Mehrkomponenten-Spritzgießen

Das Zweikomponenten-Spritzgießen, das Co-Injektionsverfahren und die Kombination von harten und weichen Thermoplasten sind verschiedene Varianten der Mehrkomponenten-Spritzgießtechnik. Mit zwei oder mehr Einspritzeinheiten werden mehrere Kunststoffschmelzen in einem Arbeitsgang verarbeitet, um deren unterschiedliche Eigenschaften zu nutzen und in Funktionen umzusetzen. Dabei können wir Sie mit Empfehlungen zur Konstruktion bestimmter Formteile sowie hinsichtlich der einzusetzenden Werkstoffe, Werkzeuge und Maschinen unterstützen.

Mehrkomponenten-Verfahren ermöglichen:

• Herstellung von Formteilen, die nicht im Einstufen-Spritzgießverfahren produziert werden können.
• Herstellung mehrfarbiger bzw. aus mehreren Kunststoffen bestehender Formteile und Baugruppen zur Erzielung integrierter Funktionen.
• Herstellung von Formteilen mit beweglichen Segmenten z.B. im Montagespritzguss von beweglichen Lüftungsgittern im Kfz.
• Wegfall bestimmter Montageverfahren nach dem Spritzgießen wie z.B. Ultraschallschweißen, Kleben, Anbringen von Schnappverschlüssen, Schrauben, Bolzen usw.
• Reduzierung der Teilevielfalt

Beim Sandwich-Verfahren werden 2 Kunststoffe zeitversetzt durch eine gemeinsame Düse in das Werkzeug eingespritzt, was zu Formteilen mit einem dreischichtigem Aufbau führt. Dabei bildet die zuerst eingepritzte Kompenente die Außenhaut, die zweite Komponente den Kern des Formteils. Dagegen werden beim Co-Injektionsverfahren die beiden Komponenten durch 2 Düsen zeitgleich oder sequentiell in ein gemeinsames Werkzeug eingespritzt.

Beim Zweikomponenten-Spritzgießverfahren kann der erste Werkstoff bereits abkühlen, bevor der zweite eingespritzt wird. Kritische Parameter wie Entformungsschräge und Werkzeugtemperatur sind bei jedem der genannten Verfahren zu berücksichtigen. Bei diesen Verfahren können Drehtellerwerkzeuge, Indexplattenwerkzeuge oder auch Roboter zum Transport des Vorspritzlings zum Einsatz kommen.

Zu den möglichen Anwendungen des Zweikomponenten-Spritzgießverfahrens zählen unter anderem Dichtungen, Formteile mit eingeformten Dichtungen, stoßdämpfenden Elementen oder weichem Griff, Formteile mit schalldämmenden Eigenschaften, mehrfarbige Formteile, Spielzeuge mit beweglichen Teilen und Lüftungsgitter von Klimaanlagen oder Heizungen in Kraftfahrzeugen (Rahmen, Leitbleche und Verbindungsteile).

Durch die Kombination von harten und weichen Komponenten können neue Funktionen integriert werden, z.B.:

• haptische Elemente auf harten Oberflächen aufbringen
• dämpfende Elemente anspritzen
• Dichtungen integrieren
• Toleranzen ausgleichen

Beispiele für diese Anwendungsgebiete sind: Regelelemente für Lüftungen, Hebelvorrichtungen, Radios oder Lampen; Förderkettenglieder; Halterungen mit Dichtungen oder Dämpfungselementen; Sensorgehäuse für Scheinwerferregler; Klemmvorrichtungen für Kfz-CD-Player; Dichtungen für lineare Antriebe; Isolierflaschen-Mechanismen; Gehäuse mit Gummidichtungen sowie Lampenfassungen für Waschmaschinen. Unsere Zusammenarbeit mit Weichkomponenten-Herstellern hat neue patentierte Hart/Weich-Kombinationen (mit ausgezeichneten Hafteigenschaften) für harte Werkstoffe wie Hostaform^®/Celcon^® POM, Fortron^® PPS, Celanex^® PBT und Celstran^® LFT hervorgebracht. Zur Ermittlung von Systemen, deren Komponenten sich im synergistischen Zusammenspiel ergänzen, stellen wir gerne unsere Prüfdaten und unser „Know-how“ in Sachen Kunststoffkombinationen zur Verfügung.

Übliche Verfahrensschritte beim Mehrkomponenten-Spritzgießen

1. Herstellen des Vorspritzlings, indem Komponente 1 eingespritzt wird
2. Nach dem Abkühlen des Vorspritzlings wird der Vorspritzling in Kavität 2 durch Drehbewegung des Werkzeuges oder Positionierung mittels eines Roboters eingesetzt.
3. An- oder Überspritzen mit der 2. Komponente
4. Zur Herstellung komplexer Formteile kann auch eine dritte (oder vierte) Komponente eingespritzt werden.
5. Das fertige Teil wird aus dem Werkzeug ausgeworfen bzw. entnommen.

