Kunststoffverarbeitung

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1 Kunststoffverarbeitung Vorteile Formgebung bei niedrige Temperaturen Niedrige Umformkräfte Komplexe Geometrien in einem Arbeitsschritt Einfache Integration von Zusatzelementen (z.b. Metalleinleger) Nachteile Komplexe Werkzeuge notwendig Hohe Anfangsinvestition Nur Massenproduktion bringt Kostenvorteil Temperaturempfindliche Prozessführung Vernetzungsprozess NIME, BKR; Folie 77

2 Verarbeitungskennwerte Schüttdichte Art der Verarbeitung der Formmasse Viskosität Fliessfähigkeit der Schmelze Molekularmasse Viskosität Kunststoffrohmasse/Vol umeneinheit Schmelzindex beachten TG Temperatur NIME, BKR; Folie 78

3 Schmelzindex Schmelzindex MFI E: Melt Flow Rate (MFR) Volumen-Fließindex MVI E: Melt Volume Rate (MVR) Meßprinzip Extrusion von aufgeschmolzenem Probematerial Bestimmung des Massen- bzw. Volumenstroms als Funktion der Zeit NIME, BKR; Folie 79

4 Thermoplaste amorpher TP teilkristalliner TP ZT ZT schmelzflüssig Spritzgießen schmelzflüssig ST Schweißen ST plastisch fließbar thermoelastisch Pressen, Extrudieren, Walzen von Formmassen plastisch fließbar Warmumformen von Halbzeug biegeelastisch, zäh kalt verstrecken GT fest, glashart KST Kaltumformen (spanabnehmende Bearbeitung) GT spröde spröde Gebrauchsbereich NIME, BKR; Folie 80

5 Thermoplaste Verarbeitung in der Schmelze Spritzgießen Extrudieren Warmformgebung Probleme Visko-Elastizität Memory-Effekte Thermische Schädigung Schwindungsverhalten NIME, BKR; Folie 81

6 Vernetzte Polymere Verarbeitung im unvernetzten Zustand Zeitfenster beachten!! primär gebundene Atome weisen kürzere Atomabstände auf als ungebundene bzw. sekundär gebundene spez. Volumen Aushärtung während/nach Verarbeitung plastisch fest merkliche Volumenabnahme (Schrumpfmaß bis zu 10 Vol.-%) ungleichmäßige Vernetzung bringt Eigenspannungen und Verzug t gel Aushärtungszeit NIME, BKR; Folie 82

7 Extruder Einfüllung (Granulat) Kühlung Matrize Heizung Schnecke Einzug Umwandlung Ausstoß Plastifizierextruder NIME, BKR; Folie 83

8 Extrudieren Anwendung Veredlung von Granulat Einmischung von Zusatzstoffen Entgasung Matrize Halbzeugherstellung Platten Rohre Profile... Problem Maßhaltigkeit Extrudiertes Strangprofil NIME, BKR; Folie 84

9 Spritzgießen freie Verschiebbarkeit der Makromoleküle im Schmelzbereich ermöglicht die Herstellung von komplexen rzeugnissen NIME, BKR; Folie 85

10 Spritzgießen Nachdruck reduziert Schwindung im Werkzeug Probleme: exakte Formfüllung durch auftretende Schwindung schwierig Druck Diskontinuierlicher Extrusionsprozess Verdichten Erstarren Füllen exaktes Einhalten der optimalen Schmelztemperatur notwendig: T zu niedrig: hohe Viskosität T zu hoch: Kettenzerstörung) Nachdruck Form öffnen Zeit NIME, BKR; Folie 86

11 Spritzgussmaschine Forminnendruck (PFx) hydr. Spritzdruck (PHx) spez. Spritzdruck NIME, BKR; Folie 87

12 Spritzgießen Hohe Werkzeugkosten Hohe Integrationsdichte Geeignet für Massenproduktion Metallisches Einlegeteil Schrumpfrisse NIME, BKR; Folie 88

13 Gefügeausbildung Werkzeug erstarrte Randschicht fließende Schmelze Schmelzfront NIME, BKR; Folie 89

14 Gestaltungshinweise Elastomer/Duromer plastifizierte Masse darf nicht vorzeitig aushärten sehr viel genauere Temperaturführung erforderlich Zylinder wird generell auf einem niedrigeren Temperaturniveau als die Form, in der die Aushärtung stattfinden soll, gehalten Kühlung im Düsenbereich Spritzen von Glasfaserverstärkung Schädigung (Zerbrechen) der Glasfasern vermeiden enge Fließquerschnitte vermeiden NIME, BKR; Folie 90

