Materialkompatibilität beim Multimaterial-Spritzgießen:Expertenrat für Umspritz- und Two-Shot-Prozesse

Veröffentlicht am 24. November 2021

Ursprünglich veröffentlicht auf fastradius.com am 24. November 2021

Unter Multimaterial-Spritzguss versteht man jedes Spritzgussverfahren, bei dem zwei oder mehr unterschiedliche Materialien zu einer einzigen, integrierten Kunststoffkomponente verbunden werden. Die beiden am weitesten verbreiteten Techniken sind das Umspritzen und das Zwei-Schuss-Formen (Double-Shot-Formen).

Beim Umspritzen wird zunächst ein starres Substrat aus einem ausgewählten Thermoplast geformt. Dieses Substrat wird dann in einem separaten Überformungshohlraum positioniert und geschmolzenes Überformungsmaterial wird eingespritzt, um das Substrat zu umhüllen oder zu bedecken. Beim Abkühlen verbinden sich die beiden Polymere chemisch oder mechanisch, wodurch ein Teil mit erhöhter Festigkeit und Haltbarkeit entsteht. Obwohl die Einrichtung mit zwei Werkzeugen die Werkzeugkosten erhöht, kann der Wegfall der nachgelagerten Montage die Arbeits- und Materialkosten über den Produktlebenszyklus hinweg drastisch senken.

Beim Zweikomponenten-Spritzgießen wird mit einem einzigen Werkzeug ein ähnliches Ergebnis erzielt. Das erste Material wird eingespritzt, um das Substrat zu bilden; Sobald es erstarrt ist, öffnet sich die Form und die zweite Kammer dreht sich um 180°, um das Substrat mit dem zweiten Material in Kontakt zu bringen. Anschließend wird das zweite Polymer eingespritzt und mit der ersten Schicht verbunden. Während das Werkzeugdesign komplexer und teurer ist, bietet das Zwei-Schuss-Spritzgießen schnellere Zykluszeiten und ist ideal für die Produktion großer Stückzahlen, wohingegen die manuelle Übertragung des Umspritzens es besser für Kleinserien geeignet macht.

Die Materialkompatibilität basiert auf der chemischen Kompatibilität und beschreibt, wie stabil ein Polymer bleibt, wenn es einem anderen ausgesetzt wird. Inkompatible Paare können chemisch reagieren, was zu Hohlräumen, Verfärbungen oder sogar einem katastrophalen Ausfall führen kann. Für Polymere, die keine chemische Bindung eingehen können, wird eine formschlüssige mechanische Befestigung oder eine physische Verriegelung empfohlen, um die Integrität der Verbindung aufrechtzuerhalten.

Wichtige Überlegungen zur Auswahl des Spritzgussmaterials

Eine Nichtübereinstimmung zweier Harze kann zu allem Möglichen führen, von einem anhaltenden Geruch im Produktionsbereich bis hin zu einem explosionsartigen Ausfall des Fasses. Ingenieure müssen daher die Harzpaarungen sorgfältig bewerten und sicherstellen, dass keine Kontraindikationen vorliegen, bevor sie sich für eine Formkonstruktion entscheiden.

Zu den häufig inkompatiblen Paarungen gehören:

• Acetal mit PVC oder CPVC
• Ionomer mit Acetal, PVC oder CPVC
• TPV mit Acetal, PVC oder CPVC

Wenn das gleiche Maschinengehäuse und die gleiche Schnecke für mehrere Harze verwendet werden – unabhängig von deren Kompatibilität – ist eine gründliche Demontage und Reinigung unerlässlich. Selbst Spurenreste eines nicht verträglichen Harzes können eine Reaktion auslösen.

Wie Reibung, Adhäsion und Verschleiß das Multimaterial-Spritzgießen beeinflussen

Die Tribologie – die Untersuchung von Reibung und Verschleiß zwischen beweglichen Oberflächen – spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Schnapp- oder Verriegelungskomponenten. Die Auswahl von Materialien mit geringer Reibung und hoher Verschleißfestigkeit, wie z. B. HDPE oder Acetal, trägt zur Vermeidung von Hängenbleiben bei und verlängert die Lebensdauer der Teile.

Ingenieure können auch Metalleinsätze – Bronze oder Messing – einbauen, um den Verschleiß zu reduzieren, wenn der Kunststoff um sie herum geformt wird. Die mechanische Verbindung durch eine positive Befestigungsfunktion sorgt für eine robuste Verbindung, während die geringen Verschleißeigenschaften des Metalls eine langfristige Verschlechterung abmildern.

Auch wenn durch Umspritzen und Two-Shot-Verfahren chemische oder mechanische Bindungen entstehen, kann es dennoch zu Haftungsfehlern kommen, insbesondere bei thermoplastischen Elastomeren (TPE). Dünne Auflagen (weniger als 1/16 Zoll) können zu schnell abkühlen, um richtig zu haften, und unverhältnismäßige Längen-zu-Dicken-Verhältnisse können Wellenbildung oder Delaminierung begünstigen.

Um die Haftung unabhängig vom Elastomertyp zu verbessern, sollten Sie die folgenden Strategien in Betracht ziehen:

• Entwerfen Sie einen abrupten Übergang zwischen Substrat und Auflage, um eine Ausdünnung zu vermeiden.
• Verwenden Sie einen Absperrhahn, um einen harten Stopp für das geschmolzene Material zu schaffen und Kräuselungen oder mögliche Rissstellen zu vermeiden.
• Stellen Sie eine ausreichende Belüftung im Werkzeug sicher, um zu verhindern, dass beim Umspritzen Luft eingeschlossen wird.
• Halten Sie Einsätze und Substrate sauber, um eine bessere Verbindung zu ermöglichen.
• Einsätze vorwärmen, um die Haftfestigkeit zu verbessern.

Master-Spritzgussmaterialauswahl mit SyBridge

Multimaterial-Spritzguss liefert langlebige, integrierte Teile, aber die Auswahl der richtigen Polymerpaarungen erfordert Fachwissen in Chemie, Tribologie und Design. Ein erfahrener Partner wie SyBridge kann Sie bei der Materialauswahl, Designoptimierung und Produktionsplanung unterstützen und so zuverlässige Verbindungen und hochwertige Teile gewährleisten.

Wenn Sie Fragen zum Umspritzen oder zur Two-Shot-Materialkompatibilität haben, kontaktieren Sie noch heute die Designer von SyBridge . Mit jahrelanger Erfahrung helfen wir Produktteams bei der Auswahl der besten Materialien für ihr nächstes Projekt. Lassen Sie uns gemeinsam etwas Außergewöhnliches schaffen.