 Grundlagen für die verfahrenstechnische Nutzbarmachung der Kombination von Co-Injektion und Thermoplastschaumspritzgießen für komplexe Materialkombinationen.

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Thermoplastische Elastomere

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Schaumspritzgießen

Polypropylen

Co-Injektion im Spritzgießen: Sandwichbauteile mit geschäumtem Kern und weichelastischer Haut

Die K 2022 bot eine riesige Auswahl an Neuheiten und Anwendungsbeispielen für und mit nachhaltigeren Materialien. Ein Überblick über die vorgestellten Nachhaltigkeits-Highlights.

Aus Abgasen werden Schuhe: Gentechnisch veränderte Bakterien machen aus Abgasen Ethanol, aus dem anschließend Kunststoff etwa für die Schuhe Cloudprime von On hergestellt wird. 

Silikone

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe-international.com

kunststoffe.de

Masterbatches

Additive

Polyethylen

Polylactid

Polyamide

Biokunststoffe

Effektpigmente

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Kunststoff-Rezyklat

Silikonkautschuk

Kautschuk / Elastomere

Ist Bio das neue Normal?

Materialverzug stellt beim 3D-Druck ein Problem dar. Dipromat hat deshalb verzugsfreie PA und PP entwickelt. Sie eignen sich auch für das Spritzgießen.

Carbonfaserverstärkte Präzisions-PA sind bei 3D-Druck-Anwendungen beliebt, da die Schwindung durch Carbonfasern minimal ist. Die Fasern besitzen eine negative Schwindung und gleichen dadurch die Matrixschwindung aus. Die von Apium additiv gefertigten Bauteile kommen bei einem Carbonfaseranteil von 15 % lediglich auf eine Schwindung von 0,1 % in beiden Richtungen.

Additive Fertigung

Vom Spritzgießen in die additive  Fertigung und wieder zurück

Neue Entwicklungen machen es möglich, Rezyklate – sowohl in Form von Regranulat als auch Flakes – zukünftig in höheren Mengen kosteneffizient und umweltverträglich zu verarbeiten.

Um das Potenzial der skinmelt-Technologie zu ermitteln, wurden plattenförmige Bauteile gespritzt. Dabei wurden verschiedene PCR-ABS-Typen (schwarz) mit ABS-Neuware (weiß) kombiniert. Im Plattenquerschnitt ist der Sandwichaufbau sichtbar.

Teil 1 der Serie: Wie innovative Technologien einem breiten Rezyklateinsatz den Weg bereiten

Kunststoff-Aufbereitung

Flakes

Spritzgießmaschinen

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Co-Injektion (Barriere-/Sandwich-Spritzgießen)

Kunststoff-Recycling

Kreislaufwirtschaft

Fit für die Kreislaufwirtschaft

Bei Einhaltung einer geringen Scherbelastung und eines homogenen Temperaturprofils lassen sich TPE-Kork-Compounds prozessstabil und ohne nennenswerte Verfärbungen verarbeiten.

Wie prozesssicher lässt sich die Kombination TPE und Kork mit einem Nadelverschluss-Heißkanalsystem verarbeiten? Diese Frage stand im Mittelpunkt einer Versuchsreihe.

Verarbeitung eines TPE-Kork-Compounds im Heißkanalsystem

Compound

Heißkanalsysteme

Komponenten für die Kunststoffverarbeitung

Naturkork zum Spritzgießen

Basierend auf Mikrohohlglaskugeln von 3M bringt HOFFMANN MINERAL das GLOXIL iM16k A auf den Markt. Das Produkt ist mit einer Amino-Funktionalität modifiziert.

16:9

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Technische Kunststoffe

Duroplaste

Extrudieren (KU)

Kunststoffverarbeitung

Funktionalisierte Mikrohohlglaskugeln – Für den leichten Weg in die Zukunft

Der Innovationstag hat längst Tradition, und dieses Jahr fiel er mit dem zwanzigjährigen Firmenjubiläum zusammen.

