5 Typische Kunststoffverarbeitungsverfahren Flashcards
(65 cards)
1
Q
Was sind die beiden mengenmäßigen wichtigsten Urformverfahren für thermoplastische Kunststoffe ?
A
Spritzgießen (diskontinuirlich)
Extrusionsverfahren (kontinuirlich)
2
Q
Extrusionsanlage Bestandsteile
A
- Materialzuführung und Dosierung
- Extruder
- Schmelzpumpe
- Werkzeug
- Kalibriervorrichtung
- Beschnitt
- Wickler
3
Q
was sind die gebräuchlichsten extrusionsverfahren
A
- Flachfolienextrusion ( Folien und Platten)
- Blasfolienextrusion ( Folien)
- Profil,- Rohrextrusion ( Profile und ROhre)
- Faserspinnen (fasern und Textilien)
3
Q
wozu dient das extrusionsverefahren
A
zur herstellung 2 dimensionaler halbzeuge wie platten, folien, kabeln, rohren
4
Q
was gibt es für Extruderarten?
A
- Einschneckenextruder (verarbeitung von halbzeugen)
- Doppelschneckenextruder (Compoundierung)
5
Q
Aufgaben Extruder
A
- Material aufschmelzen und auf Verarbeitungstemperatur bringen
- Druck aufbauen, der zum Passieren von Folgekomponenten benötigt wird
- Füll- oder Farbstoffe einarbeiten
- thermisch, zeitlich und stofflich einen möglichst konstanten Materialstrom von gleicher Qualität bereitstellen
6
Q
Aufschmelmodell eines Extruders
A
- kunststoff wird granulatförmig über trichter hinzugegeben und die rotierende schnecke transportiert ihn in richtung schneckenspitze
- 3 Zonen Shnecke wird eingesetzt
- Einzugszone : Granulat aus trichter einziehen
- Kompressionszone : Druck in kunststoffschmelze wird aufgebaut
- Meteringzone :schmelze wird homogenisiert
7
Q
Werkzeug Aufgabe
A
Werkzeug formt schmelze in gewünschte Form
8
Q
Kalibriervorrichtung aufgabe
A
schmelze wird abgekühlt und in den festen Zustand überführt. Vorrichtung ist vorzugsweise mit einer kühlung versehen, um die kalibrierte form des halbzeugs zu fixieren. Das Halbzeug erstarrt auf den kühlwalzen und kann im folgenden formstabil auf einem folienwickel aufgewickelt werden
9
Q
Blasfolienextrusion Ablauf
A
- schmelzstrom wird in einem wendelverteilwerkzeug, den sogenannten Blaskopf, in eine Ringspaltströmung überführt und verlässt das werkzeug als schlauch, der senkrecht nach oben abgezogen wird.
- zur kühlung des aus dem werkzeug austretenden Schmelschlauch wird der schlauch von außen und innen von einem luftstrom angeblasen und erstarrt schließlich
- gleichzeitig wird er von dem aufblasvorgang in umfangsrichtung und durch den abzug in längsrichtung verstreckt
- Nachfolgend wird der schlauch zu einer doppelbahn flachgelegt, vor der aufwicklung an beiden seiten aufgeschlitzt udn aufgewickelt
10
Q
Profilextrusion Vorgang
A
- schmelze wird je nach gewünschtem querschnitt des produzierten endlosproduktes durch einen entsprechenden koml. querschnitt des werkzeugs ausgeformt
- typisches anwednungsgebiet: Kunststofffensterprofile
- um die mech. stabilität des profils zu erhalten, weist der querschnitt eines solchen fensterrahmens z.b verripungen auf
- kalibrierung des Extrudats spielt eine wichtige rolle, um eine enge maßtoleranz des fertigen bauteils zu gewährleisten
- schwindung und verzug muss durch aufmaß berücksichtigt werden
11
Q
Faserspinnen
A
- schmelze wird durch ein düsenpaket gepresst (D= 300- 1000µm)
- durch jede düsenbohrung wird eine einzelne kunststofffaser ausgeformt, das sogenannte filament
- Filamente werden in der regel durch luft gekühlt und anschließend aufgerollt, zu einem multifilament verdreht und regellos als Vlies abgelegt
12
Q
Meltblown verfahren
A
-die aus den werkzeuglöchern austretende schmelze wird durch zugeführte luft beschleunigt und die sich bildenden Filamente werden verstreckt (D = 1-25µm)
- die verstreckung erlaubt steigerung der mech. eigenschaften
13
Q
in welche schritte lässt sich jeder extrusionsprozess zur herstellung von endlosen halbzeugen unterteilen
A
-materialeinzug
- aufschmelzen
- stoffliches und therm. homogenisieren
