Spritzgießen: Produktdesign

SBC-Rheologie

• Die Viskosität von SBC ist abhängig von der Scherung – höher bei niedrigen Schergeschwindigkeiten (wie beim Extrudieren) und niedriger bei hohen Schergeschwindigkeiten (wie beim Spritzgießen).
• SBC-Compounds zeigen in dünnerwandigen Werkzeugbereichen bei höheren Schergeschwindigkeiten eine erhöhte Fließfähigkeit.
• Die scherabhängige „Entzähung“ von SBC sollte beim Konstruieren von Spritzgießwerkzeugen und auch beim Einrichten der Verarbeitungsbedingungen für das Werkzeug berücksichtigt werden.

Die nachstehende Grafik illustriert die Auswirkung der Schergeschwindigkeit auf styrole TPE-Compounds von GLS (gemessen bei 200 °C).

Spezifische Viskositätsdaten finden Sie in den technischen Produktdatenblättern der jeweiligen Materialien.

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Allgemeine Konzepte

Beim Konstruieren von Formteilen aus TPE sind einige grundlegende Regeln zu beachten:

• Halten Sie die Wandstärke möglichst gleichmäßig. Übergänge von dicker- zu dünnerwandigen Bereichen sollten sanft verlaufen, um Fließprobleme, Rückfluss und Gaseinschlüsse zu vermeiden.
• Kernen Sie dickere Bereiche aus, um Schwindung, Gewicht und Zykluszeit zu minimieren.
• Runden Sie Ecken und Kanten ausreichend ab, um den Schmelzefluss zu fördern und ungefüllte oder fließtote Zone zu verhindern.
• Vermeiden Sie tiefe, blinde Taschen oder Rippen, die nicht entlüftet werden können.
• Vermeiden Sie zu dünne Bereiche, die auch mittels Druckluft nur schwer von den Kernen entformt werden können.
• Sorgen Sie in lang gestreckten Zonen für ausreichend Entformungsschräge, um das Auswerfen zu erleichtern.

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Fließweg und Wandstärke

Der maximal mögliche Fließweg hängt vom gewählten Material, von der Wandstärke des Formteils und von den Verarbeitungsbedingungen ab. Im allgemeinen fließen GLS-Compounds deutlich weiter in dünnwandigen Werkzeugbereichen als andere TPE.

Das Verhältnis von Fließweg zu Wandstärke sollte 200:1 nicht überschreiten, hängt jedoch vom Material und Produktdesign ab. Besonders leichtfließende TPE-Compounds von GLS, wie Versalloy®, sind bereits erfolgreich bis 400:1 verarbeitet worden.

Der Spiralfließtest bietet eine Vergleichsgröße für die Fließeigenschaften eines Materials im Werkzeug. Er wird durch Einspritzen in ein spiralförmiges Werkzeug durchgeführt, wobei die Spirale einem gewendelten Band ähnelt. Gemessen wird der erreichte Fließweg.

Für die nachstehenden typischen Resultate für GLS-Compounds wurde der Spiraltest bei zwei unterschiedlichen Einspritzgeschwindigkeiten durchgeführt, und zwar bei 3 und 5 Zoll pro Sekunde (76,2 und 127 mm/s).

Tabelle 1: Typische Fließweglängen von GLS-Compounds im Spiraltest*

*Spiralfließtests mit 1,6 mm dickem und 9,5 mm breitem Fließkanal bei 204 °C durchgeführt.

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Hinterschneidungen

Die biegsame und elastische Natur der TPE ermöglicht die Integration von Hinterschneidungen in das Produktdesign. Aufgrund ihrer ausgezeichneten Rückstellfähigkeit können GLS-Compounds problemlos gestreckt und verformt werden, um sich auch von tiefen Hinterschneidungen (wie im Bild unten) gut lösen.

Wenn sowohl innen- als außenliegende Hinterschneidungen vorhanden sind, müssen eventuell Schieber oder geteilte Kerne vorgesehen werden. Anwendungen mit internen Hinterschneidungen (wie birnenförmige Teile) können über ein Sitzventil im Kern von diesem abgeblasen werden. Durch die Deformation beim Auswerfen kann eine geringfügige bleibende Dehnung (3 bis 8 %) auftreten.

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Anschnittlage und Fließnaht

Der Produktingenieur sollte die „kosmetischen“ und die funktionsrelevanten Bereich des Formteils angeben und in der Konstruktionszeichnung ausweisen. Das hilft dem Werkzeugkonstrukteur, die zulässige Lage von Anschnitt und Fließnaht zu bestimmen.

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Anisotropie

• Thermoplastische Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften in und quer (90°) zur Fließrichtung werden als anisotrop bezeichnet.
• Zu den davon potenziell betroffenen Eigenschaften zählen Schwindung und Zugfestigkeit.
• Anisotropie tritt auf, wenn sich die Molekülketten in Fließrichtung orientieren, was bei einigen physikalische Eigenschaften in Fließrichtung höhere Werte ergibt.
• Einige Variablen, die die Anisotropie beeinflussen, sind Wandstärke, Einspritzgeschwindigkeit, Schmelze- und Werkzeugtemperatur.
• Je nach Verarbeitungsbedingungen und Werkzeugkonstruktion zeigen die meisten styrolen TPE von GLS eine gewisse Anisotropie.

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Schwindung

Aufgrund ihrer Anisotropie schwinden styrole TPE von GLS in Fließrichtung mehr als quer zur Fließrichtung. Bei SEBS-Compounds ist die Schwindung meist höher und die Anisotropie stärker ausgeprägt.

Typische Schwindungswerte für SEBS-basierte Compounds sind 1,3 bis 2,5 %, gegenüber 0,3 bis 0,5 % bei SBS-basierten Compounds. Weichere SEBS-Compounds (Shore A <30) schwinden mehr als härtere. Einige Typen, wie Dynaflex® G7700, G7800 und G7900 enthalten Füllstoffe, die das Schwinden reduzieren.

Die von GLS angegebenen Schwindungswerte werden an 3,175 mm dicken Plattenproben gemessen. Bitte beachten Sie, dass die Schwindung kein exaktes Maß, sondern eine Bandbreite von Werten ist, die von der Wandstärke des Formteils, von Schmelze- und Werkzeugtemperatur, Einspritzgeschwindigkeit, Nach- und Staudruck sowie von der Zeit zwischen dem Spritzgießen und dem Prüfen abhängt. Daher wird dringend empfohlen, die effektive Schwindung spezifischer Materialtypen bei Teilen mit eng tolerierten Abmessungen anhand von praxisnahen Prototypen zu quantifizieren.

Spezifische Schwindungswerte finden Sie in den jeweiligen technischen Produktdatenblättern.

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