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Was ist Kunststoffschrumpfung?

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Schrumpfung von Kunststoffen Schrumpfung von Harz

Die Schrumpfung ist eine entscheidende Eigenschaft von Kunststoffen, die sich direkt auf die Formgebung von Produkten auswirkt. Unter Kunststoffspritzgussform und Spritzgießen Industrie müssen Konstrukteure die Schwindung verstehen, da sie die Konstruktion von Formen beeinflusst.

Für Produktdesigner, die nicht direkt Kunststoffartikel herstellen, ist das Verständnis der Schrumpfung entscheidend. Andernfalls könnten ihre Entwürfe während der Produktion unnötige Probleme verursachen, insbesondere bei dickwandigeren Produkten.

Dieser Artikel befasst sich umfassend mit der Kunststoffschwindung und bietet Einblicke sowohl für Formen- als auch für Produktdesigner.

Was ist Kunststoffschrumpfung?

Unter Kunststoffschwindung versteht man die prozentuale Abnahme der Abmessungen von der ursprünglichen, ungekühlten Größe bis zur abgekühlten Größe bei Raumtemperatur. Sie ist nicht nur auf die thermische Ausdehnung und Kontraktion zurückzuführen, sondern hängt auch mit verschiedenen Formgebungsfaktoren zusammen und wird daher als Formschrumpfung bezeichnet.

Konkret kann die Schrumpfung mit dieser Formel berechnet werden:

Schrumpfung = (Originalgröße - abgekühlte Größe) / Originalgröße × 100%

Das Ausmaß der Kunststoffschrumpfung hängt von Faktoren wie Materialtyp, Zusammensetzung, Feuchtigkeitsaufnahme und Formtemperatur ab. So weisen kristalline Kunststoffe in der Regel eine größere Schrumpfung auf als amorphe Kunststoffe.

Die Auswirkungen von Schrumpfung auf Teile

Schrumpfung wirkt sich auf verschiedene Weise auf Teile aus, unter anderem auf die Produktleistung, das Aussehen und die Produktionskosten.

Erstens beeinträchtigt sie die Maßhaltigkeit der Teile. Unzureichend kontrollierte Schrumpfungsraten können dazu führen, dass die Abmessungen von Teilen von den Konstruktionsspezifikationen abweichen, was die Montagegenauigkeit und die Passgenauigkeit beeinträchtigt. In der Automobilindustrie zum Beispiel kann die Schrumpfung die reibungslose Funktion von Bauteilen wie Türen und Fenstern beeinträchtigen, was sich auf die Gesamtleistung und Sicherheit des Fahrzeugs auswirkt.

Zweitens beeinflusst sie die Qualität des Aussehens der Teile. Da Kunststoffteile in der Regel glatte Oberflächen haben, kann die Schrumpfung zu Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche führen, die die Ästhetik und Textur des Produkts beeinträchtigen. Dies wirkt sich nicht nur auf die Kaufentscheidung der Verbraucher aus, sondern beeinträchtigt auch das Markenimage eines Unternehmens.

Außerdem erhöht die Schrumpfung die Produktionskosten. Um die Schwindungsraten zu kontrollieren, müssen Spritzgießunternehmen verschiedene Maßnahmen ergreifen, wie z. B. die Anpassung von Werkzeugkonstruktionen und die Optimierung von Spritzgießprozessen. Diese Maßnahmen erfordern erhebliche personelle und materielle Ressourcen, was die Produktionskosten in die Höhe treibt. Außerdem kann es sein, dass die Unternehmen aufgrund der verminderten Maßgenauigkeit der Teile Nacharbeiten oder Reparaturen vornehmen müssen, was die Produktions- und Zeitkosten weiter erhöht.

