Kunststoffverarbeitungsverfahren

Question 1

Wie heißen die 2 mengenmäßig wichtigsten Urformverfahren und was sind ihre Gemeinsamkeiten ?

Answer 1

• Spritzgießverfahren (diskontinuierlich)
• Extrusionsverfahren (kontinuierlich)

Gemeinsamkeit: 
Die Plastifizierung (Aufschmelzen) erfolgt durch eine rotierende Schnecke

Question 2

Aus welchen Elementen besteht typischerweise eine Extrusionsanlage ?

Answer 2

Materialzufuhr& Dosierung
Werkzeug
Extruder
Kalibrierungsvorrichung

Question 3

Welche Teiler einer Extrusionsanlage bestimmen die Form des Produktes ?

Answer 3

Werkzeug; Kalibrierungsvorrichtung

Question 4

Welche Halbzeuge sind mit dem Extrusionsverfahren herzustellen?

Answer 4

2D Halbzeuge:
Platten
Folien
Kabel
Rohre
Geometrisch 2D komplizierte Profile

Question 5

Nenne die 4 gebräuchlichen Extrusionsverfahren und ihre Produkte

Answer 5

• Flachfolienextrusion (Platten&Folien)
• Blasfolienextrusion (Folien)
• Prodilextrusion (Profile, Rohre)
• Faserspinnen (Fasern, Textilien)

Bei allen Verfahren wird der Kunststoff im Extruder kontinuierlich aufgeschmolzen, homogenisiert und über das Werkzeug ausgetragen.

Question 6

Ab welche Dicke wird aus einer Folie eine Platte?

Answer 6

Ab 750 𝛍m

Question 7

Wie funktioniert die Blasfolienextrusion?

Answer 7

Der Schmelzstrom wird

1: Durch den Blaskopf in Ringspaltströmung überführt
2: Das Werkzeug als Schlauch verlassen
3: nach oben gezogen und abgekühlt
4: durch die Erstarrung und den Zug orientiert
5: aufgeschlitzt und aufgewickelt

Question 8

Was wird durch Profilextrusion hergestellt und was ist dabei besonders wichtig ?

Answer 8

Komplexe Geometrie werden hergestellt, was zu Werkzeugen mit zum Teil sehr komplizierten Aufbau führt.

Die Kalibrierung ist hier besonders wichtig um die Maßtoleranz zu gewährleisten.

Question 9

Wie sieht eine typische Vliesanlage aus und wie funktioniert sie?

Answer 9

Die Schmelze wird durch kleine Löcher gepresst, wodurch Filamente mit einem Durchmesser weniger Mikrometer entstehen.
Anschließend werden sie Luftgekühlt und zum Vließ abgelegt.

Question 10

Welche 3 Zonen hat ein Schneckenextruder ?

Answer 10

• Einzugszone ( Granulat aus Trichter ziehen )
• Kompressionszone ( Druck aufbauen & Verdichtung des Materials )
• Meteringzone ( erzeugt homogenen Materialstrom )

Question 11

Welche 4 Aufgaben erfüllt ein Extruder?

Answer 11

1: Material aufschmelzen und auf Temperatur bringen
2: Druckaufbauen
3: Füll/ Farbstoff einarbeiten
4: thermisch/zeitlich/stofflich konstanten Strom erzeugen

Question 12

Wo findet der heiße/kalte Teil der Verarbeitung statt?

Answer 12

Heißer Teil: Extruder, Werkzeug

Kalter Teil: Kalibrierung, Wicklung usw.

Question 13

Welche Verfahrensschritte hat jeder Extrusionsprozess zur Herstellung von endlosen Halbzeugen ( Folien, Rohren )

Answer 13

1: Materialeinzug
2: Aufschmelzen
3: stoffliches/ thermisches Homogenisieren
4: Fördern
5: Druck aufbauen
6: Austragen durch Werkzeug

Question 14

Können Eigenschaften des Materials auch noch nach dem Austritt aus dem Extrusionswerkzeug verändert werden ?

