Einleitung: Spritzgießen ist der wichtigste Prozess bei der Herstellung von Kosmetikverpackungen. Der erste Prozessschritt ist häufig das Spritzgießen, das die Produktqualität und Produktivität maßgeblich beeinflusst. Bei der Festlegung der Prozessparameter für das Spritzgießen sind sieben Faktoren zu berücksichtigen: Schwindung, Fließfähigkeit, Kristallinität, Wärmeempfindlichkeit und Hydrolyseempfindlichkeit von Kunststoffen, Spannungsrisskorrosion und Schmelzbruch, Wärmeleitfähigkeit und Abkühlgeschwindigkeit sowie Feuchtigkeitsaufnahme. Dieser Artikel wurde verfasst vonShanghai Rainbow PaketTeilen Sie die relevanten Inhalte dieser 7 Faktoren als Referenz für Ihre Freunde in der Lieferkette von Youpin:
Spritzguss
Spritzgießen, auch als Gießen bekannt, ist ein Formgebungsverfahren, das Spritzgießen und Formen kombiniert. Zu den Vorteilen des Spritzgießens zählen die hohe Produktionsgeschwindigkeit, die hohe Effizienz, die Automatisierbarkeit, die Vielfalt an Farben und Formen (von einfach bis komplex), die Skalierbarkeit der Abmessungen, die einfache Anpassbarkeit an Anpassungsmöglichkeiten und die Möglichkeit, komplexe Formen herzustellen. Spritzgegossene Teile eignen sich für die Massenproduktion und die Bearbeitung von Produkten mit komplexen Formen. Bei einer bestimmten Temperatur wird das vollständig geschmolzene Kunststoffmaterial durch eine Schnecke gerührt, unter hohem Druck in den Formhohlraum eingespritzt und kühlt ab, um das Formteil zu erhalten. Dieses Verfahren eignet sich für die Massenproduktion von Teilen mit komplexen Formen und ist eines der wichtigsten Fertigungsverfahren.
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Schwindung
Die Faktoren, die die Schrumpfung von thermoplastischen Formteilen beeinflussen, sind folgende:
1) Kunststoffarten: Beim Formgebungsprozess von thermoplastischen Kunststoffen treten aufgrund von Kristallisation, starken inneren Spannungen, hohen Eigenspannungen im Kunststoffteil, starker Molekülorientierung und anderen Faktoren weiterhin Volumenänderungen auf. Daher ist die Schrumpfungsrate im Vergleich zu Duroplasten höher, der Schrumpfungsbereich größer und die Schrumpfungsrichtung deutlich ausgeprägter. Darüber hinaus ist die Schrumpfung nach dem Formgebungsprozess, dem Tempern oder der Feuchtigkeitskonditionierung im Allgemeinen größer als bei Duroplasten.
2) Die Eigenschaften des Kunststoffteils. Beim Kontakt des geschmolzenen Materials mit der Oberfläche des Formhohlraums kühlt die äußere Schicht sofort ab und bildet eine feste Hülle mit geringer Dichte. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs kühlt die innere Schicht des Kunststoffteils langsam ab und bildet eine feste Schicht mit hoher Dichte und starker Schrumpfung. Daher verringern sich Wandstärke, Abkühlungsgeschwindigkeit und Dicke der Schicht mit hoher Dichte stärker.
Darüber hinaus beeinflussen das Vorhandensein oder Fehlen von Einlagen sowie deren Anordnung und Anzahl unmittelbar die Richtung des Materialflusses, die Dichteverteilung und die Schwindungsbeständigkeit. Daher haben die Eigenschaften von Kunststoffteilen einen größeren Einfluss auf Schwindung und Schwindungsrichtung.
3) Faktoren wie Form, Größe und Anordnung der Zuführungsöffnung beeinflussen direkt die Materialflussrichtung, die Dichteverteilung, den Druckerhalt, die Schrumpfungswirkung und die Formgebungszeit. Direkte Zuführungsöffnungen und solche mit großem Querschnitt (insbesondere dickeren Querschnitten) weisen eine geringere Schrumpfung, aber eine höhere Fließrichtung auf, während kürzere Zuführungsöffnungen mit geringerer Breite und Länge eine geringere Fließrichtung aufweisen. Zuführungsöffnungen, die sich nahe am Zuführungseinlass befinden oder parallel zur Materialflussrichtung verlaufen, schrumpfen stärker.