Drei Generationen führte das Jubiläum der BBG zusammen: Firmengründer Oskar Braunsberger, der das Unternehmen vor 20 Jahren verkauft hatte, den geschäftsführenden Gesellschafter Hans Brandner (Mitte) und dessen Sohn Sebastian Barton aus der US-Niederlassung

Die BBG präsentierte sich mit Partnern vor internationalen Gästen

Werkzeug- und Formenbau

Dienstleistungen

Werkzeug-, Formen- und Modellbau

Polyurethan-Schaumstoffe (PUR)

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

PUR-Schäummaschinen

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Dichtungsschäumen

Polyurethan

Schäumwerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Formenträger-Fest in Mindelheim

Der mittelständische T. Michel Formenbau ist auf die Entwicklung und Produktion von Spritzgießwerkzeugen, insbesondere Partikelschaumstoffwerkzeuge spezialisiert.

Formen und Werkzeuge für Partikelschäume sind das Spezialgebiet des T. Michel Formenbaus.

Partikelschäumen

Spritzgießwerkzeuge

Spezialist in Sachen Partikelschäumwerkzeuge

Moderne Kunststoffverpackungen bewahren Lebensmittel sowie ihre Aromen und reduzieren so die Verschwendung der wertvollen Güter.

Laminiert mit biologisch abbaubaren Folien oder Papieren eignen sich Barrierepolymer-Schichten zum Verpacken trockener Lebensmittel wie Kaffee, Snacks, Süßigkeiten oder Tierfutter

Barrierematerialien machen Verpackungen nachhaltiger und schützen Lebensmittel

Verpackungsmittel aus Kunststoffen

Verpackungsmaterial

Logistik

Oberflächenveredlung

Verpackungstechnik

Folien

Länger frisch, weniger Abfall

Sogenannte „Single Serve Capsules“, die man zum Beispiel als Einweg-Kaffeekapseln kennt, boomen in der Verpackungsbranche. Die neueste Kapselgeneration kommt spritzgegossen daher und zeichnet sich durch eine integrierte Barriereschicht aus, die Geschmack und Aroma konserviert und im Vergleich zu alternativen Herstellverfahren Material einspart. Diese anspruchsvollen Spritzgussteile fertigt ein Schweizer Unternehmen in Großserie auf Arburg-Maschinen.

Zwei-Komponenten-Spritzgießtechnik: Die Single Serve Capsules konservieren das Kaffeearoma und sparen Material

Lapp Tec setzt bei Barrierekapseln auf nachhaltige und wirtschaftliche Lösungen

Mehrkomponenten-Spritzgießen

Aromafreundlich und kostensparend

„Circular Economy“ ist nicht nur das Schwerpunktthema der K 2019, sie bildet auch den „grünen“ Faden beim Messeauftritt des Spritzgießmaschinenbauers und Systemanbieters Engel.

Dr. Stefan Engleder, CEO der Engel Gruppe: „Die Kunststoffindustrie trägt eine globale Verantwortung“

Engel befürwortet starkes Engagement der Kunststoffindustrie für Kreislaufwirtschaft

Doriat, Clemens, Dr.

Künstliche Intelligenz für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Folientechnik (IMD, IML, FIM, u.a.)

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Organobleche (gewebeverstärkte Thermoplast-Halbzeuge)

Ressourcenmanagement

Produktion

Ein zweites Leben für Kunststoffe

Zu den Aufgaben auf dem Weg zur Kreislaufwirtschaft gehört es, aufbereiteten Kunststoffabfällen ein breites Einsatzspektrum zu erschließen. Dass dabei höherwertige Produkte und komplexe Prozesse umgesetzt werden können, war auf der K 2019 sichtbar.

Spritzgießen wird grün(er), hier mit einer 2K-Maschine des Typs EcoPower 240/1100H/130L Combimould, die auf der K 2019 einen reinen Naturwerkstoff in zwei Farben verarbeitete

Die K 2019 zeigt: Nachhaltige Lösungen gehen auch ohne Leistungsverzicht

Grüner wird‘s nicht

Die K 2019 in Düsseldorf wurde ihrem Anspruch, die Leitmesse für Kunststofftechnik zu sein, wieder einmal gerecht. Zumindest im Bereich Spritzgießen gab es Weltneuheiten – wenn man genau hingesehen hat.