Answer 14

Ja, dies wird beispielsweise bei der Folienextrusion genutzt, um Orientierung in die Folie einzubringen.

Question 15

Wie kann man mehrschichtige Folien herstellen ?

Answer 15

Über das Verfahren der Coextrusion.

Hierbei werden mehrere Schmelzströme aus verschiedenen Extrudern in einem Werkzeug zu Schichten geformt und aufeinander geführt.

Question 16

Anwendungsbereiche von Flachfolien (5):

Answer 16

• Frischhaltefolien
• Folien für Becher
• Displayschutzfolien
• Folien mit integrierten Leuchtdioden
• Klebeband

Question 17

Welche Massen kann das Flachfolienextrusionsverfahren erzeugen ?

Answer 17

Dicke : wenige Mikrometer bis Millimeter
Breite: bis zu 5m
Durchsatz: bis zu 3t/h

Question 18

Auf welchen Werkstoffeigenschaften hat der heiße Teil der Verarbeitung Einfluss ?

Answer 18

• Molekulargewicht
• Viskosität
• Farbe
• Vercrackung
• Orientierung

Question 19

Wie verändert sich das Molekulargewicht im Extruder?

Answer 19

Durch thermische und mechanische Energien werden die Polymerketten gespalten.
das Molekulargewicht verringert sich.

Bei Polykondensaten kommt es zur Hydrolyse falls sie zu feucht verarbeitet werden. ( Spaltung der Polymerketten)

Das abnehmende Molekulargewicht kann zur Verringerung der Viskosität führen, was den Prozess zusammenbrechen lassen kann.

Question 20

Wo tritt ein deutlicher Abfall des Molekulargewichtes auf?

Answer 20

Beim Recycling.
Die mehrfache Verarbeitung führt zu einer stärkeren Belastung und Abnahme des Molekulargewichts.

Bsp: Bei 5x Verarbeitung von Polyamid verliert es 25% seines Molekulargewichtes.

Question 21

Zu welchen Produkteigenschaften führt eine möglichst schonende Verarbeitung ?

Answer 21

+:

• hohes Molekulargewicht
• hohe Festigkeit
• hohe Zähigkeit
• hohe Wärmeleitfähigkeit
• gute Barrierewirkung
• gute chemische Beständigkeit
• :
• schlechtes Fließen
• schwierige Verarbeitung

Question 22

Wie funktioniert Schrumpffolie?

Answer 22

Schrumpffolie bedient sich der Rückstellung, die sehr Temperaturabhängig ist.

Durch schnelles Abkühlen/ Strecken in der Produktion wird ein hohes Maß an Orientierung eingefroren.
Wird die Folie erhitzt, schrumpft sie in Orientierungsrichtung.

Question 23

Welche Polymere werden hauptsächlich als Barrieremantel benutzt und weshalb ?

Answer 23

Vor allem genutzt werden :

• Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere
• Polyamid

Obwohl sie nicht so viel Schutz bieten wie PVDC sind sie besser zu verarbeiten sowie thermisch und UV-stabiler.
Oft werden allerdings extrudiertes Folien (bis zu 9 Schichten) verwendet (PE,PP).

Question 24

Auf welchem Merkmal beruht die Bedeutung des Spritzgießen ?

Answer 24

• direkter Weg vom Rohstoff zum Fertigteil
• hohe Gestaltungsfreiheit (Funktionsintegration)
• keine oder sehr geringe Nachbearbeitung
• vollautomatisierbar
• hohe Reproduziergenauigkeit
• kurze Zykluszeiten

Question 25

Welche Dimensionen könne Spritzgussteile annehmen?

Answer 25

3D > Complex!

Gewicht von unter 1mg bis zu 100 kg

Question 26

Aus welchen 4 Einheiten besteht eine Spritzgießmaschine ?

Answer 26

• Schließeinheit (trägt das Werkzeug)
• Plastifiziereinheit
• Steuer- und Regeleinheit
• Maschinenbett

Question 27

Welche Anforderungen wird an die Schließeinheit der Spritzgießeinheit gestellt ?

