Schrumpfung in Kunststoffmaterialien: Verstehen und Steuern

Schrumpfung ist ein Schlüsselfaktor bei der Konstruktion und Herstellung von Kunststoffprodukten, da sie sich direkt auf die Maßhaltigkeit und Qualität des Endprodukts auswirkt. In diesem Artikel werden wir untersuchen, was Schrumpfung ist, welche Faktoren sie beeinflussen und wie sie kontrolliert und reduziert werden kann.

Was ist Schrumpfung?

Unter Schrumpfung bei Kunststoffen versteht man die Verringerung des Volumens oder der Abmessungen eines Produkts beim Abkühlen und Erstarren nach dem Spritzgießen. Diese Verringerung ist auf die thermische Schrumpfung des Materials und bei polykristallinen Materialien zusätzlich auf die Kristallisation zurückzuführen. Nach Angaben von SpecialChem kann die Schrumpfung bei spritzgegossenen Kunststoffteilen bis zu 20% nach Volumen betragen.

Arten der Schrumpfung

1. Schrumpfung in der Form: Tritt während der Abkühlung des Materials in der Form auf, wenn der geschmolzene Kunststoff erstarrt und sein Volumen verringert. Diese Schrumpfung wird als Differenz zwischen den Abmessungen der Form und den Abmessungen des Produkts bei Raumtemperatur gemessen.

2. Schrumpfung nach der Formgebung: Tritt auf, nachdem das Produkt aus der Form entnommen wurde, während der weiteren Abkühlung oder aufgrund der Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Umgebung.

Faktoren, die die Schrumpfung beeinflussen

- Materialtyp: Thermoplaste haben unterschiedliche Schrumpfungsraten. Polykristalline Materialien (z. B. PP) haben eine höhere Schrumpfung, während amorphe Materialien (z. B. PS) eine geringere Schrumpfung aufweisen.
- Wandstärke: Dickere Teile kühlen langsamer ab, was zu einer höheren Schrumpfung führen kann.
- Form- und Schmelztemperatur: Höhere Temperaturen können die Schrumpfung erhöhen.
- Druck und Verweilzeit: Ein gut angepasster Druck reduziert die Schrumpfung.
- Form und Design: Gleichmäßige Kühlung reduziert innere Spannungen.

Normen zur Messung der Schrumpfung

ISO 294-4:2018 legt Verfahren zur Bestimmung der Schwindung beim Spritzgießen und der Schwindung nach dem Spritzgießen von thermoplastischen Werkstoffen fest. Diese Norm beschreibt die Vorbereitung von Prüfkörpern und Messverfahren, die einen konsistenten Vergleich zwischen verschiedenen Materialien und Prozessen ermöglichen.

Praktische Tipps zur Kontrolle der Schrumpfung

- Auswahl des geeigneten Materials auf der Grundlage der erwarteten Dimensionsstabilität.
- Feinabstimmung der Prozessparameter.
- Geeignete Formgestaltung mit gleichmäßiger Kühlung.
- Wärmebehandlung oder Konditionierung des Produkts nach dem Spritzgießen.

Schlussfolgerung

Die Schrumpfung ist ein unvermeidliches Phänomen beim Kunststoffspritzguss. Sie kann jedoch wirksam kontrolliert werden, wenn man die Faktoren kennt, die sie beeinflussen, und wenn man die Prozesse richtig optimiert. Dies kann eine hohe Qualität und Präzision der Kunststoffprodukte gewährleisten, was für ihre Funktionalität und langfristige Zuverlässigkeit entscheidend ist.

Schrumpfungstabelle für gängige Materialien

Die nachstehende Tabelle zeigt den Bereich der Gesamtschrumpfung (in Prozent) für die gängigsten thermoplastischen Materialien. Die angegebenen Werte dienen als Richtwerte für die Bemessung.