Warum Produktdesigner die Schrumpfung beim Spritzgießen kennen müssen

Auch wenn Spritzgießbetriebe Schwindungsprobleme während der Produktion lösen, müssen Produktdesigner dennoch über Kenntnisse in Bezug auf Schwindung verfügen. Hier ist der Grund dafür:

Optimierung der Entwürfe: Durch die Kenntnis der Schrumpfung können Designer Größenänderungen während der Produktion vorhersehen und ihre Entwürfe für präzise, konsistente Ergebnisse optimieren.

Auswahl der Materialien: Verschiedene Kunststoffe weisen während des Formens unterschiedliche Schrumpfungswerte auf. Die Kenntnis der Schrumpfung hilft bei der Auswahl geeigneter Materialien auf der Grundlage der Konstruktionsanforderungen.

Iterativer Entwurfsprozess: Das frühzeitige Erkennen und Beheben von Schwundproblemen verkürzt die Entwicklungszyklen und beschleunigt die Produkteinführung.

Kosteneffizienz: Durch die Minimierung von Schwundproblemen werden Abfall, Nacharbeit und Verzögerungen reduziert und die Kosteneffizienz der Produktionsprozesse verbessert. Konstrukteure, die sich der Schrumpfung bewusst sind, können wirtschaftlich tragfähige Produkte entwickeln.

Faktoren, die die Schrumpfung beim Spritzgießen beeinflussen

Die Schrumpfungsraten variieren je nach Kunststoff aufgrund von Faktoren wie Dicke, Formgebungsverfahren und Umweltbedingungen. Für Produktdesigner ist es wichtig, dies zu beachten:

  1. Dickere Wände führen zu längeren Abkühlzeiten und größerer Schrumpfung.
  2. Merkmale wie Verstärkungen und Gravuren sind schrumpffest, was zu geringeren Schrumpfungsraten in diesen Bereichen führt.

Die Konstrukteure von Formen sollten darauf achten, wie die Kunststoffschwindung beeinflusst wird, vor allem in:

Formgebungsverfahren Faktor

  • Eine gleichbleibende Formgebungstemperatur reduziert die Schrumpfung.
  • Ein erhöhter Einspritzdruck verringert die Schrumpfung.
  • Eine höhere Schmelztemperatur verringert die Schrumpfung.
  • Eine höhere Formtemperatur erhöht die Schwindung.
  • Anhaltender Druck sorgt für eine Verringerung der Schrumpfung.
  • Eine längere Abkühlzeit in der Form verringert die Schrumpfung.
  • Hohe Einspritzgeschwindigkeiten erhöhen leicht die Schrumpfung.
  • Die anfängliche Schrumpfung ist groß und stabilisiert sich nach etwa zwei Tagen.

Kunststoff-Struktur-Faktor

  • Dickwandige Teile weisen höhere Schrumpfungsraten auf.
  • Parts with inserts have lower shrinkage rates.
  • Komplexe Formen haben geringere Schrumpfungsraten.
  • Die Schrumpfung ist in der Regel in Fließrichtung geringer.
  • Langgestreckte Teile weisen eine geringere Schrumpfung über die Länge auf.
  • Die Schrumpfung in Längsrichtung ist geringer als die Dicke.

Form Struktur Faktor

  • Ein größerer Anschnitt verringert die Schrumpfung.
  • Teile, die weiter vom Anschnitt entfernt sind, haben eine geringere Schrumpfung.
  • Eingeschränkte Teile der Form weisen eine geringere Schrumpfung auf.

Faktor für plastische Eigenschaften

  • Kristalline Kunststoffe weisen eine größere Schrumpfung auf als amorphe.
  • Kunststoffe mit guter Fließfähigkeit haben eine geringere Schrumpfung beim Formen.
  • Die Zugabe von Füllstoffen zu Kunststoffen verringert die Schrumpfung erheblich.
  • Verschiedene Chargen desselben Kunststoffs weisen unterschiedliche Schrumpfungsraten auf.

