Um diese und andere Spritzgießfehler zu vermeiden, sind der richtige Werkzeughersteller und ein Teilehersteller mit einer geeigneten Qualitätssicherung erforderlich, die solche Fehler erkennt und behebt.
In der Automobilindustrie beispielsweise mindern mangelhafte Kunststoffteile unmittelbar die Fahrzeugqualität und können sogar die Sicherheit von Menschen gefährden.
Daher ist es von großer praktischer Bedeutung, den Entstehungsprozess von Schweißnähten und die beeinflussenden Faktoren zu untersuchen und Wege zur Beseitigung der Schweißnähte zu finden.
Der Entstehungsmechanismus von Schweißnähten
Wenn beim Füllen der Kavität mit Kunststoffschmelze zwei oder mehr Schmelzeströme im vorderen Bereich ihres Zusammentreffens bereits so weit abgekühlt sind, dass sie sich nicht vollständig verbinden können, entsteht an ihrer Schnittstelle eine Rille und damit eine Fließmarke am Kunststoffprodukt.
Die “Schweißnähte” von Kunststofferzeugnissen beziehen sich auf den dreidimensionalen Bereich, in dem die morphologische Struktur und die mechanischen Eigenschaften der beiden Stränge des geschmolzenen Materials miteinander in Berührung kommen und der sich völlig von den anderen Teilen unterscheidet.
Bei den häufigsten Bindenähten in Spritzgussteilen gibt es zwei Grundtypen:
Eine Form sind die sogenannten kalten Bindenähte, die beim Zusammentreffen von Schmelzefronten entstehen, welche über verschiedene Anschnitte in die Kavität eintreten. Zwei oder mehr Anschnitte werden eingesetzt, um aufgrund der Strukturmerkmale oder der großen Abmessungen der Spritzgussteile den Schmelzefluss und die Formfüllzeit zu verkürzen.
Wenn der Hohlraum mit Kernen und Einsätzen ausgestattet ist, wird die Niedertemperaturschmelze beim Umgehen dieses Hindernisses in zwei Stränge geteilt, und die beiden Schmelzestränge vereinigen sich nach dem Umgehen des Hindernisses wieder, um die Schweißpunkte, die so genannten Heißschweißpunkte, zu bilden.
Ursachen von Schweißnähten auf Kunststofferzeugnissen
1. Die Kunststoffschmelze, die den Anschnitt mit hoher Geschwindigkeit passiert, tritt direkt in die Kavität ein, berührt dann die Oberfläche der Kavität und härtet aus, wird dann von der nachfolgenden Kunststoffschmelze verdrängt und hinterlässt dabei Schlangenspuren.
2. Wenn bei der Konstruktion der Spritzgussform ein Mehrfachangusskonzept verwendet wird, treffen die Fließfronten der Kunststoffschmelze aufeinander. Im Bereich von Löchern und Hindernissen werden die Fließfronten ebenfalls in zwei Ströme geteilt. Auch eine ungleichmäßige Wandstärke führt zu Bindenähten.
3. Wenn ein seitlicher Anschnitt verwendet wird und es keinen Bereich mit stehendem Material oder einen unzureichenden Bereich mit stehendem Material gibt, nachdem der Kunststoff den Anschnitt passiert hat, entstehen leicht Spritzmarken.
Lösungen für Schweißnähte auf Kunststoffprodukten
1. Reduzieren Sie die Anzahl der Gates.
2. Stellen Sie die Torposition ein.
3. Fügen Sie Materialüberlaufschächte in der Nähe des Schweißteils hinzu, verschieben Sie die Schweißlinie in die Überlaufschächte und entfernen Sie sie dann.
4. Erhöhen Sie die Absaugung im Bereich der Schweißnaht, um die Luft und die flüchtigen Bestandteile in diesem Teil schnell abzusaugen. Erhöhen Sie die Material- und Formtemperatur, um die Fließfähigkeit des Kunststoffs zu verbessern und die Materialtemperatur beim Schmelzen zu erhöhen.
5. Ändern Sie die Position und Anzahl der Tore, um die Position der Schweißnaht an eine andere Stelle zu verschieben.
6. Einspritzgeschwindigkeit erhöhen.
7. Erhöhen Sie den Einspritzdruck und vergrößern Sie das Gießsystem.
8. Reduzieren Sie die Verwendung von Formtrennmitteln.
9. Verkürzen Sie den Abstand zwischen dem Anschnitt und dem Schweißbereich.
10. Stellen Sie die Anschnittposition so ein, dass der geschmolzene Kunststoff nach dem Durchgang durch den Anschnitt auf den Stift oder die Wand trifft.
11. Ändern Sie die Anschnittform in einen überlappenden Anschnitt oder einen Nasenanschnitt mit ausreichender Stagnationsfläche im Anschnittbereich.
12. Verlangsamen Sie die anfängliche Einspritzgeschwindigkeit der Kunststoffschmelze.
13. Vergrößern Sie die Anschnittdicke/Querschnittsfläche so, dass sich die Materialflussfront sofort bildet.
14. Erhöhen Sie die Temperatur der Form, um ein schnelles Aushärten des Materials zu verhindern.
Einflussfaktoren für Schmelzespuren und Maßnahmen zu ihrer besseren Beseitigung
Da Fließmarken die Qualität von Kunststoffteilen erheblich beeinflussen, wurden ihr Entstehungsmechanismus und ihre Leistungsbewertung umfassend erforscht und verschiedene Lösungen vorgeschlagen.
a. Einfluss der Temperatur
Eine Erhöhung der Temperatur kann den Entspannungsprozess des Polymers beschleunigen und die Zeit der Verschränkung der Molekülketten verkürzen, was der vollständigen Verschmelzung, Diffusion und Verschränkung der Moleküle am vorderen Ende des Materials förderlicher ist und somit die Festigkeit des Schweißnahtbereichs verbessert.