Bild 1. Smart Operation – die Maschine wird mit nur noch vier Knöpfen bedient

Spritzgießtrends auf der K 2019

Smart Factory

Energieeffizienz

Mikrospritzgießen

Spritzgießmaschinen, allgemein

Fließpressen

Handling, Handhabungstechnik für die spanende Fertigung

Automatisierungstechnik

Handling, Handhabungstechnik

Spritzgieß-Sonderverfahren

Spritzgießsimulation

Software

Simulation

Elastomer-Spritzgießen

Linearroboter für die Kunststoffverarbeitung

Montage-Spritzgießen

Knickarmroboter

Montagetechnik

Industrieroboter

Hybrid-Spritzgießen (Metall / Kunststoff)

Mit digitaler Assistenz  zur technischen Exzellenz

Bis Jahresende tritt die größte gebrauchte Spritzgießmaschine Deutschlands ihren Weg von Süddeutschland über Amsterdam nach Mumbai an. Gindumac organisiert die vollständige Logistikabwicklung mit dem Kunden.

Sämtliche Bauteile der Großmaschine, wie im Bild die Plastiifiziereinheit, müssen für den weiten Transport nach Indien ausgebaut und verpackt werden

Gebrauchtmaschinenhandel

Dienstleistungen in der Metallbearbeitung

Gebrauchtmaschinen

Sondermaschinen

Gindumac erhält Großauftrag aus Indien

Prozesstechnologien zur Herstellung von Mehrschicht- und Mehrkomponentenprodukten bieten großes Potenzial, aufbereitete Kunststoffabfälle auch für Kunststoffteile einzusetzen, die besonders hohe Anforderungen an die Oberflächengüte, den Produktschutz oder die Verbrauchersicherheit stellen. Der Schlüssel: Das Rezyklat befindet sich im Inneren, während die Oberfläche aus Neuware gefertigt wird. Engel hat eine Variante des Sandwich-Spritzgießens entwickelt, die auch bei komplexer Bauteilgeometrie hohe Rezyklatanteile erlaubt.

Die Sandwichtechnik (skinmelt) versteckt das Rezyklat unter einer Oberfläche aus Neuware – zum Beispiel bei Transportboxen

Das Sandwichverfahren „skinmelt“ bereitet verstärktem Rezyklateinsatz den Weg

Werkstoffprüfung

Messtechnik

Recycling, das unter die Haut geht

Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Leichtbauteilen produziert durch Co-Injektion und Schaumspritzgießen

In der Arbeit werden die Prozesse Schaumspritzgießen und Co-Injektion vereint, um Hart-Weich-Verbunde aus TPS und geschäumtem Polypropylen herzustellen.

In dieser Arbeit werden die Prozesse Schaumspritzgießen und Co-Injektion vereint, um Hart-Weich-Verbunde aus TPS (Thermoplastisches Elastomer auf SEBS-Basis) und geschäumtem Polypropylen herzustellen.

Da die Randschicht schnell an der Werkzeugwand einfriert, erhält man mit zunehmender Bauteildicke ein größeres Schmelzevolumen im Kern des Bauteils, welches aufgeschäumt werden kann. Die Temperatur in der Mitte des Bauteils liegt daher für einen längeren Zeitraum über der Erstarrungstemperatur. Somit steht bei höheren Bauteildicken ein längeres Zeitfenster für das Schäumen zur Verfügung und die Gewichtsreduktion kann gesteigert werden. Insbesondere bei hohem N2-Gehalt (0,70 %) ist der Fingerfluss (ungleichmäßiges Fließen der Kernschmelze in die Hautschmelze) am Ende der Kernfließfront deutlich ausgeprägt, was auf Instabilitäten des Polymerschmelzeflusses zurückzuführen ist. Erstmals wird das Potenzial zur Gewichtsreduzierung dieses hochintegrierten Prozesses durch systematische Auswertung des Einflusses von Bauteildicke und Treibmittelgehalt analysiert.

