Verarbeitung von spritzgegossenen Duroplasten

Beim Spritzgießen von Duroplasten wird das Polymer mithilfe einer Schnecke oder eines Kolbens durch einen beheizten Zylinder (59-120 °C) gedrückt, um die Viskosität zu verringern, und dann in eine beheizte Form (150-230 °C) gespritzt. Sobald das Material die Form füllt, wird es unter Druck gesetzt. Dabei kommt es zu einer chemischen Vernetzung, die das Polymer aushärtet. Das harte (d. h. ausgehärtete) Produkt kann im heißen Zustand aus der Form ausgeworfen werden und kann nicht erneut geformt oder eingeschmolzen werden.

Spritzgussgeräte verfügen über eine hydraulisch angetriebene Klemmvorrichtung zum Schließen der Form und eine Einspritzvorrichtung, die das Material befördern kann. Die meisten duroplastischen Kunststoffe werden in Granulat- oder Flockenform verwendet, die über einen Schwerkrafttrichter in die Schneckeneinspritzvorrichtung eingespeist werden können. Bei der Verarbeitung von Polyester-Masseformmasse (BMC) ist es wie ein"Brotteig"und mittels eines Förderkolbens wird das Material in die Gewinderille gepresst.

Mit diesem Verfahren verarbeitete Polymere sind (in der Reihenfolge ihrer Menge): Phenole, Polyester-BMCs, Melamin, Epoxide, Harnstoff-Formaldehyd-Kunststoffe, Vinylesterpolymere und Diallylphthalat (DAP).

Die meisten Duroplaste enthalten große Mengen an Füllstoffen (bis zu 70 % Gewichtsanteil), um die Kosten zu senken oder die Schrumpfung, Festigkeit oder besondere Eigenschaften zu verbessern. Zu den üblichen Füllstoffen zählen Glasfasern, Mineralfasern, Tone, Holzfasern und Ruß. Diese Füllstoffe können sehr abrasiv sein und hohe Viskositäten erzeugen, die von der Verarbeitungsanlage überwunden werden müssen.

wird bearbeitet

Sowohl Thermoplaste als auch Duroplaste verlieren beim Erhitzen an Viskosität. Die Viskosität von Duroplasten nimmt jedoch aufgrund chemischer Vernetzungsreaktionen mit der Zeit und der Temperatur zu. Das kombinierte Ergebnis dieser Effekte ist eine U-förmige Viskositätskurve über Zeit und Temperatur. Ziel des Duroplast-Spritzgusses ist es, den Formfüllvorgang im Bereich mit der niedrigsten Viskosität abzuschließen, da der zum Formen des Materials in die Form erforderliche Druck am geringsten ist. Dies trägt auch dazu bei, Schäden an den Fasern im Polymer zu minimieren.

Beim Spritzgussverfahren wird das Material mithilfe einer Schnecke durch einen beheizten Zylinder befördert, in dem Wasser oder Öl in einer Ummantelung um den Zylinder zirkuliert. Die Schnecke kann für jeden Materialtyp ausgelegt und leicht zusammengedrückt werden, um Luft zu entfernen und das Material zu erhitzen, damit eine niedrige Viskosität erreicht wird. Die meisten duroplastischen Materialien fließen hier recht gut.

Um das Material in die Form zu bringen, muss die Schneckenrotation gestoppt und die Schnecke mit hoher Geschwindigkeit und hydraulischem Druck nach vorne gedrückt werden, um das plastifizierte, niedrigviskose Material in die Form zu pressen. Dieser schnelle Fluss erfordert das Füllen der Formhöhle in 0,5 Sekunden und der Druck muss 193 MPa erreichen. Sobald die Formhöhle gefüllt ist, erzeugt der Hochgeschwindigkeitsfluss des Materials größere Reibungswärme, um die chemische Reaktion zu beschleunigen.

Sobald die Formhöhle gefüllt ist, fällt der Einspritzdruck auf einen Haltedruck von 34,5–68,9 MPa. Dieser Haltedruck wird 5–10 Sekunden lang auf das Material ausgeübt, dann wird der Druck abgelassen und die nächste Plastifizierungsphase beginnt.