Verarbeitungsanforderungen

Maschine/Werkzeug:

• Die Spritzgießmaschine muss mit zwei, drei oder vier Plastifizier- bzw. Spritzeinheiten ausgestattet sein (eine für jeden verwendeten Kunststoff).
• Die Werkzeuge sind teurer als Standardwerkzeuge, da die Gesenkblöcke zwischen dem ersten und zweiten Schuss drehbar sein müssen oder weil andere Werkzeugkomponenten zwischen den Schüssen auf bestimmte Weise bewegt oder betätigt werden müssen. Die dazu erforderlichen Steuerungssysteme können die Kosten für die verwendeten Werkzeuge zusätzlich erhöhen.
• Die verschiedenen Schnecken der Spritzgießmaschine können vertikal (90 Grad), in L-Stellung oder, wie unten gezeigt, übereinander angeordnet sein.

Werkzeugbauformen:

Beispiele für im Mehrkomponentenspritzguss üblicherweise verwendete Werkzeugarten sind:

• „Core Back“-Werkzeug – Hierbei wird zunächst ein verschiebbarer Formkern geschlossen und die erste Komponente eingespritzt. Danach wird der Formkern geöffnet und die zweite Komponente eingespritzt.
• Drehtellerwerkzeug – Dieses zweistufige Werkzeug rotiert in vertikaler oder horizontaler Richtung zum Einspritzen der beiden Komponenten.
• Indexplattenwerkzeug – Nach Herstellung des Vorspritzlings werden Mittelplatten des Indexplattenwerkzeugs gedreht und der Vorspritzling so in die Position für das Überspritzen mit der 2. Komponente gebracht.

Neben der Bauart des Werkzeugs sind auch weitere Aspekte zu berücksichtigen, so etwa die Wanddicke, Oberflächenstruktur des Vorspritzlings (in Bezug auf Lüftungs-/Entgasungsprobleme), Oberfläche und Temperatur des Werkzeugs (im Hinblick auf das Entformen), Angussposition (bezüglich der Haftung in Abhängigkeit vom Fließweg), Art des Kontakts (flach oder umspritzt) sowie das Entformen des Spritzteils (zu überwindende Haftkraft an der Werkzeugoberfläche)).

Werkstoffe:

• Die Kunststoffe bzw. Komponenten A, B, C usw. müssen miteinander kompatibel sein, d.h. zwischen den Kunststoffen dürfen keine antagonistischen oder gegensätzlichen Wirkungen auftreten.
• Ist Beweglichkeit von Komponenten erwünscht, so ist das Schwindungsverhalten der Kunststoffe zu berücksichtigen.
• Gesetzliche und behördliche Anforderungen (z.B. seitens der zuständigen Behörden wie FDA, UL usw.) sind bei Entscheidungen zu den Werkstoffen mit einzubeziehen. Möglicherweise muss die gesamte Einheit auf die Einhaltung bestimmter Anforderungen geprüft werden.
• Bereits in der Konstruktionsphase sollten die Experten (Maschinenhersteller, Verarbeiter, Werkzeugbauer und Rohstofflieferanten) Informationen und Erfahrungen zur erfolgreichen Projektrealisierung austauschen. Informationen wie Schmelzpunkt, Energieübertragung, Oberflächenspannung, Molekulargewicht, Kristallisationsgeschwindigkeit, Entformungsmittelmittel, Gleitmittel im Kunststoff, Verstärkungszusätze, Farbstoffe/Pigmente und Stabilisierungsmittel sind dabei u.a. zu berücksichtigen.

Prozessvariablen:

• Verwenden Sie zunächst die für die einzelnen Werkstoffe empfohlenen Verarbeitungsbedingungen, die Sie dann bei Bedarf genauer anpassen (die Verarbeitungsbedingungen können je nach Werkstoff sehr unterschiedlich sein).
• Der Kunststoff mit dem höchsten Schmelzpunkt bzw. der höchsten Glasübergangstemperatur sollte normalerweise zuerst gespritzt werden.
• Zur Erzielung besserer Hafteigenschaften empfiehlt es sich in vielen Fällen, die im Overmolding-Verfahren zu umspritzenden Teile vorzuwärmen.
• Eine bessere Haftung lässt sich zum Teil auch durch Vorbehandlung der zu umspritzenden Teile erzielen.
• Verwenden Sie NIEMALS wiedervermahlenes Regenerat von in mehreren Schüssen hergestellten Formteilen, bevor diese Massen nicht gründlich untersucht. Verwenden Sie als Regenerat nur sortenreine Produkte.
• Darüber hinaus sind Prozessvariablen wie die Schmelzetemperaturen der beiden Werkstoffe, die Werkzeugtemperatur, die Spritzgeschwindigkeit, der Nachdruck, der Schneckenrücklauf und Lufteinschlüsse zu berücksichtigen.

Prüfung:
Mehrkomponenten-Formteile sind bei Temperaturen zu prüfen, die über den beim tatsächlichen Einsatz zu erwartenden Temperaturen liegen. Außerdem müssen diese Teile Temperaturwechselbeanspruchungen ausgesetzt werden, um eventuelle Probleme durch ein Ausdehnen oder Schrumpfen der Teile zu erkennen. Darüber hinaus sollten die Prüfungen etwaige antagonistische Beziehungen zwischen den beiden Kunststoffen ausschließen.