Technische Kunststoffe wie PA66-GF30, glasfaserverstärktes PPS und PEEK werden zunehmend für anspruchsvolle Anwendungen in der Automobil-, Elektro-, Industrie- und Hochleistungsbranche eingesetzt.
Im Vergleich zu Standardkunststoffen wie ABS oder PP bieten diese Materialien hervorragende mechanische, thermische und dimensionale Eigenschaften. Sie stellen jedoch auch zusätzliche Herausforderungen an die Konstruktion von Spritzgießwerkzeugen und die Steuerung des Spritzgießprozesses dar.
Die Zugabe von Glasfasern verändert das Verhalten eines Thermoplasts beim Spritzgießen erheblich.
Das Material bietet verbesserte Eigenschaften in folgenden Bereichen:
Die Fasern beeinflussen jedoch auch das Fließverhalten der Schmelze, die Schwindung, die Oberflächenbeschaffenheit und den Werkzeugverschleiß.
Das Werkzeug muss daher auf das tatsächliche Material abgestimmt werden, anstatt einen glasfaserverstärkten Typ wie ein unverstärktes Harz zu behandeln.
Beim Einspritzen neigen Glasfasern dazu, sich entlang des Schmelzeflusses auszurichten.
Das bedeutet, dass die Schwindung in Fließrichtung und Querrichtung unterschiedlich sein kann.
Bei maßkritischen Bauteilen kann dies zu Folgendem führen:
Die Angusslage und die Füllrichtung sollten daher frühzeitig bei der Werkzeugkonstruktion berücksichtigt werden.
Hochleistungskunststoffe erfordern eine sorgfältige Konstruktion von Anguss und Verteilerkanälen.
Ziel ist eine stabile Füllung unter Vermeidung von übermäßigem Druck, Scherkräften und ungünstiger Faserorientierung.
Bei komplexen Bauteilen kann eine Moldflow-Analyse Ingenieuren dabei helfen, das Füllverhalten zu bewerten und verschiedene Angussanordnungen vor der Werkzeugherstellung zu vergleichen.
Glasfasern wirken abrasiv.
Bei wiederholten Spritzgießzyklen können glasfaserverstärkte Materialien den Verschleiß an folgenden Stellen erhöhen:
Für Serienwerkzeuge mit hohen erwarteten Schusszahlen sollten geeigneter Werkzeugstahl, Wärmebehandlungen und lokale verschleißfeste Lösungen in Betracht gezogen werden.
Materialien wie PA66-GF30, PPS und PEEK haben sehr unterschiedliche Verarbeitungsanforderungen.
Hochleistungspolymere erfordern unter Umständen deutlich höhere Werkzeugtemperaturen als herkömmliche Kunststoffe.
Das Werkzeugtemperiersystem muss daher auf das jeweilige Material und den Spritzgießprozess abgestimmt werden, anstatt für jedes Projekt eine Standard-Kühlanordnung zu verwenden.
Technische Kunststoffe werden häufig für Bauteile gewählt, die eine präzise Montage erfordern.
Die Wahl eines Hochleistungsmaterials garantiert jedoch nicht automatisch enge Toleranzen.
Die endgültigen Abmessungen können weiterhin beeinflusst werden durch:
Für kritische Maße sollten diese Faktoren im Rahmen der DFM überprüft und durch Werkzeugabmusterungen sowie Maßprüfungen verifiziert werden.
Wenn das Material selbst für die Funktion des Produkts entscheidend ist, lassen Prototypentests mit einem anderen Ersatzmaterial möglicherweise keine genauen Rückschlüsse auf das Serienverhalten zu.
Beispielsweise kann ein 3D-gedruckter oder aus ABS hergestellter Prototyp die grundlegende Geometrie überprüfen, aber das Schwindungs-, Steifigkeits- und Faserorientierungsverhalten eines spritzgegossenen PA66-GF30- oder PPS-Bauteils nicht vollständig abbilden.
Für kritische Anwendungen kann daher ein Prototyp-Spritzgießwerkzeug mit dem vorgesehenen Serienmaterial eine aussagekräftigere Validierung bieten.
Bevor mit dem Werkzeugbau für technische Kunststoffteile begonnen wird, sollten folgende Informationen geprüft werden:
Bauteilgeometrie → Materialtyp → Funktionsanforderungen → Kritische Toleranzen → Erwartetes Produktionsvolumen → Werkzeuglebensdauer → Werkzeugkonstruktion → Werkzeugabmusterung und Validierung
Die gemeinsame Berücksichtigung dieser Faktoren kann Werkzeugänderungen reduzieren und die Produktionsstabilität verbessern.
Das Spritzgießen von PA66-GF30, PPS, PEEK und anderen technischen Kunststoffen erfordert mehr als nur die Wahl der richtigen Verarbeitungstemperatur.
Das Materialverhalten sollte bereits bei der Bauteilkonstruktion, der Angusswahl, der Kühlungsauslegung, der Stahlauswahl und der Prozessvalidierung berücksichtigt werden.
MID Mould bietet kundenspezifischen Spritzgusswerkzeugbau und Spritzgießdienstleistungen für technische Kunststoffbauteile – von DFM und Moldflow-Analysen bis hin zu Werkzeugabmusterungen und Serienproduktion.
Wenn Sie ein Bauteil aus glasfaserverstärkten oder Hochleistungskunststoffen entwickeln, senden Sie uns Ihre Zeichnungen, den Materialtyp und die Projektanforderungen für eine Werkzeugbewertung.