4) Formgebungsbedingungen: Die Formtemperatur ist hoch, das geschmolzene Material kühlt langsam ab, die Dichte ist hoch und die Schwindung groß. Insbesondere bei kristallinen Materialien ist die Schwindung aufgrund der hohen Kristallinität und der großen Volumenänderungen stärker ausgeprägt. Die Temperaturverteilung in der Form beeinflusst die innere und äußere Kühlung sowie die Dichtehomogenität des Kunststoffteils und wirkt sich somit direkt auf Größe und Richtung der Schwindung jedes einzelnen Teils aus.
Darüber hinaus haben Nachdruck und Nachdruckzeit einen größeren Einfluss auf die Schrumpfung. Bei hohem Druck und langer Nachdruckzeit ist die Schrumpfung geringer, aber die Richtungsabhängigkeit stärker. Bei hohem Einspritzdruck, geringem Viskositätsunterschied der Schmelze, geringer Zwischenschichtscherspannung und starker elastischer Rückfederung nach dem Entformen lässt sich die Schrumpfung ebenfalls reduzieren. Bei hoher Materialtemperatur ist die Schrumpfung groß, aber die Richtungsabhängigkeit gering. Daher kann die Schrumpfung des Kunststoffteils durch die Anpassung von Werkzeugtemperatur, Druck, Einspritzgeschwindigkeit und Kühlzeit während des Spritzgießens gezielt beeinflusst werden.
Bei der Konstruktion der Form werden unter Berücksichtigung des Schrumpfungsbereichs der verschiedenen Kunststoffe, der Wandstärke und Form des Kunststoffteils, der Größe und Verteilung der Einlaufform sowie der Schrumpfungsrate jedes Teils des Kunststoffteils erfahrungsgemäß ermittelt und anschließend die Kavitätsgröße berechnet.
Bei hochpräzisen Kunststoffteilen und wenn die Schrumpfungsrate schwer zu bestimmen ist, sollten im Allgemeinen die folgenden Methoden zur Konstruktion der Form verwendet werden:
Man wählt eine geringere Schrumpfungsrate für den Außendurchmesser des Kunststoffteils und eine größere Schrumpfungsrate für den Innendurchmesser, um nach der Testform noch Korrekturspielraum zu haben.
Anhand von Probeformen werden Form, Größe und Formgebungsbedingungen des Angusssystems bestimmt.
Die nachzubearbeitenden Kunststoffteile werden einer Nachbearbeitung unterzogen, um die Größenänderung zu ermitteln (die Messung muss 24 Stunden nach dem Entformen erfolgen).
Korrigieren Sie die Form entsprechend der tatsächlichen Schrumpfung.
Versuchen Sie es erneut mit der Form und ändern Sie die Prozessbedingungen entsprechend, um den Schrumpfungswert leicht zu modifizieren und so den Anforderungen an das Kunststoffteil gerecht zu werden.
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Flüssigkeit
1) Die Fließfähigkeit von Thermoplasten kann im Allgemeinen anhand einer Reihe von Kennzahlen analysiert werden, wie z. B. Molekulargewicht, Schmelzindex, Fließlänge nach der Archimedischen Spirale, scheinbare Viskosität und Fließverhältnis (Prozesslänge/Wandstärke des Kunststoffteils).
Niedriges Molekulargewicht, breite Molekulargewichtsverteilung, geringe Molekularstrukturregelmäßigkeit, hoher Schmelzindex, lange Spiralfließlänge, niedrige scheinbare Viskosität, hohes Fließverhältnis, gute Fließfähigkeit – Kunststoffe mit dem gleichen Produktnamen müssen in ihren Anweisungen überprüft werden, um festzustellen, ob ihre Fließfähigkeit für das Spritzgießen geeignet ist.
Gemäß den Anforderungen an die Formenkonstruktion lässt sich die Fließfähigkeit gängiger Kunststoffe grob in drei Kategorien einteilen:
Gute Fließfähigkeit PA, PE, PS, PP, CA, Poly(4)methylpenten;
Mittelflüssige Polystyrolharze (wie ABS, AS), PMMA, POM, Polyphenylenether;
Schlechte Fließfähigkeit: PC, Hart-PVC, Polyphenylenether, Polysulfon, Polyarylsulfon, Fluorkunststoffe.