- fördern
- druck aufbauen
austragen der schmelze durch ein werkzeug
14
Q
welche aufgabe hat ein breitschlitzverteiler
A
bei flachextrusion wird schmelstrom ausgehend von einem runden querschnitt in einem breitschlitzverteiler in der breite verteilt, sodass am austritt des werkzeugs ein schmelzefilm mit def. dicke und breite vorliegt
15
Q
Coextrusion ( herstellung mehrschichtiger Folien) Ablauf
A
- werkzeug ist so ausgeführt, dass diesem mehrere schmelzeströme von unterschiedlichen extrudern zugeführt werden können
- innerhalb des werkzeugs werden dann die verschiedenen ströme in schichten ausgeformt und noch im werkzeug unter druck aufeinander geführt. (coextrusions Feedblock)
16
Q
Anforderungsbereiche von Flachfolien
A
- alltägliche verwendete Verpackungsfolien bis hin zu high tech anwendungen
- hohe qualitätsanforderungen, aureichender schutz gegen umgebungseinflüsse, optische qualität, dicke / breite der folie
17
Q
Konfiguration der Verarbeitungsparamter
A
Weil Kunststoff mechanischen und thermischen Belastungen bei umformung der aggregatzustände ausgesetzt ist, sind der verarbeitungsprozess und die konfiguration der verarbeitungsparameter entscheidend für die späteren Eigenschaften des produktes
18
Q
auf was kann im heißen teil des extrusionsprozesses einfluss genommen werden?
A
auf Werkstoff Eigenschaften wie z.B Molekulargewicht und Orientierungen
19
Q
wie entstehen molekulare Orientierungen und was sind Besonderheiten
A
- beim flachfolienprozess, insbesondere beim Durchströmen der schmelze durch das werkzeug sowie beim Verstrecken der folie in der kalibrierstrecke
- können sich zurückstellen, sobald schmelze aus dem werkzeug austritt und in der freien umgebung nicht mehr unter dem formzwang des werkzeugs liegt
- rückstellung ist stark temperaturabhängig und wird mit zunehmender abkühlung der folie auf der oberfläche der gekühlten walze erheblich reduziert
19
Q
was wird durch den erstarrungsvorgang beeinflusst?
A
die morphologie des kunststoffes und dadurch auch die eigenschaften des produktes
20
Q
Vorteile durch molekulare orientierung
A
verbesserung der mech. eigenschaften und realisierung von spez. produkteigenschaften
21
Q
BSP Schrumpffolie und molekulare Orientierung
A
durch rasches verstrekcken und abkühlen während des prozesses wird ein hohes Maß an Orientierungen in der folie eingefroren. Wird die folie aber wieder erwärmt, können sich die orientierungen in der folie zurückstellen und die folie schrumpft in Orientierungsrichtung
22
Q
Merkmale Spritzgießen
A
- direkter Weg vom Rohstoff zum Fertigteil
- hohe Gestaltungsfreiheit (Funktionsintegration) der Bauteile
- keine oder nur sehr geringe Nachbearbeitung des Formteils notwendig
- vollautomatisierbares Verfahren
- hohe Reproduziergenauigkeit der Fertigung
- kurze Zykluszeiten
- besonders zur herstellung geom. kompl. formteile (1mg - 100 kg) und massenartikel geeignet
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Aufbau Spritzgießmaschine
- auf dem maschinenbett angeordneten Schließ und Plastifiziereinheit
- steuer und Regleinheit
- Plastifiziereinheit besteht aus einem temperierten zylinder mit einer innenliegenden Plastifizierschnecke sowie antriebskomponenten für die rot. und trans. bewegung
- schließeinheit trägt das spritzgießwerkzeug
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Spritzgießmaschine und gr0ße zuhaltekräfte erklärung
Da Kunststoffe eine hohe Schmelzviskosität aufweisen, sind zum Einspritzen der Masse sehr hohe
Drücke notwendig (bis 2.000 bar), im Spritzgießwerkzeug werden deshalb große Auftriebskräfte
wirksam. Die Maschine muss die beiden Formhälften des Werkzeuges gegen diese Kräfte zuhalten.
Hierdurch ergibt sich die Notwendigkeit mittels Hydraulik oder Kniehebelmechanismus sehr steife
Schließeinheiten mit großen Zuhaltekräften zu bauen.
