Beim Schaumspritzgießen setzen wir ein Treibmittel ein, um zu erreichen, dass der geschmolzene Thermoplast aufschäumt. Doch das bedeutet auch, dass wir im Vergleich zum Standardprozess ein paar wichtige Änderungen in der Verfahrenstechnik beachten müssen. In unserem Bericht erklären wir die Besonderheiten beim Thermoplast-Schaumspritzgießen.
Inhalt:
Grundsätzliches zum Thermoplast-Schaumspritzgießen
Das Spritzgießen mit Treibmitteln wird angewendet, um dickwandige Geometrien herzustellen und Einfallstellen zu vermeiden. Ein weiteres Ziel besteht oft darin, Gewicht einzusparen. Erhältlich sind Treibmittel als Pulver oder als Masterbatches. Ähnlich wie Farbpigmente werden sie dem Kunststoffgranulat in geringen Mengen beigemischt.
Die Wirkungsweise der Treibmittel ist mit Backpulver in Kuchenteig vergleichbar. So bewirken die Treibmittel, dass die Schmelze aufschäumt. Das geschieht dadurch, dass sich das Treibmittel thermisch in gasförmige Bestandteile zersetzt.
An der Fließfront bilden sich beim Einspritzen Gasblasen, die bei der abwälzenden Bewegung der Schmelze in Fließrichtung gedehnt werden. Auf diese Weise ergeben sich Silberschlieren auf der Oberfläche, die grob zum Ende des Fließweges hin ausgerichtet sind.
Merkmale des thermoplastischen Schaumspritzgießens
Verglichen mit dem standardmäßigen Spritzgießen macht es der Einsatz von Treibmitteln notwendig, dass wir verfahrenstechnisch einige wichtige Änderungen vornehmen:
Eine Verzögerung für das Dosieren einstellen
Um einen Abbau zu verhindern, müssen wir den Dosiervorgang hinauszögern, damit das Treibmittel den hohen Temperaturen nicht länger als nötig ausgesetzt ist.
Thermoplast-Schaum-Spritzgussteile haben oft dicke Wandstärken und machen dadurch entsprechend lange Kühlzeiten notwendig.
Das zersetzte Treibmittel im Zylinder der Schnecke kann unter Umständen entweichen, wobei das auch in Richtung Einfüllloch passieren kann. Stellen wir eine Verzögerungszeit ein, um mit dem Plastifiziervorgang bis kurz vor Ende der Kühlzeit abzuwarten, können wir erfahrungsgemäß bessere Schäumraten erzielen.
Hohe Einspritzgeschwindigkeiten wählen
Der Vorgang des Aufschäumens braucht seine Zeit. Setzt der Schäumvorgang erst dann richtig ein, wenn das Werkzeug schon gefüllt ist, sind die Oberflächen qualitativ besser. Denn die Gasblasen, die sich bilden, können nicht so groß werden, wenn sie schnell genug an die Wand des Werkzeugs gepresst werden.
Aus diesem Grund müssen wir die Einspritzgeschwindigkeiten höher wählen als im Standardverfahren.
Nachdruck vermeiden und auf geringen Füllgrad achten
Ist der Druck der Schmelze höher als der Schäumdruck, kann sich das Treibmittel nicht entfalten. Tritt die Wirkung zu spät ein, ist die Temperatur der Schmelze möglicherweise schon zu niedrig. Dadurch ist die Schmelze zu zäh, als dass der Schäumdruck sie noch aufblähen könnte.
Wenn wir einen hohen Schäumgrad und eine geringe Dichte erzielen wollen, darf der Füllvorgang auf keinen Fall vollständig sein. Gleichzeitig müssen wir aber einkalkulieren, dass es in der Natur der Sache liegt, dass die Oberflächen zum Ende des Fließwegs hin schlechter werden.
Bei einigen Anwendungen geht es in erster Linie darum, Einfallstellen zu reduzieren. In solchen Fällen arbeiten wir oft mit einem geringen Nachdruck. Denn das Treibmittel hat hier ja den Zweck, in einem bestimmten Bereich mit Einfallstellen Verbesserungen zu erzielen.
Kein Nachdruck meint in diesem Zusammenhang, dass verfahrenstechnisch kein Nachdruck im Formteil wirken darf.
Das lässt sich am besten dadurch erzielen, dass wir die Schnecke auf Anschlag fahren. Denn wenn sich die Schnecke beim Einspritzen in der vorderen Position befindet, muss sie mit einem hohen Nachdruck gehalten werden. Andernfalls würde die auftreibende Schmelze aus der Kavität zurückströmen.
Die Treibmittelmenge richtig dosieren
Als Faustregel gilt, dass der Anteil an Treibmitteln zwei bis fünf Prozent des Gesamtgewichts ausmachen sollte. Ein zu hoher Gehalt an Treibmitteln schraubt nur die Kosten in die Höhe, führt aber nicht unbedingt zu besseren Ergebnissen. Was die notwendige Menge betrifft, so ist mehr Treibmittel nicht gleichbedeutend mit mehr Druck.
Vielmehr müssen wir beachten, dass vor allem bei chemischen Treibmitteln die Zersetzung nicht nur dazu führt, dass Kohlendioxid bzw. Stickstoff freigesetzt wird. Die Treibmittelreste, die nicht gasförmig sind, lassen oft auch das Material unerwünscht verspröden.
Ab einer bestimmten Grenze haben zusätzliche Mengen an Treibmittel keinen positiven Effekt mehr. Im Unterschied dazu können kleinere Mengen die langen Kühlzeiten bei Thermoplast-Schaumspritzgussteilen verringern. Das ist dann der Fall, wenn die Schäumwirkung nur so ausgeprägt ist, dass sie die Schwindung gerade eben kompensiert.
Die Dosierung ermöglicht uns, den Prozess zu beschleunigen.
Wählen wir die Menge an Treibmitteln und die Kühlzeit jeweils an der unteren Grenze, kann schon eine leicht erhöhte Dosierung dazu führen, dass sich die Teile nach dem Entformen aufblähen.
Längere Kühlzeiten einplanen
Beim Thermoplast-Schaumspritzgießen sind die Kühlzeiten in aller Regel deutlich länger als beim Spritzguss ohne Treibmittel. Thermoplast-Schaum-Spritzgussteile sind in vielen Fällen dickwandiger. War die Kühlzeit zu kurz, kann der Druck im Inneren des Formteils das Teil nachträglich noch aufblähen.
Um die Kühlzeiten zu verkürzen, können wir die Thermoplast-Schaumspritzgussteile direkt nach dem Entformen in ein Wasserbad geben. Teilweise ist dafür eine Tauchvorrichtung notwendig. Denn wegen der geringeren Dichte schwimmen die Teile und würden deshalb nur einseitig gekühlt.
Die Alternative zu einer Tauchvorrichtung ist, das Wasser in Bewegung zu halten, indem zum Beispiel Druckluft in das Wasserband eingeleitet wird.
Nach der Kühlung im Wasserbad lassen sich die fertigen Teile problemlos trocknen. Dazu genügt, wenig Spülmittel ins Wasser zu geben. Das Spülmittel entspannt das Wasser, sodass es ohne Rückstände ablaufen kann.
Hier finden Sie noch eine Übersicht zu allgemeinen Spritzgussparametern