15 Gießen Duromere (Harzsysteme + Härter) Ausgangsprodukt sind Harzsysteme, die bei der Vernetzung keine niedermolekularen Nebenprodukte abspalten: polymerisierende Polyester (UP) polyaddierende Epoxidharze (EP) Vorteile niedrige Viskosität der Vorprodukte bedingt gutes Formfüllungsvermögen EP-Harze besitzen besseres Haftvermögens und geringere Schrumpfungsneigung Probleme: Viskosität der Harzmasse, Vernetzungswärme, Volumenschrumpfung NIME, BKR; Folie 91

16 Kalandrieren Elastomere und Thermoplaste Walzen einer Rohmasse (Urformen) Dublieren Zusammenfügen von Folien zur Herstellung stärkerer Folien Kaschieren Zusammenfügen von artfremden Folien NIME, BKR; Folie 92

17 Schäumen Physikalisch niedrigsiedenden Komponente: Pentan, Hexan, FCKW) exotherme Reaktion (FCKW bzw. teilhalogenierte TM für PUSchaum) chemisch Thermisch aktivierte Zersetzung führt zur Gasbildung (Kohlendioxid oder Stickstoff) höhere Temperaturen erforderlich NIME, BKR; Folie 93

18 Schäume Styroporverfahren Treibmittelbeladung von PS-Perlen während der Polymerisation treibmittelhaltige PS-Perlen werden bei 110 C zu PS-Hohlkugeln vorgebläht vorgeblähten PS-Kugeln in einer Form bis 120 C erhitzt Formfüllung durch Expansion NIME, BKR; Folie 94

19 Integralschäume Harter Rand Weicher Kern Gezielte Kühlung am Rand Metallische Verbundstruktur NIME, BKR; Folie 95

20 Pressen vorgewärmter Preßstempel Duromere (Preßmasse = Harz + Füllstoff + Zusätze) Preßtemperatur: C Preßdruck: bar Preßmasse Härtedauer: s je mm Wanddicke Preßkolben Preßteil NIME, BKR; Folie 96

21 Umformen Nur Thermoplaste!! Verformbarkeit durch Viskosität bedingt Kaltformgebung (Memory Effekt) Warmformgebung: Amorphe TP: T>TG Teilkristalline TP: T> TKST NIME, BKR; Folie 97

22 Blasformgebung Aufblasen eines extrudierten Schlauchs oder Rohlings NIME, BKR; Folie 98

23 Zerspanen Herstellung von Formteilen geringer Stückzahl oder hoher Maßgenauigkeit Weiterbearbeitung von Halbzeug z. B. im Apparate- und Rohrleitungsbau. Einschränkungen durch: thermische Empfindlichkeit niedrige thermische Leitfähigkeit thermischer Ausdehnungskoeffizient niedrige E-Modul viskoelastisches Verhalten NIME, BKR; Folie 99

24 Schweißen Nur gleichartige Thermoplaste Bildung zwischenmolekularer Sekundärbindungen und Verhakungen Nachteile Festigkeit der Schweißnaht ca. 40 bis max. 80% der Grundfestigkeit: unvollständige Durchmischung der Makromoleküle in der Fügezone Zersetzungsprodukte, flüchtige Verunreinigungen bzw. Zusätze oder eingeschlossene Luft bildet Poren Einfallstellen im Schweißzusatzmaterial Eigenspannungen und Kerbwirkungen NIME, BKR; Folie 100

25 Kleben Fügen auch sehr großflächiger Teile möglich verschiedene Kunststoffsorten können verbunden werden keine Wärmeeinwirkung Haftfestigkeit Adhäsion + Kohäsion Adhäsion Klebeschicht Kohäsion NIME, BKR; Folie 101

26 Kleben Gut: amorphe TP (PS, PVC, PMMA, PC), Duroplaste (PF, UP, EP). Mäßig: PVC-weich, Elastomere, Polyurethane und Polyamid. Schlecht: unpolare teilkristalline TP (PE, PP, POM und PTFE) sowie Silikone NIME, BKR; Folie 102