2) Die Fließfähigkeit verschiedener Kunststoffe ändert sich auch aufgrund verschiedener Formgebungsfaktoren. Die wichtigsten Einflussfaktoren sind folgende:
① Höhere Materialtemperaturen erhöhen die Fließfähigkeit, jedoch weisen verschiedene Kunststoffe unterschiedliche Eigenschaften auf. Beispiele hierfür sind PS (insbesondere solche mit hoher Schlagfestigkeit und hohem Schmelzflussindex), PP, PA, PMMA und modifiziertes Polystyrol (wie ABS und AS). Die Fließfähigkeit von PC, CA und anderen Kunststoffen variiert stark mit der Temperatur. Bei PE und POM hat eine Temperaturerhöhung oder -senkung nur geringen Einfluss auf die Fließfähigkeit. Daher sollte bei PE die Temperatur während des Formgebungsprozesses angepasst werden, um die Fließfähigkeit zu steuern.
② Bei Erhöhung des Drucks beim Spritzgießen ist das geschmolzene Material einer stärkeren Scherkraft ausgesetzt, und auch die Fließfähigkeit nimmt zu. Besonders PE und POM reagieren empfindlicher, daher sollte der Einspritzdruck angepasst werden, um die Fließfähigkeit während des Formgebungsprozesses zu kontrollieren.
③ Form, Größe, Aufbau und Kühlsystem der Werkzeugkonstruktion sowie der Fließwiderstand des geschmolzenen Materials (z. B. Oberflächenbeschaffenheit, Wandstärke, Kavitätsform, Entlüftungssystem) und andere Faktoren beeinflussen direkt die Fließfähigkeit des geschmolzenen Materials in der Kavität. Wird die Temperatur des geschmolzenen Materials gesenkt und der Fließwiderstand erhöht, verringert sich die Fließfähigkeit. Bei der Werkzeugkonstruktion sollte daher eine geeignete Struktur entsprechend der Fließfähigkeit des verwendeten Kunststoffs gewählt werden.
Beim Formgebungsprozess können auch die Materialtemperatur, die Formtemperatur, der Einspritzdruck, die Einspritzgeschwindigkeit und andere Faktoren gesteuert werden, um die Füllbedingungen entsprechend den Formgebungsanforderungen anzupassen.
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Kristallinität
Thermoplaste lassen sich in kristalline und nichtkristalline (auch amorphe) Kunststoffe unterteilen, je nachdem, ob sie bei der Kondensation kristallisieren oder nicht.
Das sogenannte Kristallisationsphänomen beschreibt die Tatsache, dass sich die Moleküle eines Kunststoffs beim Übergang vom Schmelz- zum Kondensationszustand zunächst unabhängig voneinander bewegen und sich dann in einem ungeordneten Zustand befinden. Sie drängen sich in eine leicht fixierte Position und neigen dazu, eine regelmäßige Molekülanordnung anzunehmen.
Die optischen Kriterien zur Beurteilung dieser beiden Kunststoffarten lassen sich anhand der Transparenz dickwandiger Kunststoffteile bestimmen. Kristalline Materialien sind in der Regel undurchsichtig oder transluzent (z. B. POM), amorphe Materialien hingegen transparent (z. B. PMMA). Es gibt jedoch Ausnahmen. Poly(4)-methylpenten beispielsweise ist ein kristalliner Kunststoff mit hoher Transparenz, während ABS ein amorphes, aber nicht transparentes Material ist.
Bei der Konstruktion von Formen und der Auswahl von Spritzgießmaschinen sind folgende Anforderungen und Vorsichtsmaßnahmen für kristalline Kunststoffe zu beachten:
Um die Materialtemperatur auf die Formgebungstemperatur zu erhöhen, ist eine große Wärmemenge erforderlich, weshalb Anlagen mit einer hohen Plastifizierungskapazität benötigt werden.
Bei der Abkühlung und Rückumwandlung wird eine große Menge Wärme freigesetzt, daher muss ausreichend gekühlt werden.
Der Unterschied im spezifischen Gewicht zwischen dem geschmolzenen und dem festen Zustand ist groß, die Formschrumpfung ist groß, und es kommt leicht zu Schrumpfung und Porenbildung.
Schnelle Abkühlung, geringe Kristallinität, geringe Schrumpfung und hohe Transparenz zeichnen Kunststoffteile aus. Die Kristallinität hängt von der Wandstärke ab: Je dicker die Wandstärke, desto langsamer die Abkühlung, desto höher die Kristallinität, desto größer die Schrumpfung und desto besser die physikalischen Eigenschaften. Daher muss die Formtemperatur des kristallinen Materials entsprechend den Anforderungen gesteuert werden.
