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Datenblattwerte verstehen


Verstehe die Datenblattwerte
und erreiche eine optimale Produktleistung.


Die Herstellung von Teilen aus extrudierten Halbzeugen wird meistens bevorzugt, wenn das Spritzgießen nicht sinnvoll ist, und oft aus Gründen der Teileleistung. Erfahrene Kunststoffingenieure haben gelernt, dass die Leistung eines zerspanten Teils die eines Spritzgussteils bei weitem übersteigen kann. Der Vergleich der Datenblätter von Harz- und zerspanten Teilen lässt jedoch genau das Gegenteil vermuten.

Warum stimmen die Eigenschaften von extrudierten Teilen selten mit den Eigenschaften überein, die auf einem Kunststoffdatenblatt aufgeführt sind?

Um dies zu verstehen, ist es notwendig zu verstehen, wie das Material während der Herstellung fließt. Das ist der Schlüssel zum Verständnis dieser Beobachtung, insbesondere bei faserverstärkten Produkten. Die molekulare Orientierung aufgrund von Schmelzflussprofilen wirkt sich auch auf ungefüllte Typen aus, so dass die gleichen Prinzipien gelten, obwohl die Anisotropie bei unverstärkten Typen weniger problematisch ist.

Alle Daten auf Harzdatenblättern und Analysenzertifikaten werden mit Hilfe von spritzgegossenen Zugstäben erzeugt. Datenblätter oder Zertifizierungseigenschaften, die vom Hersteller von Harzpellets gemeldet werden, werden von der Industrie akzeptiert, um die Konformität einer Charge mit einer Norm zu bestätigen. Diese Werte sind selten, wenn überhaupt, eine genaue Darstellung der Festigkeit, Dehnung oder des Wärmeausdehnung in alle Richtungen eines Fertigteils.


Abbildung 1: Gespritzer Zugstab – Füllprofil eines spritzgegossenen Zugstabes. Sie sehen die Faserorientierung beim Einspritzen von geschmolzenem Material durch eine Einspritzdüse in einer polierten Spritzgussform. Anschließend friert die kältere Form das Teil ein. Die polierte Form hinterlässt ein hervorragendes Oberflächenfinish ohne gebrochene oder geschnittene Fasern. Die Fasern sind nahezu perfekt in Prüfrichtung ausgerichtet.

Da alle Harzeigenschaften durch die Verwendung von spritzgegossenen Zugstäben wie oben beschrieben bestimmt werden, ist die allgemeine Auffassung, dass alle spritzgegossenen Teile und Halbzeuge überlegene Eigenschaften haben als ihre aus extrudierten Halbzeugen gefertigten Gegenstücke. Dies gilt tatsächlich bei einem Zugstab, aber nur sehr wenige Spritzgussteile weisen ein "nahezu perfektes" Füllprofil auf. Dies optimiert die Materialfestigkeit in der gewünschten Ausrichtung. Nur wenige Spritzgussteile können zur Herstellung guter Zugstäbe verwendet werden. Und so bleibt das Missverständnis bestehen, dass diese optimalen Harzeigenschaften nur bei Spritzgussteilen erreicht werden.

Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse für spritzgegossenes, 30% kohlefaserverstärktes PEEK, das zu Prüfkörpern verarbeitet worden ist, und wie die sich unterscheiden. Die Werte des Chargenzertifikats werden mit den Werten verglichen, von Zugstäben, die aus einer 4 mm dicken (75 mm x 75 mm) spritzgegossenen Vierkantplatte aus der gleichen Charge hergestellt wurden. Zugstäbe wurden in 3 Ausrichtungen hergestellt: in Strömungsrichtung, 45° zur Fließrichtung und senkrecht zur Fließrichtung, um jede Richtung der Eigenschaften zu veranschaulichen.

ZugFestigkeit (MPa) ZugModul (GPa) Dehnung (%) Vergleich mit ISO-Zugstab (%)

Spritzgegossene Zugstäbe (ISO 527)

259

26.2

1.5



Zugstäbe aus spritzgegossener Platte geschnitten, in Fließrichtung


162

17.2

1.0

62%
Zugstäbe aus spritzgegossener Platte geschnitten, 45° zur Fließrichtung
126

11.0

0.7

49%
Zugstäbe aus spritzgegossener Platte geschnitten, quer zur Fließrichtung
112

9.7

0.6

43%

Beachten Sie, dass auch Proben, die in Strömungsrichtung bearbeitet werden, keine "Harzdatenblatt-Eigenschaften" erreichen. Auch bei Spritzgussteilen und -halbzeugen besteht eine Richtungsabhängigkeit der Eigenschaften.

Wie sieht diese Ausrichtungs nun in extrudierten Teilen aus?

Die sehr langsame Extrusions- und Abkühlgeschwindigkeit von außen nach innen führt zu einem "Schmelzkegel", der die Grenze zwischen geschmolzenen und festen Polymerphasen bildet. Ein Großteil der Faserverstärkung richtet sich entlang dieses Schmelzkegels aus, was bedeutet, dass sich die Richtungsabhängigkeit mit der Form des Schmelzkegels ändert.

Die folgenden Diagramme veranschaulichen dies für eine Vielzahl von Halbzeugen. Die hellgrauen Linien zeigen die allgemeine Form des Schmelzkegels. Beachten Sie, dass die Form dieses Kegels 3-dimensional ist, was bedeutet, dass die Form im Falle eines Stabes konisch ist, und parabolisch in einer Platte. Drake's Nahtloses Rohr hat einen Schmelzkegel, der in einer zweidimensionalen Zeichnung schwer zu veranschaulichen ist, aber trotzdem leicht vorstellbar


Abbildung 2: 15,9 mm Stabdurchmesser – - zeigt das Schmelzflussprofil in Drake produzierten Stäben. Das Schmelzprofil friert ein, und bestimmt also die Faserorientierung. Beachten Sie, dass eine aus dieser Stange hergestellte Zugprobe nahezu senkrecht zur Faserorientierung steht.


Abbildung 3: 102 mm Stabdurchmesser - veranschaulicht das Schmelzflussprofil und damit die Faserorientierung.


Abbildung 4: 305 x 305 x 32 mm Drake extrudierte flache Platte - zeigt das Schmelzflussprofil und damit die Faserorientierung.

Die optimale Leistung von Kunststoffteilen erfordert eine Beratung über das Werkzeug. Wenn Sie planen Spritzgussteile oder Halbfabrikate herzustellen, beginnen Sie mit der Positionierung der Teile innerhalb der Form und bestimmen Sie die genaue Position von Einspritzung und Entlüftungen. Die Drake-Ingenieure kennen und verstehen das, und berücksichtigen es immer, wenn sie neue Verfahren zur Herstellung kritischer Teile entwickeln. Fragen Sie Drake.