatur, C Bild 6.15 Izod-Kerbschlagzähigkeit als Funktion der Temperatur für DELRIN 1 Schlagzähigkeit, kj/m DELRIN 9P DELRIN 5P DELRIN 311DP DELRIN 1P Bild 6.16 Charpy-Kerbschlagzähigkeit bei Raumtemperatur für Standardtypen von DELRIN. Die Typen mit der höchsten Viskosität weisen die höchste Schlagzähigkeit auf. 6 21