25
Verfahrensbeschreibung Spritzgießen
- sprizgießwerkzeug wird geschlossen, sodass im 2. verfahrensschritt das plastifizierte material durch eine axiale Verfahrensbewegung der schnecke in die Kavität des Werkzeugs eingespritzt werden kann, wo es erstarrt
- thermoplastische stoffe erstarren im werkzeug, wobei bei duroplastisches oder elastomerer formmassen die werkzeuge beheizt werden um den vernetzungsvorgang zu initiieren
- beim abkühlen bzw. aufheizen wird bereits für den darauffolgenden zyklus das rohmaterial plastifiziert
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Schnecken Aufgabe Spritzgießen
Schneckenrotation fördert die schmelze in den schneckenvorraum. Gleichzeitig zur rotation wird die schnecke axial entgegen der förderungsrichtung der schmelze verschoben und gibt so vorraum frei
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Plastifizierphase
- teil der dosierphase
- thermoplasten werden hier aufgeschmolzen und daher formbar
- kautschuk und duroplasten werden nur leicht erwärmt, da sie nur im unvernetzten zutand verformbar sind
- thermoplasten ca 10 grad über Glasübergangstemp. (amorph) bzw 20-30 grad über Kristallschmelztemp (teilkristallin) erwärmen
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wie kann Aufschmelzzeit reduziert werden beim spritzgießen?
durch zusätzlich mech. Scherung durch die rotierende schnecke kann die aufschmelzzeit durch die dissipativ eingebrahchte energie deutlich verkürzt werden
29
warum ist ständiges durchmischen der schmelze so wichtig . (schnecken)
damit eine möglichst homogene temperaturverteilung gewährleistet wird, die unbedingt nötig ist, um einwandfreie Formteile zu erhalten
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Plastifiziereinheit aufgabe
stellt in der dosierphase durch rotatorische bewegung der schnecke sicher, dass ein def. Schmelvolumen mit homo. temperatur und Füllstoffverteilung für die Einspritzphase vorliegt
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Einspritzphase
- Schmelze wird druch eine rein translatorische, geschwindigkeitsregelnde bewegung der schnecke in die kavität eingespritzt
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Rückstromsperre Aufgabe
zurücklaufen der schmelze zu verhindern
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Wie tritt die Volumenschwindung auf und zu was führt sie
schon während der formfüllung beginnt die schmelze zu erstarren, sobald sie die kühle wand trifft. dabei kommt es zu einer volumenschwindung des materials, die aus einem pvT Digramm ermittelt werden kann
- schwindung führt zu Maßveränderungen(schwindung), die schon bei der werkzeugkonstruktion berücksichtigt werden müssen(Übermaß)
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Nachdruckphase (quasi statisch)
- erfolgt ab dem Umschaltpunkt
- Ab dem Umschaltpunkt erfolgt die vorwärtsbewegung der Schnecke nicht mehr geschwindigkeitsregelnd sondern druckregelnd
- Während des NAchdruckvirgangs fließt auch nach erfolgter füllung schmeltze in die Kavität und gleicht so einen teil der volumenschwindung aus
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was versteht man unter dem versiegeln des bauteils
ist der abkühlvorgang so weit fortgeschritten, dass der angus bzw. der anschnitt erstarrt, so spricht man vom versiegeln des Formteils
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was passiert an orten, an denen keine ausreichende Nachdruckwirkung vorliegt?
es kommt zur bildung von lunkern oder einfallstellen
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wie bilden sich sogenannte würstchen aus und was ist die folge
Befüllt schmelze bei hoher einspritzgeschwindigkeit und ohne prallhindernis die formteilkavität im freien strahl, dann bilden sich würstchen
diese werden erst anschließend mit formmasse umschlossen und bilden ein extrem inhomogenes formteilgefüge
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Thermoplastische Kühlphase Def.
Thermoplastische Kunststoffe kühlen in der Kühlphase soweit ab, bis eine ausreichende Formsta
bilität zur Entformung erreicht ist. Dabei fällt der Druck im Werkzeug aufgrund der Volumenkontraktion bis auf Umgebungsdruck ab.
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Aufgaben Werkzeug
- Aufnehmen und verteilen der schmelze
- ausformen der schmelze
- abkühlen bzw. aufheizen
- fertige bauteil wird über werkzeug entformt
- kraftaufnahme der schließkraft
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Schließkraft formel
F_schließ = p_werkzeug,innen * A_formteil, proj
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Bestandteile schließseitige werkzeughälfte
- Aufspannplatte ( Fixierung des werkzeugs auf der schließseite der maschine)
- Zwischenplatte ( mit der kavität als negativform des bauteils)
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Bestandteile Auswerfplatte
- auswerfer die zur entformung des formteils dienen.