Katharina Krause, Michelle Hartbauer, Thomas Neumeyer, Volker Altstädt;

Neue Materialien Bayreuth GmbH, Universität Bayreuth

Structure-property-relationships for Lightweight Parts Produced via Co-injection Molding and Foam Injection Molding

In this work, foam injection molding is combined with the two-component co-injection molding process to produce hard-soft-combinations with TPS (thermoplastic elastomer based on SEBS) skin and a foamed polypropylene core. Due to the fast solidification of the melt at the cavity wall, an increasing part thickness leads to an increasing foamable melt volume. Increasing the part thickness leads to a higher temperature for a longer time in the center of the part. Thus, for thicker parts, an extended period of time is available for the foaming process, contributing to a further weight reduction. Especially for high blowing agent (N2) contents of 0.70 %, the finger flow (non-uniform flow of the core melt into the skin melt) is clearly pronounced at the end of the core flow front, due to instabilities of the polymer flow. For the first time the potential for weight reduction of this highly integrated processing technology is analyzed by systematic evaluation of the part thickness and the physical blowing agent content.

In dieser Arbeit werden die Prozesse Schaumspritzgießen und Co-Injektion vereint, um Hart-Weich-Verbunde aus TPS (Thermoplastisches Elastomer auf SEBS-Basis) und geschäumtem Polypropylen herzustellen. Da die Randschicht schnell an der Werkzeugwand einfriert, erhält man mit zunehmender Bauteildicke ein größeres Schmelzevolumen im Kern des Bauteils, welches aufgeschäumt werden kann. Die Temperatur in der Mitte des Bauteils liegt daher für einen längeren Zeitraum über der Erstarrungstemperatur. Somit steht bei höheren Bauteildicken ein längeres Zeitfenster für das Schäumen zur Verfügung und die Gewichtsreduktion kann gesteigert werden. Insbesondere bei hohem N2-Gehalt (0,70 %) ist der Fingerfluss (ungleichmäßiges Fließen der Kernschmelze in die Hautschmelze) am Ende der Kernfließfront deutlich ausgeprägt, was auf Instabilitäten des Polymerschmelzeflusses zurückzuführen ist. Erstmals wird das Potenzial zur Gewichtsreduzierung dieses hochintegrierten Prozesses durch systematische Auswertung des Einflusses von Bauteildicke und Treibmittelgehalt analysiert.

Structure-property-relationships for Lightweight Parts Produced via

Co-injection Molding and Foam Injection Molding

K. Krause, M. Hartbauer, T. Neumeyer, V. Altstädt

Hard-soft combinations are of interest for numerous applications like handles or handholds in the automotive interieur. In this study foam injection molding is combined with co-injection molding to achieve two-component parts with a foamed core and a haptic skin. This highly integrated and efficient processing technology enables the manufacture of products with high potential for lightweight design. In contrast to the overmolding process (realized for example via turning table technology) a complete encapsulation of the core component by the skin component is possible.

As soft component TPS (thermoplastic elastomer based on SEBS) is used in this study, due to its advantages in processability and its high compatibility to PP as core component. By a systematic variation of the skin / core volume ratio in the part, the potential for weight reduction by changing the part thickness is analyzed for the first time. In addition, the influence of the injected melt volume and the blowing agent content was studied. A maximum portion of the foamed core with homogeneous spread in the part as well as a fine-celled homogeneous foam morphology are targeted. As the skin component is a soft-touch material, it plays a minor role for the mechanical properties. For high specific (density-related) bending stiffness mainly the core component with its sandwich structure (foam core surrounded by a compact layer) is relevant.

In the process of foam injection molding, a blowing agent (supercritical fluid) is dissolved in the plastic melt in the plasticizing unit of the injection molding machine. As long as the melt in the cylinder of the injection molding unit is under pressure (up to approx. 200 bar), the blowing agent remains in solution. When the melt is injected into the mold, there is an abrupt drop in pressure to ambient pressure and the gas dissolves from the solution, causing the polymer to foam [1], see Figure 1. Cooling of the melt increases the viscosity of amorphous plastics, and in the case of semi-crystalline plastics, the plastic solidifies by crystallization and the foam cells are stabilized. In the foam injection molding process, the temperature control of ungleichmäßiges Fließen der Kernschmelze in die Hautschmelze the mold and the part thickness are decisive for the stabilization of the cells. The thermal conditions in the cavity lead to a sandwich structure, shown in Figure 2, consisting of compact outer layers and a large number of foam cells. Thus, with this process, foam injection molded parts with high specific bending stiffness and less material consumption can be produced [2–4]. Depending on the processing technology, raw material and component geometry, up to weight-70 % polymer can be saved [1,5–7].