Verschiedene Materialien weisen eine unterschiedliche Schwindung beim Spritzgießen auf

Aufgrund der Vielzahl von Faktoren, die die Schrumpfungsraten von Kunststoffen beeinflussen, weisen die Werte eine erhebliche Schwankungsbreite auf. Die Schrumpfungsrate von ABS, die Sie online finden, kann beispielsweise zwischen 0,4% und 0,7% liegen. Um eine genauere Spanne anzugeben, hat FirstMold mehrere detaillierte Tabellen mit Kunststoff-Schrumpfungsraten zusammengestellt.

PA6 Kunststoff Schrumpfung:

Material und BeschreibungSchrumpfung der Form (%)Bemerkungen
15% Glasfaserverstärktes PA60.5-0.8PA6G15
20% Glasfaserverstärktes PA60.4-0.6PA6G20
30% Glasfaserverstärktes PA60.3-0.5PA6G30
40% Glasfaserverstärktes PA60.1-0.3PA6G40
50% Glasfaserverstärktes PA60.1-0.3PA6G50
25% Glasfaserverstärktes flammhemmendes PA60.2-0.4Z-PA6G25
30% Glasfaserverstärktes flammhemmendes PA60.2-0.4Z-PA6G30
30% Glasfaserverstärktes, halogenfreies, flammhemmendes PA60.2-0.4Z-PA6G30
Halogenfreies, flammhemmendes PA60.8-1.2Z-PA6
30% Mineralgefülltes, halogenfreies, flammhemmendes PA60.5-0.8Z-PA6M30
30% Glas-Mikrokugeln, gefüllt mit PA60.8-1.2PA6M30
30% Glasfaser-Mineral-Verbundwerkstoff, gefüllt mit PA60.3-0.5PA6M30
40% Glasfaser-Mineral-Verbundwerkstoff, gefüllt mit PA60.2-0.5PA6M40
30% Mineralgefülltes PA60.6-0.9PA6M30
40% Mineralgefülltes PA60.4-0.7PA6M40
Allgemeine Spritzgussqualität PA61.4-1.8PA6
Schneller Prototypenbau PA61.2-1.6PA6
Allgemeines gehärtetes PA61.0-1.5PA6
Mittelstark gehärtetes PA60.9-1.3PA6
Supergehärtetes PA60.9-1.3PA6
MoS2-gefülltes verschleißfestes PA61.0-1.4PA6

PA6 Kunststoff Schrumpfung:

Material und BeschreibungSchrumpfung der Form (%)Bemerkungen
15% Glasfaserverstärktes PA660.6-0.9PA66G15
20% Glasfaserverstärktes PA660.5-0.8PA66G20
25% Glasfaserverstärktes hitzebeständiges Öl PA660.4-0.7PA66G25
30% Glasfaserverstärktes PA660.4-0.7PA66G30
30% Glasfaserverstärktes hydrolysebeständiges PA660.3-0.6PA66G30
40% Glasfaserverstärktes PA660.2-0.5PA66G40
50% Glasfaserverstärktes PA660.1-0.3PA66G50
25% Glasfaserverstärktes flammhemmendes PA660.2-0.4Z-PA66G25
30% Glasfaserverstärktes flammhemmendes PA660.2-0.4Z-PA66G30
30% Mineralgefülltes, halogenfreies, flammhemmendes PA660.2-0.4PA66M30
Halogenfreies flammhemmendes PA660.8-1.2Z-PA66
30% Mineralgefülltes, halogenfreies, flammhemmendes PA660.4-0.7Z-PA66M30
30% Glas-Mikrokugeln, gefüllt mit PA660.8-1.2PA66M30
30% Glasfaser-Mineral-Verbundwerkstoff, gefüllt mit PA660.2-0.5PA66M30
30% Mineralgefülltes PA660.6-0.9PA66M30
40% Mineralgefülltes PA660.4-0.7PA66M40
Allgemeine Spritzgussqualität PA661.5-1.8PA66
Schneller Prototypenbau PA661.5-1.8PA66
Allgemein Gehärtetes PA661.2-1.7PA66
Mittelstark gehärtetes PA661.2-1.6PA66
Supergehärtetes PA661.2-1.6PA66
MoS2-gefülltes verschleißfestes PA661.2-1.6PA66