Das Material wird in der heißen Form belassen, bis es aushärtet. Anschließend wird die Klemmvorrichtung geöffnet, um das Produkt auszuwerfen. Das Produkt kann beim Auswerfen noch leicht ungehärtet und etwas weich sein. Die endgültige Aushärtung erfolgt innerhalb von 1 bis 2 Minuten nach der Entnahme durch die im Produkt gespeicherte Wärme. Der gesamte Produktionszyklus von duroplastischen Produkten beträgt 10 bis 120 Sekunden, abhängig von der Dicke des Produkts und der Art der Rohstoffe.

Um die Qualität und Reproduzierbarkeit des Produkts zu verbessern, werden viele verschiedene und spezialisierte Technologien eingesetzt. Da einige duroplastische Polymere beim Erhitzen Gase erzeugen, wird nach dem teilweisen Füllen der Form häufig ein Entleerungsvorgang durchgeführt. In diesem Schritt wird die Form leicht geöffnet, damit das Gas entweichen kann, und dann schnell wieder geschlossen, um das restliche Material einzuspritzen.

Spritzguss bietet höhere Festigkeit, bessere Maßkontrolle und verbesserte Oberflächenbeschaffenheit (Erscheinungsbild), was durch die Verwendung einer Form mit teleskopischer Membranhöhle und Membrankern erreicht wird. Die Form kann während des Spritzvorgangs 1/8-1/2 Zoll geöffnet und dann schnell komprimiert werden, genau wie die geschlossene Form.

Integrale Formmassen aus Glasfaser, Füllstoff und ungesättigtem Polyesterharz können mit zusätzlicher Spezialausrüstung an der Maschine ausgestattet werden, um das Spritzgießen abzuschließen. Ein Kolbenförderer ist mit dem Zylinder verbunden, um die Zufuhr zu erzwingen, und kann dann auf zwei verschiedene Arten betrieben werden. Eine hat eine traditionelle hin- und hergehende Schraube, die das Material vorwärts drückt, während es gemischt und erhitzt wird. Dies erfordert ein Rückschlagventil am Ende der Schraube. Verhindern Sie, dass das Material auf das Schraubengewinde zurückfließt, da die Viskosität des Materials sehr niedrig ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Kolben oder Kolben zu verwenden, um das Material in die Formhöhle zu drücken. Der Kolben wird häufig für Materialien verwendet, die mehr als 22 % Glasfaser nach Gewicht enthalten, da er die Fasern weniger schädigt und auch eine höhere Festigkeit erreichen kann.

Ein weiteres Verfahren, das erstmals für das Formen von duroplastischen Kunststoffen verwendet wurde, ist das Formpressen und das Transferformen. Im Vergleich dazu sind die Vor- und Nachteile des Spritzgießens wie folgt:

Die Vorteile des Spritzgießens gegenüber dem Kompressionsformen sind: schnellerer Formzyklus (2- bis 3-mal), Prozessautomatisierung, weniger Produktwechsel, geringere Arbeitskosten und hohe Produktionskapazität.

Die Nachteile des Spritzgießens im Vergleich zum Formpressen sind: höhere Investitionen in Ausrüstung und Formen; durch Formpressen können eine höhere Produktfestigkeit und eine bessere Oberflächenbeschaffenheit erreicht werden.

Die Vorteile des Druckgusses liegen grundsätzlich zwischen denen des Spritzgusses und des Formpressens.

Ausrüstung

Wichtige Faktoren bei der Auswahl der Ausrüstung für das Spritzgießen von Duroplasten sind: Kapazität der Formspannvorrichtung und Spritzgusskapazität, Steuersystem und Zylindertemperatur.