Figure 2: Morphology of foam injection molded part

A major process-specific advantage of foam injection molding is the so-called internal holding pressure which is created by the volume expansion of the foaming melt. This pressure obsoletes the holding pressure applied by the injection molding machine and enables the production of parts with high wall thicknesses without sink marks. On the other hand, the pressure drop at the flow front causes premature outgassing, which leads to the typical surface defects known as silver streaks and swirls [8]. To overcome this obstacle, a second component can be used for coverage: foam injection molding is combined with an overmolding process. By using thermoplastic elastomers as second component, soft-touch properties can be achieved.

An alternative way of producing parts from two thermoplastic components is the co-injection process, which is the focus of this work. In the co-injection molding process, two melts are injected into a mold through the same gate [9].

The co-injection process can be subdivided firstly according to the injection (sequential or simultaneous) and secondly according to the processing technology. In sequential co-injection, the skin component is injected first. Then, the core material is injected into the cavity through the same gate and spreads within the skin component until the entire part is filled. This sub-form of co-injection can be carried out with all processing technologies. In simultaneous co-injection molding, a smooth transition between the skin and core components is realized by controlling shut-off nozzles. When differentiating by processing technology, one should mention co-injection using shut-off nozzles and the mono co-injection molding. The designation „mono“ indicates that both melts are injected through only one injection molding cylinder. This means that the materials are always injected one after the other (sequentially) and at the same cylinder temperature. The injection speed, on the other hand, can differ by setting an injection profile in the system control. The co-injection process is much more flexible when co-injection nozzles or co-injection intermediate plates are used, see Figure 3. In addition to sequential co-injection, simultaneous co-injection with smooth transition between the skin and core components is also possible by controlling the shut-off nozzles. With these two process variants, the process parameters can also be adapted more specifically to the two individual materials, since it is possible, for example, to select different cylinder temperatures for the skin and core components [9].

The quality (e.g. optical and mechanical properties) of co-injected parts is usually defined by the distribution of the core component in the skin component, which is directly influenced by the rheological and thermal properties of the melt as well as the compatibility of the individual components and the mold geometry. The most common defects are the breakthrough of the core component at the flow front and the instability of the interface between skin and core (formation of „finger flow“) [9,10].

The core content (vol.%) has the greatest influence on the material distribution in the resulting component. For simple geometries, a core content of up to 70% is achievable, while for complex geometries a core content of 30% is desirable [11]. In addition to the volume ratio, the processing parameters of co-injection molding also have a significant influence on the morphological structure of the component [12–14].

The viscosities of the skin and core materials used have a direct effect on the flow behavior and the formation of the skin/core structure [10]: if the shear rate dependant viscosity ratio ?core/?skin is too large, the core material remains only in the region close to the gate. If the viscosity ratio is too small, the core material tends to break through the skin material [15,16]. A desired and uniform thickness of the core material can only be achieved with a suitable viscosity ratio (e.g. between 0.5 and 2 [15,16,22]). In this work, co-injection molding is combined with foam injection molding. Relevant literature of this process combination is summarized hereafter.

Table 1 summarizes the available literature about co-injection molding with a foamed core. Skin and core component, as well as type of blowing agent and main findings are listed.

Higher specific bending stiffness compared to foam injection molded part

Fine-celled foam morphology (by adding chemical blowing agent as nucleating agent) realizable

Only minor effects of chemical blowing agent on skin/core-structure: longer core flow path when adding blowing agent (compared to compact injection molding).

No change in viscosity detectable in online viscosimeter.

Optimized surface quality and 13 – 25 % higher tensile strength compared to foamed specimens without skin layer

02012023_ Kunststofftechnik.pdf

01012023_FIN-348 Krause

Autoren Katharina Krause, Michelle Hartbauer, Thomas Neumeyer, Volker Altstädt; Neue Materialien Bayreuth GmbH, Universität Bayreuth

Erschienen in Zeitschrift Kunststofftechnik / Journal of Plastics Technology, 01/2023, Seite: 27– 51 © Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG ISSN 1864 – 2217