Answer 27

Sie muss sehr steif sein, um die großen Auftriebskräfte durch die Einspritzdrücke von bis zu 2000 bar auszuhalten.

Question 28

Was macht ein Spritzgießwerkzeug aus ? Welche Aufgaben hat es zu erfüllen ?

Answer 28

Das Werkzeug ist die zentrale Baugruppe.
Jedes ist ein Unikat, das zwei Aufgabengruppen zu bewältigen hat.

Technologische Aufgabe:

• Aufnahme und Verteilung der Schmelze
• Ausformung der Schmelze
• Abkühlen (Thermoplasten) bzw. Aufheizen ( Elastomere, Duroplasten)
• Entformen

Konstruktive Aufgabe:

• Kraftaufnahme
• Bewegungsübertragung
• Führung der Werkzeugteile

Question 29

Wie sieht der Verfahrensablauf des Spritzgießverfahrens für Thermoplasten aus ?

Answer 29

1: Dosierungsphase
2: Einspritz, Nachdruck und Kühlphase
3: Werkzeug schließen
4: Werkzeug öffnen und Formteil auswerfen

Question 30

Welche 4 Prozessschritte umfasst der Spritzgießzyklus?

Answer 30

Dosierphase> Einspritzphase> Nachdruckphase> Kühlphase

Question 31

Wie läuft die Dosierungsphase ab?

Answer 31

Das Kunststoffgranulat wird formbar gemacht (Plastifizierphase)

Thermoplasten werden aufgeschmolzen

• amorph 10C° über Glastemperatur
• teilkristalline 20-30C° über Kristallschmelztemperatur

Elastomere / Duroplasten werden leicht erwärmt
-definiertes homogenes Schmelzvolumen bereitstellen

Question 32

Wie läuft die Einspritzphase ab ?

Answer 32

Die Masse wird durch eine rein translatorische Bewegung von der Schnecke in die Kavität (Form) gepresst >hohe Drücke! An der Spritzgießschnecke ist auf Grund der Drücke eine Rückstromsperre (Sperrring) angebracht.

Es stellen sich charakteristische Parameterprofile bei bereits erstarrtem Waldbereich ein

Question 33

Wie läuft die Nachdruckphase ab ?

Answer 33

Am Umschaltpunkt geht man und die Nachdruckphase. Durch Abkühlung entstandene Volumenschwingung wird durch nachgepresstes Material ersetzt ( möglichst solange flüssige Bereiche vorhanden sind).
Die Nachdruckphase endet mit dem Versiegeln. ( Einlauf erstarrt)

Question 34

Wie läuft die Heiz/Kühlphase ab?

Answer 34

Thermoplasten kühlen in der Kühlphase bis sie formstabil sind. Dabei fällt der Druck auf Umgebungsdruck.

Elastomere & Duroplasten werden in der Heizphase vernetzt.

Question 35

Was sind die inneren und äußeren Eigenschaften von Spritzgussteilen ?

Answer 35

innerer Eigenschaften :
direkte Folgen von Schmelzbelastung, Schmelzdeformation und Abkühlverlauf.
-Kristallinität
-Orientierung
-Eigenspannungen

äußere Eigenschaften:
abhängig von den inneren Strukturen des Teils
-Schwingungen
-Verzerrung

Question 36

Wie ist Schwingung definiert ?

Answer 36

Zustandsänderung eines Systems, bei dem sie Ausgangslage mindestens 2 mal übergangen wird.

Question 37

Schwingungsanisotopie

Answer 37

Es treten Orts und Richtungsabhängig unterschiedliche Schwingungen auf. Draus folgen unausgeglichene innere Spannungen (das Teil verformt sich).

Question 38

Welche Parameter beeinflussen den Verzug?

Answer 38

Die Werkzeugwand beeinflusst entscheidend den Verzug. (Nachdruck und Massentemperatur haben keinen eindeutigen Einfluss)