Es ist nachgewiesen, dass eine Erhöhung der Schmelzetemperatur die Tiefe der V-Kerbe auf der Oberfläche von Kunststoffteilen verringert. Wird die Schmelzetemperatur von 220℃ auf 250℃ erhöht, sinkt die Tiefe der V-Kerbe von 7μm auf 3μm.
Der Einfluss der Temperatur auf die Zugfestigkeit von Fließnähten bei spritzgegossenen PA66-Produkten mit 33 % Glasfaserverstärkung wurde untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Zugfestigkeit von Proben mit und ohne Fließnähte mit steigender Schmelzetemperatur zunahm.
Der Einfluss von Temperaturänderungen auf die Zugfestigkeit von Bindenähten ist nicht linear. Bei relativ niedriger Temperatur (z. B. 70℃) verändert sich ihre Zugfestigkeit mit steigender Temperatur deutlich.
Diese Veränderung ist jedoch relativ flach, wenn die Temperatur bis zu einem bestimmten Grad ansteigt.
Ähnliche Ergebnisse wurden bei Versuchen mit PA66 (35% glasfaserverstärkt) unter Verwendung von ABS erzielt.
Mithilfe von Simulationen wurde festgestellt, dass Werkzeugtemperatur und Schmelzetemperatur der Spritzgießmaschine nicht den gleichen Einfluss auf die Festigkeit von Bindenähten haben, die von verschiedenen Materialien gebildet werden.
Durch eine Kombination von Experimenten und Simulationen wurde festgestellt, dass von den Parametern des Spritzgießprozesses die Schmelzetemperatur die größte Auswirkung auf die Festigkeit der Schweißnähte von ABS-Kunststoffteilen hat.
b. Einfluss von Einspritzdruck und Nachdruck
Der Einspritzdruck ist ein wichtiger Faktor beim Füllen und Formen von Kunststoffschmelze. Seine Aufgabe besteht darin, den Widerstand der Kunststoffschmelze beim Fließen durch Zylinder, Düse, Angusssystem und Kavität zu überwinden, der Kunststoffschmelze eine ausreichende Füllgeschwindigkeit zu verleihen und die Schmelze verdichten zu können, um die Qualität der Spritzgussprodukte sicherzustellen.
Die Erhöhung des Einspritzdrucks trägt dazu bei, den Fließkanalwiderstand zu überwinden und den Druck auf die Schmelzefront zu übertragen, so dass die Schmelze an der Schweißnaht mit hohem Druck aufgeschmolzen werden kann und die Dichte an der Schweißnaht erhöht wird, wodurch die Festigkeit der Schweißnaht verbessert werden kann.
Die Erhöhung des Nachdrucks liefert nicht nur mehr kinetische Energie für die Bewegung der Schmelzmolekülkette, sondern fördert auch die gegenseitige Bindung der beiden Schmelzestränge, wodurch die Dichte des Schweißpunktbereichs und die Festigkeit des Schweißpunkts erhöht werden.
c. Einfluss von Einspritzgeschwindigkeit und Einspritzzeit
Eine Erhöhung der Einspritzgeschwindigkeit und eine Verkürzung der Einspritzzeit verkürzen die Fließzeit, bevor die Schmelzefronten zusammenlaufen, verringern den Wärmeverlust und erhöhen die Scherwärmeentwicklung, so dass die Viskosität der Schmelze sinkt und die Fließfähigkeit zunimmt, wodurch die Festigkeit der Schweißnähte verbessert wird.
Die Festigkeit der Schweißnahtmarkierungen ist sehr empfindlich gegenüber der Einspritzzeit und erhöht sich, je kürzer die Einspritzzeit ist.
Ist die Einspritzgeschwindigkeit jedoch zu hoch, entstehen leicht Turbulenzen (Schmelzebruch), die die Eigenschaften der Kunststoffteile erheblich beeinträchtigen.
Das Spritzgießen mit Bindenaht sollte grundsätzlich bei niedrigem Druck und geringer Geschwindigkeit beginnen; anschließend wird die Kunststoffspritzgießgeschwindigkeit an die Formteilgeometrie angepasst.
Um den Produktionszyklus zu verkürzen und Turbulenzen zu vermeiden, wird in der Praxis häufiger eine mittlere bis hohe Einspritzgeschwindigkeit verwendet.
Die Einspritzgeschwindigkeit beeinflusst das Fließverhalten der Schmelze in der Kavität, den Druck und die Schmelzetemperatur in der Kavität sowie die Leistung des Produkts.
Mit steigender Einspritzgeschwindigkeit steigt auch die Fließgeschwindigkeit der Schmelze durch Angusssystem und Kavität. Das Material wird stärker geschert, die Reibungswärme und Temperatur steigen, die Viskosität sinkt und der Fließweg verlängert sich. Gleichzeitig steigen Kavitätsdruck und Festigkeit der Bindenähte im Produkt.
Bei stark unterschiedlichen Wanddicken ändert sich der Fließwiderstand in der Spritzgießformkavität: In dicken Bereichen ist er klein und die Fließgeschwindigkeit hoch, in dünnen Bereichen groß und die Geschwindigkeit niedrig.
Aufgrund dieser Unterschied in der Strömungsgeschwindigkeit, so dass die Schmelze aus verschiedenen Wandstärken, mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten der Konvergenz, und schließlich bei der Konvergenz der Bildung von Schweißmarken.
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