Kunststoff 2 KuStoVA2

Möglichkeiten:

Amorph und kristallin:

• -  Schnelles Abkühlen: Führt zu feinem Gefüge mit geringem Kristallisationsgrad

• -  Langsames Abkühlen: Führt zu grobem Gefüge (spröde) mit hohem Kristallisationsgrad

• -  Starke Scherung: Führt zu feinem Gefüge bei höherem Kristallisationsgrad

Druckspitzen:

Zu spätes Umschalten auf Nachdruck, Werkzeughälften "atmen" (heben ab), Werkzeug wird elastisch verformt

Druckeinbrüche:

Zu frühes Umschalten auf Nachdruck, Kavität wird durch NAchdruck gefüllt, Schmelze erstarrt zu früh (Kavität nicht vollständig gefüllt), Schlechte Bindenähte & grössere Schwindung

Auswirkungen:

Der Werkzeuginnendruck in der Nachdruck- und der restlichen Abkühlphase und auch der Siegelpunkt wird zu höheren Zeit- und Druckwerten verschoben.

Zunahme von: Abbildgenauigkeit der Kavität, Schwindung, Kristallinität, thermische Schmelzebeschädigung, Zykluszeit

Abnahme von: Orientierung, Sichtbarkeit von Bindenähten

Anwenden wenn: Viskosität der Schmelze zu gering, Hydraulikdruck der Maschine zu klein

-Motor

Auswirkung: Der Werkzeuginnendruck in der Füll- und fast der gesamten Kompressionsphase verläuft nahezu gleich

Zunahme: Abbildgenauigkeit der Kavität, mehanische Eigenschaften durch homogenes Gefüge Teilkristalliner Thermoplaste, Wärmeformbeständigkeit, Zykluszeit

Abnahme: Orientierung, Eigenspannungen, Sichtbarkeit von Bindenähten, Nachdruckschwindung

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Ursache: Langsamer Schneckenhub führt zu kurzzeitigem Stillstand der Fliessfront

MAssnahmen: Einspritzgeschwindigkeit erhöhen, Massetemperatur erhöhen, Werkzeugtemperatur erhöhen, Restmassepolster optimieren, Umschaltpunkt auf Nachdruck senken, Rückstromsperre kontrollieren, Schneckenverschleiss kontrollieren

• Bestimmung der Schüttdichte des Materials
• Berechnung des Stundenvolumens mittels Schüttdichte und Durchsatz
• Auswahl der geeigneten Dosierschnecken

-

• Ein Haufwerk von Feststoffpartikeln, die sich frei gegeneinander bewegen können.
• Die Größe der Partikel kann von feinstkörnig (Staub) bis zu grobstückig variieren.

Ursache: Inhomogenität der Farbpigmente, Ungleichmässiges Lösen und Verteilen der Farbpigmente, Zu hohe thermische Beanspruchung (Verbrennungsschlieren), Materialverschmutzung (Reste im Heisskanal?)

Massnahmen: Schneckendrehzahl erhöhen, Staudruck erhöhen, Einspritzgeschwindigkeit erhöhen, Evtl. grösseren Anschnitt verwenden

• Dosierregler
• Waagenbehälter
• Wägezelle
• Austragsorgan
• Antrieb für Austragsorgan

Auf das Nichtlineare Verformungsverhalten.

Bei bekannter Spannung bzw. Dehnung lässt sich die zugehörige Dehnung
bzw. Spannung auch im nichtlinearen Verformungsbereich direkt aus dem isochronen Spannungs-Dehnungs- Diagramm ablesen, und der Kriechmodul kann anhand seiner Definition berechnet werden. 

Ursache: Ungenügende Umhüllung der Glasfaser mit der Schmelze, Durch die unterschiedliche Schwindung von Kunststoff und Glasfaser kommt es rauhen, unruhigen Oberflächen

Massnahmen: Nachdruck erhöhen, Nachdruckzeit verlängern, Einspritzgeschwindigkeit erhöhen, Werkzeugtemperatur erhöhen, Massetemperatur erhöhen, Schmelzehomogenität optimieren durch Staudruck oder Schnekckendrehzahl

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Äussere Eigenschaften: Masse, Festigkeit, Verzug, Glanz, Spanungsrissbeständigkeit, etc.

Sind abhängig von: Innere Eigenschaften bzw. innere Struktur

• Dimensionierung
• Sicherheitsnachweis
• Werstroffwahl 

• Beanspruchung
• Belastungsart
• Spannungszustand
• Betriebsbedingungen
• Versagenskriterien
• Stabilität
• Gestalteinfluss
• Sicherheit
• Werkstoffverhalten 

Einbettungsspannungen: In der Umgebung eingebetteter Fremdteile wie Metall-Inserts oder Füll- und Verstärkungspartikel treten als Folge formbedingter Schwindungsbehinderung in der Regel Zug- Eigenspannungen auf. 