Die Anisotropie ist signifikant und die innere Spannung hoch. Moleküle, die nach dem Entformen nicht kristallisiert sind, neigen zur weiteren Kristallisation, befinden sich in einem Zustand des Energieungleichgewichts und sind anfällig für Verformung und Verzug.
Der Kristallisationstemperaturbereich ist eng, und es kann leicht passieren, dass ungeschmolzenes Material in die Form gelangt oder den Zufuhrkanal verstopft.
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Wärmeempfindliche und leicht hydrolysierbare Kunststoffe
1) Wärmeempfindlichkeit bedeutet, dass manche Kunststoffe empfindlicher auf Hitze reagieren. Sie werden über längere Zeit hohen Temperaturen ausgesetzt oder die Zuführungsöffnung ist zu klein. Bei starker Scherung steigt die Materialtemperatur leicht an, was zu Verfärbungen, Abbau und Zersetzung führen kann. Solche Kunststoffe werden als wärmeempfindliche Kunststoffe bezeichnet.
Beispiele hierfür sind Hart-PVC, Polyvinylidenchlorid, Vinylacetat-Copolymer, POM, Polychlortrifluorethylen usw. Wärmeempfindliche Kunststoffe setzen bei der Zersetzung Monomere, Gase, Feststoffe und andere Nebenprodukte frei. Einige dieser Zersetzungsgase können reizend, korrosiv oder toxisch auf den menschlichen Körper, Geräte und Schimmelpilze wirken.
Daher sollte besonderes Augenmerk auf die Werkzeugkonstruktion, die Auswahl der Spritzgießmaschine und den Spritzgießprozess gelegt werden. Es empfiehlt sich der Einsatz einer Schneckenspritzgießmaschine. Der Gießkanal sollte einen großen Querschnitt aufweisen. Werkzeug und Zylinder sollten verchromt sein. Zur Reduzierung der Temperaturempfindlichkeit ist die Zugabe eines Stabilisators ratsam.
2) Selbst wenn manche Kunststoffe (wie z. B. Polycarbonat) geringe Mengen Wasser enthalten, zersetzen sie sich unter hohen Temperaturen und hohem Druck. Diese Eigenschaft wird als leichte Hydrolyse bezeichnet und erfordert ein vorheriges Erhitzen und Trocknen.
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Spannungsrissbildung und Schmelzbruch
1) Manche Kunststoffe reagieren empfindlich auf Spannungen. Sie neigen beim Formgebungsprozess zu inneren Spannungen und sind spröde und bruchgefährdet. Kunststoffteile können unter Einwirkung von äußeren Kräften oder Lösungsmitteln brechen.
Aus diesem Grund sollte neben der Zugabe von Additiven zu den Rohstoffen zur Verbesserung der Rissbeständigkeit auch auf die Trocknung der Rohstoffe geachtet und die Formgebungsbedingungen sinnvoll gewählt werden, um innere Spannungen zu reduzieren und die Rissbeständigkeit zu erhöhen. Zudem sollte eine geeignete Form für die Kunststoffteile gewählt werden; der Einsatz von Einlagen oder andere Maßnahmen zur Minimierung von Spannungskonzentrationen sind nicht zielführend.
Bei der Werkzeugkonstruktion sollte der Entformungswinkel vergrößert und ein geeigneter Einlauf sowie ein geeigneter Auswurfmechanismus gewählt werden. Materialtemperatur, Werkzeugtemperatur, Einspritzdruck und Kühlzeit sind während des Spritzgießprozesses entsprechend anzupassen. Ein Entformen bei zu kaltem und sprödem Kunststoffteil ist zu vermeiden. Nach dem Spritzgießen ist eine Nachbehandlung der Kunststoffteile erforderlich, um die Rissbeständigkeit zu verbessern, innere Spannungen abzubauen und den Kontakt mit Lösungsmitteln zu verhindern.
2) Wenn eine Polymerschmelze mit einer bestimmten Schmelzflussrate bei konstanter Temperatur durch die Düsenöffnung strömt und ihre Flussrate einen bestimmten Wert überschreitet, entstehen deutliche seitliche Risse an der Schmelzoberfläche, die als Schmelzbruch bezeichnet werden. Dies beeinträchtigt das Aussehen und die physikalischen Eigenschaften des Kunststoffteils. Daher sollte bei der Auswahl von Polymeren mit hoher Schmelzflussrate der Querschnitt von Düse, Angusskanal und Zuführungsöffnung vergrößert werden, um die Einspritzgeschwindigkeit zu reduzieren und die Materialtemperatur zu erhöhen.