Die Auswahl der Formklemmvorrichtung mit Schließdruck in Tonnen sollte auf der ermittelten projizierten Formfläche des Produkts und des Fließkanals basieren. Die erforderliche Tonnage kann je nach Komplexität des geformten Produkts und den verwendeten Rohstoffen 1,5 bis 5 t/in2 betragen. Die Größe der Ausrüstung liegt zwischen 30 und 3.000 t, und die gängigsten Ausrüstungen liegen zwischen 100 und 600 t. Die Dicke der Stahlplatte und die Steifigkeit der Maschine sind sehr wichtig. Minimieren Sie die Biegeverformung während des Einspritzens, da dies das Entfernen des Überlaufs erschwert.

Die Einspritzleistung der Maschine muss anhand des zum Füllen der Form erforderlichen maximalen Einspritzdrucks und des Materialvolumens im Hohlraum und im Fließkanalsystem analysiert werden. Der erforderliche Einspritzdruck reicht von 96,5 MPa für Polyester-Integralformmassen bis zu 207 MPa für einige spezielle Phenolkunststoffe. Die Einspritzleistung der Maschine wird häufig durch das theoretische Volumen angegeben (die eingespritzte Fläche der Schnecke oder des Kolbens multipliziert mit seinem Hub).

Im Allgemeinen wird die Kapazität der Anlage durch 85 % des Produktvolumens bestimmt, das die Anlage produzieren kann. Wenn die Anlage durch die Produktionskapazität von Polystyrol angegeben wird, muss der Dichteunterschied zwischen diesem und Duroplasten bei der Bestimmung der Produktionskapazität nach Teilegewicht berücksichtigt werden.

Das derzeit gängige Steuerungssystem ist eine Computersteuerung, mit der die Einspritzgeschwindigkeit und die Spannvorrichtungslast ausgewählt werden können. Das Prozessbetriebsprogramm, die Bewegung des seitlichen Formkerns zur Form, der Arbeitszyklus der Auswerfervorrichtung und die Steuerung der Zylinder- und Formtemperatur. Die Methode zum Einstellen und Aufzeichnen der Zufuhr einer bestimmten Form und bestimmter Rohstoffe in der richtigen Reihenfolge ist äußerst wertvoll. Weil es im Prozess eine große Anzahl von Variablen gibt.

Die Zylindertemperatur wird durch heißes Wasser geregelt, das durch den Mantel fließt, der den Zylinder umgibt. Die Regelung der Formtemperatur erfolgt am häufigsten durch steckbare Heizgeräte, kann aber auch durch Dampf oder zirkulierendes heißes Öl erfolgen.

Um gleichmäßige Produkte zu erhalten, ist eine gut kontrollierbare Formtemperatur von größter Bedeutung.

Zu den üblichen Ausstattungsoptionen gehören Zuführungen für Integralformmassen, Schnellwechsel-Formsysteme, Hydraulikflüssigkeitsbehälter für schnelles Einspritzen, an das Hydrauliksystem angeschlossene Seitenkerne zum Gleiten der Form, Roboter-Aufnahmesysteme und Luftdüsen zum Entfernen von Graten, die während jedes Formzyklus entstehen.

Aufgrund der niedrigen Viskosität des Polymers bildet es an der Trennlinie einen dünnen Film, sodass die fertigen Duroplaste häufig zugeschnitten werden müssen, um Grate zu entfernen. Das Entfernen von Graten bei Formteilen erfolgt häufig durch Rollen der Teile oder durch Führen durch ein Gerät, wo Kunststoffpellets mit hoher Geschwindigkeit die spröde Grateschicht abschlagen.

Anwendungen

Zu den Hauptmärkten für im Spritzgussverfahren hergestellte Duroplaste zählen:

Automobilindustrie: Motorteile, Scheinwerferreflektoren und Bremsteile.

Elektroindustrie: Leistungsschalter, Schaltergehäuse und Spulenkörper.

Haushaltsgeräte: Brotbackplatten, Kaffeemaschinensockel, Motorkommutatoren, Motorgehäuse und Müllschluckergehäuse.

Sonstiges: Gehäuse für Elektrowerkzeuge, Lampengehäuse, Gasdurchflussmesser und Geschirr.