PP Kunststoff Schrumpfung:

Material und BeschreibungSchrumpfung der Form (%)Bemerkungen
20% Talkumgefülltes PP1.0-1.5PPM20
30% Talkumgefülltes PP0.8-1.2PPM30
40% Talkumgefülltes PP0.8-1.0PPM40
20% Talkumgefülltes, gehärtetes PP1.0-1.2PPM20
20% Mit Kalziumkarbonat gefülltes PP1.2-1.6PPM20
10% Glasfaserverstärktes PP0.7-1.0PPG10
20% Glasfaserverstärktes PP0.5-0.8PPG20
30% Glasfaserverstärktes PP0.4-0.7PPG30
20% Glas-Mikrokugeln gefüllt mit PP1.2-1.6PPM20
30% Glas-Mikrokugeln, gefüllt mit PP1.0-1.2PPM20
Bromiertes flammhemmendes PP1.5-1.8PP
Halogenfreies flammhemmendes PP1.3-1.6PP
Hoher Durchfluss Hohe Schlagfestigkeit PP1.5-2.0PP
Allgemein Gehärtetes PP1.5-2.0PP
Mittelstark gehärtetes PP1.4-1.9PP
Super gehärtetes PP1.3-1.8PP
Wärmealterungsbeständig PP11.5-2.0PP1
Wärmealterungsbeständiges PP21.5-2.0PP2
Wärmealterungsbeständiges PP31.5-2.0PP3
Schlagzähigkeit Witterungsbeständigkeit PP41.5-2.0PP4
Hohe Schlagzähigkeit und Witterungsbeständigkeit PP51.5-1.8PP5
20% Talkumgefülltes PP61.0-1.2PP6
30% Talkumgefülltes PP70.9-1.1PP7
40% Talkumgefülltes PP80.8-1.0PP8

PC Kunststoff Schrumpfung:

Material und BeschreibungSchrumpfung der Form (%)Bemerkungen
10% Glasfaserverstärktes PC0.3-0.5PCG10
20% Glasfaserverstärktes PC0.3-0.5PCG20
25% Glasfaserverstärktes PC0.2-0.4PCG25
30% Glasfaserverstärktes PC0.2-0.4PCG30
20% Glasfaserverstärktes flammhemmendes PC0.2-0.4Z-PCG20
25% Glasfaserverstärktes flammhemmendes PC0.2-0.4Z-PCG25
30% Glasfaserverstärktes flammhemmendes PC0.2-0.4Z-PCG30
20% Glasfaserverstärktes, halogenfreies, flammhemmendes PC0.2-0.4Z-PCG20
30% Glasfaserverstärktes, halogenfreies, flammhemmendes PC0.1-0.3Z-PCG30
20% Glas-Mikrokugeln, gefüllt mit PC0.3-0.6PCM20

PC/ABS Kunststoff Schrumpfung:

Material und BeschreibungSchrumpfung der Form (%)Bemerkungen
20% Glasfaserverstärktes PC/ABS0.2-0.4PC/ABSG20
Bromiertes flammhemmendes PC/ABS0.3-0.6Z-PC/ABS
Halogenfreies, flammhemmendes PC/ABS0.4-0.7Z-PC/ABS
Witterungsbeständiges PC/ABS0.4-0.7PC/ABS
35% PC0.4-0.6PC/ABS
65% PC0.4-0.7PC/ABS
85% PC0.4-0.7PC/ABS

PC/PBT Kunststoff Schrumpfung:

Material und BeschreibungSchrumpfung der Form (%)Bemerkungen
10% Glasfaserverstärktes PC/PBT0.5-0.8PC/PBTG10
20% Glasfaserverstärktes PC/PBT0.4-0.6PC/PBTG20
30% Glasfaserverstärktes PC/PBT0.3-0.5PC/PBTG30
30% Glasfaserverstärktes flammhemmendes hochhitzebeständiges PC/PBT0.3-0.5Z-PC/PBTG30
Hohe Schlagfestigkeit und Hitzebeständigkeit PC/PBT0.6-1.0PC/PBT

ABS-Kunststoff Schrumpfung:

Hier ist die Tabelle auf der Grundlage der bereitgestellten Informationen:

Material und BeschreibungSchrumpfung der Form (%)Bemerkungen
20% Glasfaserverstärktes ABS0.2-0.4ABSG20
25% Glasfaserverstärktes ABS0.2-0.4ABSG25
30% Glasfaserverstärktes ABS0.1-0.3ABSG30
20% Glasfaserverstärktes flammhemmendes ABS0.1-0.3Z-ABSG20
Allgemeines flammhemmendes ABS0.4-0.7Z-ABS
Allgemeines ABS-Spritzgussmaterial0.4-0.7ABS
Witterungsbeständiges ABS0.4-0.7ABS

Wie lassen sich Schwankungen beim Schrumpfen von Kunststoffen verhindern?

Anzunehmende Maßnahmen

Fluss- und Gate-Gleichgewicht erreichen

Wie im Titel erwähnt, variieren die Schrumpfungsraten aufgrund von Änderungen des Harzdrucks. Bei Einzelkavitätenwerkzeugen mit mehreren Anschnitten oder bei Mehrkavitätenwerkzeugen ist eine korrekte Abstimmung der Anschnitte unerlässlich. Das Ausbalancieren der Anschnitte ist für einen gleichmäßigen Harzfluss erforderlich, der vom Fließwiderstand innerhalb des Angusses abhängt. Daher ist es besser, die Angussbalance vor der Anschnittbalance zu erreichen.

Anordnung der Formhohlräume

Um die Einstellung der Formgebungsbedingungen zu erleichtern, muss die Anordnung der Kavitäten beachtet werden. Da das geschmolzene Harz Wärme in die Form transportiert, bildet die Temperaturverteilung in der Form bei typischen Kavitätenanordnungen konzentrische Kreise um den Anschnitt herum. Daher ist es wichtig, bei der Auswahl der Anordnung der Kavitäten in Mehrkavitätenwerkzeugen sowohl ein einfaches Angussgleichgewicht als auch eine konzentrische Anordnung um den Anschnitt herum sicherzustellen.

Vorbeugung von Formverformungen

Formverformungen entstehen durch ungleichmäßige Schrumpfung, die zu inneren Spannungen führt. Um eine ungleichmäßige Schrumpfung zu verhindern, insbesondere bei kreisförmigen Produkten mit Löchern in der Getriebemitte, muss in der Mitte ein Anschnitt angebracht werden. Wenn jedoch ein erheblicher Unterschied in den Schrumpfungsraten zwischen der Fließrichtung des Harzes und der senkrechten Richtung besteht, ergibt sich der Nachteil, eine Ellipse zu bilden.

Für eine höhere Rundheitspräzision ist es notwendig, 3-Punkt- oder 6-Punkt-Anschnitte einzurichten. Es ist jedoch entscheidend, dass jeder Anschnitt richtig ausgewuchtet wird. Bei der Verwendung von Seitenanschnitten kann ein 3-Punkt-Anschnitt den Innendurchmesser von zylindrischen Produkten vergrößern. In Situationen, in denen Anschnittmarkierungen auf der Oberfläche und den Stirnseiten nicht zulässig sind, ist es ratsam, die Verwendung von inneren seitlichen Mehrfachanschnitten auf ein Minimum zu beschränken, was zu günstigen Ergebnissen führen kann.

 

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