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In den letzten Jahren hat der Einsatz gas- und wasserunterstützter Spritzgusstechniken eine erhebliche Wirksamkeit bei der Lösung von Hohlstrukturen und Spritzspannungen in Kunststoffprodukten gezeigt .
In diesem Artikel werden wir die Formprinzipien des wasserunterstützten Spritzgießens, seine Prozesseigenschaften und seine Anwendungen in verschiedenen Bereichen eingehend untersuchen.
Was ist wasserunterstütztes Spritzgießen?
Wasserunterstütztes Spritzgießen ist ein neues Formverfahren zur Herstellung hohler oder teilweise hohler Kunststoffprodukte.
Bei diesem Spritzgussverfahren wird mithilfe einer Druckerhöhungseinrichtung Hochdruckwasser erzeugt, das in den bereits teilweise mit geschmolzenem Material gefüllten Formhohlraum eingespritzt wird.Durch den Druck des Wassers wird die Schmelze nach vorne gedrückt und der Hohlraum gefüllt.
Die Vorderkante des Wassers wirkt wie ein Verdrängerkolben und übt eine Kraft auf den geschmolzenen Kern des Teils aus.Von der Vorderkante des Wassers bis zum Übergangsbereich der Schmelze erstarrt eine sehr dünne Schicht Kunststofffolie.
Es wirkt wie ein hochviskoser Kern und drückt die Polymerschmelze weiter zu einem Hohlkörper.
Abschließend wird das Wasser durch Schwerkraft oder Druckluft aus dem Teil ausgetrieben und nach dem Abkühlen und Entformen erhält man das fertige Produkt.
Insbesondere bei dickwandigen Werkstücken kann die Abkühlzeit mit Wasserunterstützung im Vergleich zur Gasunterstützung deutlich verkürzt werden.
Wasserunterstütztes Spritzgussverfahren
Beim wasserunterstützten Spritzgießen kommen hauptsächlich zwei Verfahren zum Einsatz: das Kugelverfahren und das gasunterstützte plus wasserunterstützte Verbundverfahren.
Jeder dieser Prozesse weist unterschiedliche Merkmale auf. Mit der Bullet-Methode entstehen Teile mit geringeren Wandstärken und geringeren Abweichungen im Innendurchmesser.
Im Gegensatz dazu führt das gasunterstützte plus wasserunterstützte Verbundverfahren zu Teilen mit glatteren Innenwänden.
Darüber hinaus sorgt die vollständige Austreibung des Wassers aus den Kanälen mittels Gas bei diesem Verbundprozess für eine vollständige Trocknung der Teile.
Materialien für wasserunterstütztes Formen
Mehrere Materiallieferanten entwickeln Materialien, die für wasserunterstützte Formprozesse geeignet sind.
Erhebliche Fortschritte wurden beim Einsatz von Polyamiden (Nylonen) erzielt, die die Flüssigkeitsübertragungsleitungen und Metallteile ersetzen , die in den Motorräumen von Automobilen verwendet werden.
Diese speziellen Materialien wurden modifiziert, um langsamere Kristallisationsraten zu erreichen und so eine vorzeitige Verfestigung und Perforation (oder Fusselbildung) zu vermeiden.
Die neuen PA-Materialien sind entweder PA6- oder PA66-Typen und enthalten häufig Glasfasern oder glasfasermineralische Füllstoffe.
Materialien auf Basis von PA 66 weisen eine bessere Korrosionsbeständigkeit gegenüber Ethylenglykol-Kühlmitteln auf.Einige Spritzgussunternehmen verwenden Polypropylenmaterial in wasserunterstützten Formverfahren .
Während andere die potenziellen Anwendungen von ungefüllten Basismaterialien aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), aliphatischem Polyketon und Polybutylenterephthalat (PBT) bewerten.
Vorteile des wasserunterstützten Spritzgießens
Aufgrund der Inkompressibilität des Wassers bildet das vordere Ende des Wassers eine feste Grenzfläche und drückt die Innenwand des Produkts in einen Hohlraum.
Das vordere Ende des Wassers dient auch dazu, das Produkt schnell abzukühlen.
