Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung der Einflüsse des Spritzgießprozesses auf die Klebbarkeit von Thermoplasten

Das Spritzgießen ist eines der wichtigsten Fertigungsverfahren zur Massenherstellung von thermoplastischen Formteilen. Zum Fügen der Bauteile untereinander oder mit artfremden Werkstoffen steht unter anderem das Kleben zur Verfügung. Viele Anwender vermeiden jedoch den Einsatz von Klebstoffen beim Verbinden von spritzgegossenen Thermoplasten. Bekannte Probleme hierbei sind neben der niedrigen Oberflächenenergie auch Trenn- und Gleitmittelrückstände vom Gießprozess und die schwer prognostizierbare Festigkeitsentwicklung der Klebung über die Einsatzzeit. Mögliche Ursache hierfür ist die umgebungsbedingte Spannungsrisskorrosion, die aus dem Zusammenspiel von spritzgießbedingten Eigenspannungen und eindiffundierenden Klebstoffbestandteilen resultiert. Insbesondere amorphe Thermoplaste sind hiervon betroffen.

Der Zusammenhang zwischen Spritzgießprozess, Klebbarkeit und umgebungsbedingter Spannungsrisskorrosion wird in den aktuellen Normen und Richtlinien zum Kleben von Thermoplasten nicht betrachtet. Das Forschungsvorhaben schließt diese Lücke. Der Einfluss des Spritzgießprozesses auf die verarbeiteten Thermoplaste und die sich ausbildenden Eigenspannungen werden systematisch untersucht. Die Spannungsrissneigung bei chemischem Angriff durch Klebstoffe wird untersucht, ebenso die Auswirkung der umgebungsbedingten Spannungsrissbildung auf die Festigkeit von Klebverbindungen thermoplastischer Werkstoffe.

Ziel des Vorhabens ist Validierung der oben beschriebenen Zusammenhänge und die Erstellung einer Richtlinie, die dem industriellen Anwender relevante Prozessparameter dargelegt und Vorgaben für einen klebgerechten Spritzgießprozess enthält. Dieser stark durch KMU geprägte Industriebereich erhält damit eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, den bisherigen Fertigungsprozess zu optimieren. Die Qualität der spritzgegossenen Bauteile in Bezug auf eine klebtechnische Weiterverarbeitung wird so gesteigert und die Wettbewerbsfähigkeit erhöht.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen dieses Projekt wurde anhand von umfassenden Versuchen unterstrichen, dass die Spritzgießparameter nicht nur einen Einfluss auf die Eigenspannungen und die Molekülorientierungen von Thermoplasten besitzen, sondern sich auch auf die umgebungsbedingte Spannungsrisskorrosion (ESC) auswirken. Es wurde eine neue Methode entwickelt, um den ESCR von Kunststoffen gegenüber verschiedenen Medien sehr genau zu bestimmen. Dazu mussten bestehende Messmethoden zunächst überprüft und dann zielführend abgeändert werden. Im Fokus standen Formulierungsbestandteile von Klebstoffen wie z.B. bestimmte Weichmacher, über die bislang keine solchen Informationen vorliegen.

Es wurde festgestellt, dass die Eigenspannungen mit dem ESCR zusammenhängen, während dies für die Molekülorientierungen aber scheinbar nicht der Fall ist. Weiterhin wurde herausgefunden, dass für die untersuchten Kunststoff-Klebstoff-Kombinationen der ESCR des Kunststoffs durch die Spritzgießparameter nicht so maßgeblich geändert werden kann, dass eine direkte Korrelation zwischen Spritzgießparametern und Klebbarkeit möglich ist. Dieser Einfluss könnte aber bei anderen Kunststoff-Klebstoff-Kombinationen bestehen und hier besteht weiterer Forschungsbedarf.

Durch das entwickelte relativ schnelle und kostengünstige Vorgehen und die Prüftechnik, wie verschiedene Klebstoffkomponenten auf ihre ESC-Aktivität gegenüber bestimmten Kunststoffen hin untersucht werden können, kann die Gefahr der Spannungsrisskorrosion in Klebungen schon vor dem ersten Klebversuch innerhalb der Konzeptphase an Couponproben vergleichend bestimmt werden. Damit ist es auch möglich, in Zukunft bei neuen Klebstoffentwicklungen die Gefahr der Spannungsrissbildung mit zu berücksichtigen, zu bestimmen, und Klebstoffe besser auf die verschiedenen Kunststoffe anzupassen.

Erste Anfragen zur Nutzung der Prüftechnik und Ermittlung des Einflusses von Klebstoffkomponenten (jetzt: peroxidische Vernetzer) sind bereits bei der FE eingetroffen.