Fließ-/Erstarrungsverhalten
Das Verarbeitungsfenster als auch die zu realisierenden Formteilgeometrien beschreiben das Fließ- bzw. Erstarrungsverhalten eines Kunststoffes. Um dieses komplexe Verhalten der Biokunststoffe untersuchen zu können, wurden zuvor Wärmeleitfähigkeit, Fülldruck, Siegelzeit, Schmelz-, Glasübergangs-, Erstarrungstemperatur und Schmelzviskosität ermittelt.
Wärmeleitfähigkeit
Der Kennwert „Wärmeleitfähigkeit“ beschreibt die Fähigkeit eines Werkstoffs Wärme aufzunehmen, zu leiten und abzuführen. Diese Eigenschaft beeinflusst die Temperaturverteilung und das Abkühlungsverhalten der Kunststoffe bei verschiedenen Temperaturen. Der Wärmeleitfähigkeitskolben liefert gemäß ASTM D5930 Daten in einem großen Temperatur- und Druckbereich.
Fülldruck
Der Fülldruck eines jeden Materials wird werkzeugspezifisch während der Herstellung eines Schulterstabes mit der Stabgröße 170 x 10 x 4 mm3 bei drei verschiedenen Massetemperaturen ermittelt. So nimmt der Drucksensor während der Füllphase den Werkzeuginnendruck auf. Ein Prozessdatenverarbeitungssystem berechnet anschließend aus der maximalen Steigungsänderung des Werkzeuginnendruckverlaufs innerhalb dieser Füllphase den Fülldruck. Die Schnecke wurde mit einer Drehzahl von 150 Umdrehungen pro min. und einem spezifischen Staudruck von 150 bar gefahren. Die Einspritzgeschwindigkeit von 40 mm/s wurde konstant gehalten.
Der Fülldruck gibt Rückschluss auf die Viskosität eines Materials während der Verarbeitung.
Bewertung: Viskosität im Vergleich der getesteten Werkstoffe (abgeleitet vom Fülldruck).
Variierte Parameter: Für die verschiedenen Materialien wurden jeweils die Massetemperaturen variiert.
Siegelzeit
Die Siegelzeit wurde mit Hilfe eines Prozessdatenverarbeitungsprogramms über den Prozesskennwert „Siegelindex“ ermittelt. Dieser Siegelindex wird aus der Druckübertragungsfunktion zwischen Hydraulikdruck- und Werkzeuginnendruck berechnet. Zeigt der Siegelindex einen Wert von 100 % an, so kennzeichnet dies den Punkt der vollständigen Erstarrung der Schmelze im Spritzgießwerkzeug und markiert somit die Siegelzeit. Die Siegelzeit ist ein wirtschaftlicher Faktor, da er das Ende der Nachdruckzeit angibt.
Die Schnecke wurde mit einer Drehzahl von 150 Umdrehungen pro min. und einem spezifischen Staudruck von 150 bar gefahren. Die Einspritzgeschwindigkeit von 40 mm/s in ein Schulterstabwerkzeug wurde konstant gehalten.
Bewertung: Die Bewertung bezieht sich auf die Länge der Siegelzeit.
Variierte Parameter: Für die verschiedenen Materialien wurden jeweils die Massetemperaturen variiert.
DSC nach ISO 11357
Eine Granulatprobe von 7-10 mg wurde im Differential-Scanning-Kalorimeter unter Stickstoffatmosphäre 50 ml/min mit 10 K/min erstmalig aufgeheizt, anschließend abgekühlt und ein zweites Mal aufgeheizt. Durch das zweite Aufheizen wird die thermische Vorgeschichte des Granulats nivelliert Damit kann die Glasumwandlungstemperatur bzw. die Aufschmelztemperatur reproduzierbar ermittelt werden. Um eine homogene Schmelze im Spritzgießzylinder zu erzielen, muss die Zylindertemperatur so gewählt werden, dass sie deutlich oberhalb der mit der DSC gemessenen Schmelztemperatur liegen. Mit der Glasübergangstemperatur kann zum Beispiel für amorphe Thermoplaste die Werkzeugtemperatur festgelegt werden, sodass bei der Entformung das Formteil eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit hat und sich gut entformen lässt. Letztlich zeigt sich erst bei der Trocknung und später bei der spritzgießtechnischen Verarbeitung des Materials, ob die Festlegungen der Verarbeitungsparameter auch praktikabel sind.
Variierte Parameter: keine bzw. nach Norm
Schmelzviskosität nach ISO 11443
In diesem Versuch wird in einem Kapillarrheometer das Fließverhalten von Kunststoffschmelzen geprüft. Bei der Extrusion einer Kunststoffschmelze durch eine Kapillare mit definierten Abmessungen (L/D = 30 mit D = 1 mm) werden Prüfdruck oder Volumendurchsatz ermittelt. Aus diesen Messgrößen werden die Scherviskosität (Pa·s) und die Schergeschwindigkeit (1/s) berechnet und als Scherviskositätsfunktion dargestellt. Die Scherviskositätsfunktion dient als Grundlage, um die Verarbeitbarkeit einer Formmasse beurteilen zu können. Das Fließverhalten einer Formmasse hängt wiederum von deren molekularer Struktur ab. Das Kunststoffgranulat wurde 16 Stunden bei 80 °C im Vakuumtrockner getrocknet. Eine Granulatprobe von 7-10 g wurde im Hochdruck-Kapillarrheometer bei drei Prüftemperaturen gemessen, die im Bereich der vermutlich geeigneten Spritzgießmassetemperatur liegen.
Variierte Parameter: Für die verschiedenen Materialien wurden jeweils die Massetemperaturen variiert.
Schauen Sie sich die Versuchsergebnisse direkt in der Datenbank an.
Zu den Ergebnissen