Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Duroplastspritzgießens rieselfähiger Formmassen durch die Qualifizierung von Schaumspritzgießverfahren

Duroplast-Formmassen werden eingesetzt, wenn gleichzeitig eine hohe Dimensionsstabilität und Temperaturbeständigkeit gefordert werden. Bisher werden duroplastische Formmassen im Spritzgießprozess aber ausschließlich kompakt verarbeitet. Eine Übertragung von etablierten Schäumverfahren der Thermoplastverarbeitung verspricht eine signifikante Gewichtsreduzierung von Duroplast-Bauteilen. Dies ermöglicht neben einer ressourcenschonenderen Duroplastverarbeitung die Substitutionen metallischer Komponenten, aber auch teurer Hochtemperatur-Thermoplaste.

Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Qualifizierung von Verfahren zum Schäumen rieselfähiger, duroplastischer Formmassen im Spritzgießprozess. Durch die Qualifizierung der Schäumverfahren werden den duroplastverarbeitenden kmU Fertigungsverfahren zur Verfügung gestellt, die durch Verminderung des Materialeinsatzes die Wirtschaftlichkeit der Fertigung erhöhen. Neben der Untersuchung chemischer Treibmittel wird dazu das physikalische Schäumverfahren ProFoam auf duroplastische Formmassen übertragen und analysiert. Als drittes Verfahren wird das Schaumspritzgießen von Duroplasten mit Mikrohohlkugeln untersucht.

In den Untersuchungen werden Duroplast-Formmassen mit chemischen und physikalischen Treibmitteln verarbeitet. Unter Variation des Treibmittelanteils werden mit einem zu entwickelnden Duroplast-Spritzgießwerkzeug Probekörper im Spritzgießverfahren hergestellt. Als Analysegrößen werden das Bauteilgewicht und die Gewichtsreduktion im Vergleich zu kompakten Probekörpern betrachtet. Weiterhin werden die mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Steifigkeit, in Abhängigkeit der Schaumstruktur, der Dichte und der Dichteverteilung sowie die Dimensionsbeständigkeit in Form von Schwindung und Verzug und die Wärmeformbeständigkeit vergleichend bewertet. Darüber hinaus wird der Einfluss der Spritzgießprozessparameter auf die Bauteileigenschaften an ausgewählten Material/Treibfluid-Kombinationen erarbeitet.

Ergebniszusammenfassung:

In dem Bericht sind die Ergebnisse zur Übertragbarkeit verschiedener Schaumspritzgießverfahren aus der Thermoplastverarbeitung auf das Duroplastspritzgießen dargestellt. Da das Schäumen von Duroplasten industriell noch nicht etabliert ist, bestand das Ziel darüber hinaus darin, ein grundlegendes Prozessverständnis für geeignete Schäumverfahren zu erarbeiten, um einen Transfer in die Industrie zu vereinfachen. Anhand theoretischer Überlegungen und Vorversuche wurden zunächst geeignete Schäumverfahren für die Duroplastverarbeitung identifiziert. Dabei konnten mit dem Einsatz von chemischen Treibmitteln und Glashohlkugeln zwei Prozessvarianten gefunden werden, die sich zum Schäumen von Duroplasten eignen. Neben einer einfachen Umsetzung dieser Verfahren, ohne aufwändige Anlagenmodifikationen, konnten signifikante Reduktionen der Bauteilgewichte erzielt werden. Diese liegen für die chemischen Treibmittel bei ca. 20 % und beim Einsatz von Glashohlkugeln bei bis zu 5 %. Mit der Gewichtabnahme geht eine Abnahme der mechanischen Eigenschaften einher, die die Gewichtsabnahme übersteigt. Dieser Abfall der mechanischen Eigenschaften ist auf inhomogene Schaumstrukturen zurückzuführen.

Weiterhin konnten geeignete Materialkombinationen ermittelt werden und signifikante Prozessparameter zur Reduzierung des Bauteilgewichts herausgestellt werden. Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung hat ergeben, dass sich der Einsatz von chemischen Treibmitteln gegenüber dem kompakten Duroplastspritzgießen wirtschaftlich bereits ab einer Jahresstückzahl von 50.000 rentiert. Diese Erkenntnisse werden dem Kunststoffverarbeiter maßgebliche Hilfestellung zur schnellen und erfolgreichen Anwendung des Duroplast-Schaumspritzgießen liefern.