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08.09.2015

Einspritzdruck beeinflusst das Fließverhalten

Bei der Produktion von Spritzgießformteilen mit geringe Wanddicken muss berücksichtigt werden, dass der Einspritzdruck die Schmelzeviskosität beeinflusst. Das Bild zeigt ein spritzgegossenes Filterelement mit einem Fadendurchmesser von 0,4 mm (© Engel)

Neuartige Spritzgießanwendungen wie Filter- oder Lichtleitelemente erfordern oftmals sehr geringe Wanddicken. Um solche Formteile füllen zu können, kommt ein sehr hoher Einspritzdruck zum Einsatz. Spritzeinheiten für das Dünnwandspritzgießen beschleunigen die Schnecke für den Einspritzvorgang in 30 ms auf 800 mm/s und stellen dafür einen Spritzdruck von 2400 bar und mehr zur Verfügung. Durch den hohen Druck wird die Viskosität der Polymerschmelze wesentlich beeinflusst. Ein höherer Druck reduziert einerseits das freie Volumen in der Polymerschmelze und intensiviert andererseits die Interaktionen zwischen den Molekülketten. Beide Effekte führen dazu, dass die Viskosität steigt. In der Praxis bleibt der Einfluss des Spritzdrucks auf die Viskosität jedoch meistens unberücksichtigt. Dies führt häufig zu Fehlern in der Simulation von Spritzgießprozessen sowie bei der Auslegung von Spritzgießmaschinen.

An diesem Punkt setzen Forschungsarbeiten am Institut für Polymer-Spritzgießtechnik und Prozessautomatisierung der Johannes Kepler Universität (JKU), Linz/Österreich, an. Dass der Einfluss des Drucks kaum berücksichtigt wird, liegt an der mangelnden Verfügbarkeit druckabhängiger Viskositätsdaten, stellten die Forscher fest. Selbst Simulationspakete, die es erlauben, die Druckabhängigkeit der Viskosität bei der Berechnung des Einspritzprozesses zu berücksichtigen, können in ihren oft sehr umfangreichen Materialdatenbanken nur in Ausnahmefällen auf druckabhängige Viskositätsdaten zurückgreifen.

Im Rahmen der Untersuchungen wurde daher mit einem Hochdruck-Kapillar-Rheometer der Druckkoeffizient β als Funktion der Scherrate ermittelt. Wie stark der Druck die Viskosität beeinflusst, veranschaulichen die Daten von PE-HD und PP: Wird der Druck von 50 auf 1000 bar erhöht, steigt die Viskosität des PE-HD bei einer Scherrate von 50 s-1 um etwa 92 %. Der Einfluss des Drucks auf die Viskosität der Schmelze nimmt mit steigender Scherrate zwar ab, dennoch steigt bei einer Scherrate von 5000 s-1 die Viskosität noch immer um 27 %.

Noch deutlicher fallen die Ergebnisse für PP aus. Hier steigt bei einer Scherrate von 50 s-1 und einer Druckerhöhung von 50 auf 1000 bar die Viskosität sogar um 122 %. Selbst bei einer hohen Scherrate von 5000 s-1 beträgt die Viskositätssteigerung 86 %. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Viskosität unter den im Spritzgießprozess auftretenden Bedingungen wesentlich von den herrschenden Druckverhältnissen beeinflusst wird und dass dieser Effekt keinesfalls vernachlässigt werden darf.

Dr.-Ing. Harald Sambale
sambale <AT> hanser.de

zusätzliche Links

Dem Druck mehr Gewicht geben , Fachartikel in der Zeitschrift Kunststoffe, August 2015

Johannes Kepler Universität Linz
Institut für Polymer-Spritzgießtechnik und Prozessautomatisierung
Altenbergerstrasse 69
A-4040 Linz
Tel.: +43 732 2468 6601
Fax: +43 732 2468 6733
www.jku.at/ipim

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