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Thermische Leistung und Kühlrate
1) Verschiedene Kunststoffe weisen unterschiedliche thermische Eigenschaften wie spezifische Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Wärmeformbeständigkeit auf. Die Plastifizierung von Kunststoffen mit hoher spezifischer Wärmekapazität erfordert eine große Wärmemenge, weshalb eine Spritzgießmaschine mit hoher Plastifizierungskapazität eingesetzt werden sollte. Kunststoffe mit hoher Wärmeformbeständigkeit können eine kurze Abkühlzeit aufweisen und frühzeitig entformt werden. Nach dem Entformen sollte jedoch eine Verformung durch Abkühlung vermieden werden.
Kunststoffe mit geringer Wärmeleitfähigkeit kühlen langsam ab (z. B. ionische Polymere) und müssen daher ausreichend gekühlt werden, um die Kühlwirkung der Form zu optimieren. Heißkanalsysteme eignen sich für Kunststoffe mit niedriger spezifischer Wärmekapazität und hoher Wärmeleitfähigkeit. Kunststoffe mit hoher spezifischer Wärmekapazität, niedriger Wärmeleitfähigkeit, niedriger thermischer Verformungstemperatur und langsamer Abkühlrate sind für das Hochgeschwindigkeitsspritzgießen weniger geeignet. Hierfür sind geeignete Spritzgießmaschinen und eine verbesserte Formkühlung erforderlich.
2) Verschiedene Kunststoffe erfordern je nach Art, Eigenschaften und Form der Kunststoffteile eine angemessene Abkühlgeschwindigkeit. Daher muss die Form entsprechend den Formgebungsanforderungen mit Heiz- und Kühlsystemen ausgestattet sein, um eine bestimmte Formtemperatur aufrechtzuerhalten. Steigt die Materialtemperatur, muss die Form abgekühlt werden, um Verformungen des Kunststoffteils nach dem Entformen zu vermeiden, den Formgebungszyklus zu verkürzen und die Kristallinität zu reduzieren.
Reicht die Abwärme des Kunststoffs nicht aus, um die Form auf einer bestimmten Temperatur zu halten, sollte diese mit einem Heizsystem ausgestattet werden. Dieses hält die Formtemperatur konstant, um die Abkühlgeschwindigkeit zu steuern, die Fließfähigkeit zu gewährleisten, die Füllbedingungen zu verbessern oder die Kunststoffteile langsam abkühlen zu lassen. Dadurch wird eine ungleichmäßige Abkühlung dickwandiger Kunststoffteile verhindert und die Kristallinität erhöht.
Bei Kunststoffen mit guter Fließfähigkeit, großem Formbereich und ungleichmäßiger Materialtemperatur ist je nach Formgebungsbedingungen mitunter ein abwechselndes oder lokales Erhitzen und Kühlen erforderlich. Zu diesem Zweck sollte die Form mit einem entsprechenden Kühl- oder Heizsystem ausgestattet sein.
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Hygroskopizität
Da Kunststoffe verschiedene Additive enthalten, die ihre Feuchtigkeitsaffinität beeinflussen, lassen sie sich grob in zwei Typen einteilen: feuchtigkeitsabsorbierende, feuchtigkeitsadhäsive und feuchtigkeitsundurchlässige Kunststoffe. Der Wassergehalt im Material muss innerhalb des zulässigen Bereichs liegen. Andernfalls kann die Feuchtigkeit unter hohen Temperaturen und hohem Druck verdampfen oder hydrolysieren, was zu Schaumbildung im Harz, verminderter Fließfähigkeit und schlechten optischen und mechanischen Eigenschaften führt.
Daher müssen hygroskopische Kunststoffe gegebenenfalls mit geeigneten Heizmethoden und -spezifikationen vorgewärmt werden, um eine erneute Feuchtigkeitsaufnahme während des Gebrauchs zu verhindern.
Shanghai Rainbow Industrial Co., Ltd. ist der Hersteller. Shanghai Rainbow Package bietet Kosmetikverpackungen aus einer Hand. Wenn Ihnen unsere Produkte gefallen, können Sie uns kontaktieren.
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Veröffentlichungsdatum: 27. September 2021