Daher hat das wasserunterstützte Formen gegenüber dem gasunterstützten Formen mehrere Vorteile:
- Verkürzt den Formzyklus des Produkts
- Gleichmäßige Wandstärke
- Reduzierter Eigenstress
- Verbesserte Glätte der Innenwand
- Niedrigerer Preis für Wasser als Medium
Nachteile des wasserunterstützten Spritzgießens
Obwohl das wasserunterstützte Formen viele Vorteile hat, die das gasunterstützte Formen nicht bieten kann, weist es auch einige Nachteile auf:
- (1) Erhöhter Entwässerungsprozess
- (2) Wasserleckproblem
- (3) Korrosion von Formmaterialien durch Wasser
Anwendungen des wasserunterstützten Spritzgießens
Die Nachfrage nach wasserunterstützter Spritzgusstechnologie kommt hauptsächlich von Lieferanten hohler Automobilprodukte.
Diese Technologie wird häufig auf Kühlsysteme angewendet und erzeugt harte, faserverstärkte Nylonrohre.
Es ermöglicht größere Hohlrohrabschnitte, spart Platz im vorderen Motorraum und bietet eine größere Designflexibilität.
Derzeit werden wasserunterstützte Spritzgussleitungen in Fahrzeugmodellen wie dem C095 eingesetzt.
Im Vergleich zu Metallrohren erreicht diese Technologie eine Gewichtsreduzierung von 42 % pro Rohr und trägt so zur Gesamtgewichtsreduzierung des Fahrzeugs bei.
Bei leichten und langlebigen Möbelkomponenten ermöglicht das wasserunterstützte Formen größere Querschnittsräume und dünnere Wände, wodurch Material gespart und der Formzyklus verkürzt wird.
Daher wird es häufig zur Herstellung verschiedener Griffe, Armlehnen, Möbelbeine und Türgriffe verwendet.
Darüber hinaus ist bei der Herstellung spezieller Produkte im wasserunterstützten Spritzgussverfahren keine Entwässerung erforderlich – farbiges Wasser wird in den Kern der Schmelze injiziert und dort zurückgehalten.
Das Ergebnis sind attraktive Produkte mit einer klaren Kunststoffaußenschicht und einem farbigen Wasserkern.
Vergleich von wasserunterstütztem und gasunterstütztem Formen
Wasserunterstütztes Spritzgießen ist eine zusätzliche Spritzgießtechnologie, die auf der Grundlage des gasunterstützten Spritzgießens entwickelt wurde .
Im Vergleich zum gasunterstützten Spritzgießen mit Stickstoff liegt der Hauptvorteil des wasserunterstützten Spritzgießens in der schnellen Kühleffizienz des Wassers.
Wasser hat eine 40-mal höhere Wärmeleitfähigkeit als Stickstoff und seine Wärmekapazität ist viermal größer als die von Gasen.
Bei dickwandigen Bauteilen können die Kühlzeiten mit Wasserunterstützung im Vergleich zur Gasunterstützung um 30-70 % verkürzt werden.
Darüber hinaus kann das wasserunterstützte Spritzgießen bei der Herstellung von Leitungen mit großem Durchmesser zu dünneren Wandstärken, gleichmäßigeren Querschnitten und glatteren Innenflächen führen.
Gasunterstütztes Spritzgießen wird als sehr ausgereifte Technologie seit vielen Jahren in der kunststoffverarbeitenden Industrie eingesetzt.
Eine seiner wichtigsten Anwendungen ist die Herstellung dickwandiger Kunststoffteile , etwa Griffe und ähnliche Produkte.
Auch plattenförmige Teile oder andere Kunststoffe mit lokal verdickten Stellen stellen einen wichtigen Anwendungsbereich für die gasunterstützte Formgebung dar.
Im Gegensatz dazu handelt es sich beim wasserunterstützten Spritzgießen um eine relativ neue Technologie, die es erst seit etwa sechs Jahren gibt, seit die ersten Ergebnisse der Technologie vom Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Deutschland veröffentlicht wurden.
Diese Technologie hat sich jedoch rasant weiterentwickelt.
In der praktischen Produktion werden Kunststoffteile mit Funktionsräumen oder Kanälen zunehmend mittels wasserunterstützter Spritzgusstechnik hergestellt .
