Werkstoffaufbau und Verarbeitung
Wie sich ein Kunststoff im Werkzeug verhält, hängt vor allem von seiner Morphologie ab. Sie bestimmt Schwindung, Werkzeugtemperatur und Zykluszeit.
Ungeordnete Molekülketten
- Erweichen über einen breiten Bereich oberhalb der Glasübergangstemperatur (Tg)
- Oft transparent (PC, PMMA, PS, PSU)
- Geringe, nahezu richtungsunabhängige Schwindung (0,3–0,8 %)
- Wenig Verzug, gute Maßhaltigkeit
- Spannungsrissempfindlicher
- Werkzeugtemperatur unterhalb Tg; einsatzfähig bis knapp unter Tg
Geordnete kristalline Bereiche
- Scharfer Schmelzpunkt (Tm), erstarren schnell
- Meist opak (PP, PA, POM, PBT)
- Hohe, richtungsabhängige Schwindung (1–3 %) und mehr Verzug
- Nachdruck bis zum Siegelpunkt besonders wichtig
- Gute Chemikalien- und Ermüdungsbeständigkeit
- Werkzeugtemperatur steuert den Kristallisationsgrad: zu kalt bedeutet Nachkristallisation und Maßänderung im Einsatz
Schwindung
Schwindung ist der Maßunterschied zwischen Werkzeug und Formteil bei Raumtemperatur. Man unterscheidet die Verarbeitungsschwindung (bis 24 h nach dem Spritzen) und die Nachschwindung (durch Nachkristallisation und Spannungsabbau, besonders bei teilkristallinen Werkstoffen und zu kalten Werkzeugen).
Höherer Nachdruck, längere Nachdruckzeit und dünnere Wände verringern die Schwindung. Höhere Werkzeugtemperatur erhöht sie bei teilkristallinen Werkstoffen, verringert aber die Nachschwindung.
Die Schwindungswerte im Wiki sind Orientierungswerte. Wanddicke, Nachdruck, Anschnittlage, Werkzeugtemperatur, Faserorientierung und Messzeitpunkt verändern das Ergebnis erheblich. Für die Werkzeugauslegung gelten die Herstellerangaben, ergänzt durch Füllsimulation oder Musterabmusterung.
Temperaturkennwerte
- Glasübergangstemperatur (Tg): Übergang vom glasartigen in den weichelastischen Zustand. Amorphe Werkstoffe sind nur unterhalb davon formstabil.
- Schmelztemperatur (Tm): Die kristallinen Bereiche schmelzen. Teilkristalline Werkstoffe bleiben bis in die Nähe von Tm formstabil, besonders wenn sie verstärkt sind.
- Wärmeformbeständigkeit (HDT): Temperatur, bei der ein Prüfstab unter definierter Biegespannung eine festgelegte Durchbiegung erreicht (ISO 75; A = 1,8 MPa, B = 0,45 MPa). Eine Kurzzeitprüfung zum Vergleichen von Werkstoffen.
- Dauergebrauchstemperatur (z. B. RTI nach UL 746B): Temperatur, die das Bauteil über lange Zeit aushält. Sie liegt meist deutlich unter HDT und Tm.
Füll- und Verstärkungsstoffe
- Glasfasern (GF) erhöhen Steifigkeit, Festigkeit und Wärmeformbeständigkeit. Die Schwindung sinkt in Faserrichtung stark, quer dazu weniger – das verursacht Verzug. Abrasiv: verschleißfeste Schnecke nötig.
- Kohlenstofffasern (CF): noch steifer und leichter, leitfähig, teuer.
- Glaskugeln (GB) und Mineralien (MD, Talkum): isotrope Schwindung, weniger Verzug, aber geringere Festigkeitssteigerung.
- Flammschutzmittel: oft temperaturempfindlich, engeres Verarbeitungsfenster.
Die Kurzzeichen folgen DIN EN ISO 1043, bei thermoplastischen Elastomeren DIN EN ISO 18064; Füllstoffe werden mit Gehalt in Masseprozent angehängt, z. B. PA66-GF30.
Hygroskopie und Hydrolyse
Hygroskopische Kunststoffe nehmen Wasser aus der Luft auf. Bei manchen führt die Feuchte nur zu Oberflächenfehlern (ABS, PMMA). Bei Polykondensaten wie PC, PET, PBT, PA, TPU und PLA reagiert das Wasser in der Schmelze mit den Molekülketten: Hydrolyse. Die Teile sehen oft einwandfrei aus, sind aber spröde. Details unter Trocknung.
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