Orientierungen werden durch Scher- und Dehndeformation im Schmelzezustand hervorgerufen.

Orientierungen führen zu Festigkeitsanisotropien im Bauteil:

In Orientierungsrichtung höhere Festigkeit, Senkrecht zur Orientierungsrichtung geringere Festigkeit, Orientierungen beeinflussen optische Eigenschaften negativ

Strukturspannungen: Durch chemische Härtungsreaktionen bei Duroplasten oder durch Kristallisation und Orientierung bei Thermoplasten können strukturbedingte innere Spannungen entstehen, die sich je nach dem in Makro- oder Mikrobereichen auswirken. 

Orientierungen bauen sich durch Relaxation wieder ab. Daher ergibt sich eine hohe Orientierung wenn:

-Hohe Scher- und Dehgeschwindigkeiten vorliegen und dann schnell abgekühlt wird

-Scherung oder Dehnung bei geringer Massetemperatur auftreten und dann abgekühlt wird

Beim Spritzgiessen wird nach der Formfüllung ein Nachdruck auf den noch weitgehend schmelzflüssigen Kunststoff aufgebracht, um die abkühlbedingte Volumenschwindung zu kompensieren und allfällige Lunker oder Einfallstellen zu vermeiden. Bei zu hohem Nachdruck dehnt sich das Volumen nach dem Entformen bis Erreichen eines inneren Gleichgewichtszustandes aus, was in den zuerst erstarrten Randschichten zu Zugspannungen führt. Diese können so hoch sein, dass sich Oberflächenrisse bilden. 

Die viskose Schmelze bildet beim Werkzeugfüllvorgang eine Scherströmung, wobei die äusserste Randschicht von ca. 0,2 mm Dicke durch Deformation der Knäuelstruktur in hohem Mass verstreckt wird. Die so deformierten Makromoleküle oder ganzen Kristallitreihen werden infolge der raschen Abkühlung in diesen Schichten eingefroren und verursachen Zugspannungen. 

-Grösse der Schmelzedeformation

- Geschwindigkeit der Deformation

-Schmelzetemperatur

-Geometrie des Bauteils

-Werkzeugtemperatur

-Nachdruck

-Einspritzgeschwindigkeit

Auf die Zugfestigkeit (nicht mehr isotrop)

Gewisse Kunststoffe neigen aufgrund ihres Aufbaus dazu, Fremdmoleküle wie z.B. Wasser aufzunehmen. Fremdmoleküle diffundieren in den Makromolekülverband des Polymers:

• Verdrängen Volumen
• Beeinflussen die sekundären Bindekräfte

Feuchtespannungen: Feuchtedehnungen werden äusserlich oder innerlich behindert resp. verhindert.                    

Eigenspannungen sind mechanische Spannungen im Formteil ohne äussere Belastung. Sie beruhen auf Deformationen der inneren Strukturen.

Ursachen für Eigenspannungen sind:

• -  Eine ungleichmässige Abkühlung über den

  Querschnitt

• -  Örtlich unterschiedliche Nachkristallisation

  und damit Volumenschwindung

• -  Örtlich unterschiedliche Rückstellung von

  Orientierungen

Abkühlspannungen: Da die Schwindung beim Erstarren der Schmelze umgekehrt proportional zur Abkühlgeschwindigkeit ist, entstehen zwischen den verschiedenen Schichten ungleiche Schwindungen und damit Spannungen. Die langsame Abkühlung im Innern bewirkt eine hohe Schwindung und damit Zugspannungen, die rasche Abkühlung am Rand führt zu geringer Schwindung und Druckspannungen 

Wärmespannungen entstehen durch Verhinderung bzw. Behinderung von Wärmedehnungen.

Abhängig von:

• Temperaturdifferenz
• Werkstoffsteifigkeit
• Thermisches Werkstoffverhalten 

• Wärmespannung
• Feuchtespanung
• Abkühlungsspannung
• Strömungsspannung
• Nachdruck- und Expansionsspannung  
• Einbettungsspannung
• Strukturspannung 

Dies sind die relevantesten Spannungen. Die Formteiloberfläche kühlt schnell ab, die inneren Schichten langsam. Die äusseren Schichten können der Schwindung der inneren Schichten nicht mehr folgen, das sie schon erstarrt sind.

Es ergibt sich das typische Eigenspannungsprofil mit Druckspannungen aussen und Zugspannungen innen.