Das Spritzgießen ist ein Herstellungsverfahren, das häufig zur Herstellung von Gegenständen verwendet wird, von Spielzeug und Kunststoffschmuck bis hin zu Karosserieteilen, Wasserflaschen und Handyhüllen. Ein flüssiger Kunststoff wird in eine Form gepresst und härtet aus - es klingt einfach, ist aber ein komplexer Prozess. Die verwendeten Flüssigkeiten variieren von heißem Glas bis zu einer Vielzahl von Kunststoffen - duroplastisch und thermoplastisch.
Geschichte
Die erste Spritzgießmaschine wurde 1872 patentiert und aus Zelluloid wurden einfache Alltagsgegenstände wie Haarkämme hergestellt.
Unmittelbar nach dem Zweiten Weltkrieg wurde ein stark verbessertes Spritzgussverfahren entwickelt - die „Schraubenspritze“ - und ist heute die am weitesten verbreitete Technik. Sein Erfinder, James Watson Hendry, entwickelte später das "Blasformen", mit dem beispielsweise moderne Plastikflaschen hergestellt werden.
Arten von Kunststoff
Die im Spritzguss verwendeten Kunststoffe sind Polymere - Chemikalien - entweder duroplastisch oder thermoplastisch. Duroplaste werden durch Wärmeeinwirkung oder durch katalytische Reaktion abgebunden. Einmal ausgehärtet, können sie nicht mehr umgeschmolzen und wiederverwendet werden - der Aushärtungsprozess ist chemisch und irreversibel. Thermoplaste können jedoch erhitzt, geschmolzen und wiederverwendet werden.
Duroplaste umfassen EpoxidPolyester- und Phenolharze, während Thermoplaste Nylon und Polyethylen umfassen. Für das Spritzgießen stehen fast zwanzigtausend Kunststoffmischungen zur Verfügung, sodass für nahezu jede Formanforderung eine perfekte Lösung vorhanden ist.
Glas ist kein Polymer und entspricht daher nicht der akzeptierten Definition von Thermoplast - obwohl es geschmolzen und recycelt werden kann.
Die Form
Die Herstellung von Formen war in der Vergangenheit ein hochqualifiziertes Handwerk ("Formenbau"). Eine Form besteht normalerweise aus zwei Hauptbaugruppen, die in einer Presse zusammengeklemmt sind. Die Herstellung einer Form erfordert häufig ein komplexes Design, mehrere Maschinenoperationen und ein hohes Maß an Geschicklichkeit.
Das Werkzeug besteht normalerweise aus Stahl oder Berylliumkupfer, das für den Formenbau verwendet wird und zum Härten eine Wärmebehandlung erfordert. Aluminium ist billiger und einfacher zu bearbeiten und kann für die Produktion in kürzeren Auflagen verwendet werden. Heutzutage haben computergesteuerte Fräs- und Funkenerosionstechniken ("EDM") einen hohen Grad an Automatisierung des Prozesses des Formenbaus ermöglicht.
Einige Formen sind für die Herstellung mehrerer verwandter Teile ausgelegt - beispielsweise eines Modellflugzeugbausatzes - und diese werden als Familienformen bezeichnet. Bei anderen Formkonstruktionen können mehrere Kopien ("Abdrücke") desselben Artikels in einem "Schuss" hergestellt werden, dh eine Injektion von Kunststoff in die Form.
Wie Spritzguss funktioniert
Es gibt drei Haupteinheiten, aus denen eine Spritzgießmaschine besteht - den Aufgabetrichter, den Heizzylinder und den Stößel. Der Kunststoff im Trichter liegt in Granulat- oder Pulverform vor, obwohl einige Materialien wie Silikonkautschuk flüssig sein können und möglicherweise keine Erwärmung erfordern.
In heißer Flüssigkeitsform drückt der Stößel ("Schraube") die Flüssigkeit in die festgeklemmte Form und die Flüssigkeit setzt ab. Viskosere geschmolzene Kunststoffe erfordern höhere Drücke (und höhere Pressbelastungen), um den Kunststoff in jeden Spalt und jede Ecke zu drücken. Der Kunststoff kühlt ab, wenn die Metallform Wärme ableitet, und dann wird die Presse getaktet, um das Formteil zu entfernen.
Bei duroplastischen Kunststoffen wird die Form jedoch erwärmt, um den Kunststoff abzusetzen.
Vorteile des Spritzgießens
Durch Spritzgießen können komplexe Formen hergestellt werden, von denen einige auf andere Weise möglicherweise kaum wirtschaftlich hergestellt werden können.
Die breite Palette an Materialien ermöglicht eine nahezu exakte Übereinstimmung der vom Artikel geforderten physikalischen Eigenschaften Das mehrschichtige Formen ermöglicht die Anpassung der mechanischen Eigenschaften und ein attraktives optisches Erscheinungsbild - auch in einem Zahnbürste
In Bezug auf das Volumen handelt es sich um einen kostengünstigen Prozess, der vermutlich nur minimale Auswirkungen auf die Umwelt hat. Bei diesem Prozess entsteht wenig Schrott und es entsteht Schrott, der erneut gemahlen und wiederverwendet wird.
Nachteile des Spritzgießens
Die Investition in Werkzeuge - die Herstellung der Form - erfordert normalerweise eine Massenproduktion, um die Investition zurückzugewinnen, obwohl dies vom jeweiligen Artikel abhängt.
Die Herstellung des Werkzeugs nimmt Entwicklungszeit in Anspruch und einige Teile eignen sich nicht ohne weiteres für ein praktisches Formdesign.
Die Ökonomie des Spritzgießens
Eine hochwertige Form ist zwar relativ teuer, kann jedoch Hunderttausende von "Abdrücken" erzeugen.
Der Kunststoff selbst ist recht kostengünstig und trotz der Energie, die zum Erhitzen des Kunststoffs und zum Kreislauf des Kunststoffs erforderlich ist Drücken Sie (um jeden Abdruck zu entfernen), der Vorgang kann selbst für die grundlegendsten Elemente wie die Flasche wirtschaftlich sein Kappen.
Billiges Spritzgießen hat letztendlich dazu geführt Verfügbarkeit - Zum Beispiel von Rasierapparaten und Kugelschreibern.
Da jedes Jahr mehrere hundert neue Kunststoffmischungen und moderne Formenbautechniken entwickelt werden, wird der Spritzguss in den nächsten fünfzig Jahren mit Sicherheit weiter zunehmen. Duroplaste können zwar nicht recycelt werden, ihre Verwendung, insbesondere für hochpräzise Bauteile, wird jedoch ebenfalls zunehmen.