- Auswerfplatte wird über die auswerfstange an die maschine gekoppelt
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Bestandteile düsenseitige werkzeughälfte
-Anguss( bindet formteil an Plastifiziereinheit)
- Aufspannplatte (wird das werkzeug auf der düsenseite der maschine fixiert)
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innere eigenschaften spritzgießen
- Kristallinität, Orientierung, Eigenspannungen
sind direkte folge der schmelzebelastung, der schmeldeformation und des abkühlverlaufes
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Fehler durch eigenspannungen
- Verzug und Ungenauigkeit
-rissbildung und spannungsrisse
- reduzierte mech. festigkeit
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äußeren eigenschaften
schwindung und verzug
sind abhängig von den unneren eigenschaften bbzw. von der inneren Struktur des spritzgegossenen formteils
45
Fehler durch innere Eigenschaften der kunststoffe
verzogenes Bauteil oder Einfallstellen(Dellen)
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Eigenspannungen def.
Eigenspannungen sind innere mechanische Spannungen, die in einem abgeschlossenen System ohne die Einwirkung äußerer Kräfte oder Momente vorliegen. Sie beruhen auf
Abweichungen der Atomabstände und der Valenzwinkel von der jeweiligen statistischen Gleichgewichtslage, wodurch energieelastische Verformungen bewirkt werden
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thermisch induzierte eigenspannungen
- eine der wichtigsten ursachen für eigenspannungen ist das ungleichmäßige abkühlen einer schmelze
- Da die verschiedenen Schichten bei der weiteren
Abkühlung nicht ungehindert aufeinander abgleiten können,
wird die Kontraktion der inneren Zone durch die bereits erstarrten Oberflächen behindert. Dadurch
entstehen Zugeigenspannungen im Inneren des Bauteils und in den Randschichten Druckeigen
spannungen
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druckinduzierte eigenspannungen
- Kommt es bei einer Schmelze, die am Rand bereits erstarrt und im Inneren noch schmelzeförmig
ist, zu einer Nachförderung von Schmelze in den schmelzeförmigen Bereich, kann es zu druckinduzierten Eigenspannungen kommen.
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wie entsteht verzug
durch asymmetrische Eigenspannungen, die einen Gleichgewichtszustand anstreben und somit das bauteil verformen
mit steigender Werkzeugwandtemperatur verringert sich der verzug
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Warum werden die Eigenschaften des Kunststoffs bei hoher thermischer und mechanischer
Belastung schlechter?
Verkürzung der molekülketten
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Wie können Orientierungen in eine Folie eingebracht werden?
Rasches verstrecken und abkühlen während der produktion
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Durch welches physikalisches Prinzip werden Kunststoffe in der Plastifiziereinheit vor allem
aufgeschmolzen werden?
durch mech. scherung (dissipation), welche durch die rot. schnekce realisiert wird
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Ab welchem Zeitpunkt hat ein Aufrechterhalten des Nachdrucks keine Auswirkung mehr auf die
Schwindung des Bauteils?
Nach erreichen der sieglzeit, da der anguss eingefroren ist
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Führt Schwindung automatisch auch zu Verzug der Spritzgießbauteile?
nein, nur wenn lokal unterschiedliche schwindungen zu eigenspannungen führen
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wie bilden sich sogenannte molekulare Orientierungen aus?
Durch Scherung während des Fließens der Schmelze in den Fließkanälen.
Je größer die schergeschwindigkeit, desto stärker bilden sich Orientierungen aus. Insbesondere im Extrusionswerkzeug und in der Schlauchbildungszone
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Ausnutzung von Orientierungen in Folien für Verpackungsanwendungen
Durch Erhitzen können orientierungen zurückgestellt werden und die folie kann verformt werden. (Verpacken mit schrumpffolie)
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Einfluss der Molekülorientierungen auf die Folieneigenschaften
Zugfestigkeit, E Modul, Transparenz, Durchstoßfestigkeit, Weiterreißverhalten und Barrierewirkung geht alles hoch
Siegeleigenschaft geht runter
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Ablauf eines Spritzgießzyklus (8 schritte)
1. Werkzeug schließen
2. Aggregat vor
3. Einspritzen
4. Nachdruck
5. Aggregat zurück
6. Dosieren
7. restkühlen
8. Werkzeug öffnen & Auswerfen
Kühlen von 3-8
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Was ist Schwindung
Differenz ziwschen Formteilmaß und Kavitätsmaß
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Ursache für schwindungen
Ausgeprägte Temperatur und Druckabhängigkeit der Dichte bei Kunststoffen
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Durch was wird schwindungspotenzial verstärkt
durch das überschreiten der phasengrenze fest <-> flüssig
