Acetal-Spritzguss

Acetal-Spritzgießen oder POM-Spritzguss Teile aus Polyoxymethylen (POM), einem hoch verarbeiteten thermoplastischen Material. POM kann in Form von Homopolymer- oder Copolymeracetal vorliegen. Homopolymeres Acetal weist aufgrund seiner kristallinen Struktur eine hohe Festigkeit auf. Allerdings kann es aufgrund des hochspezifischen Schmelzpunkts problematisch sein. Copolymer-Azetal ist aufgrund des größeren Verarbeitungsfensters leichter zu formen. Seine mechanische Festigkeit ist geringer als die des vorherigen Materials, da seine kristalline Struktur weniger geordnet ist.

Einige renommierte Anbieter bieten Copolymer-Acetale an. DuPont, ein renommierter Materiallieferant, bietet jedoch nur Delrin® an, ein Homopolymer mit verbesserten Eigenschaften. Die Delrin®-Typen werden nach ihrer Festigkeit, Steifigkeit, Viskosität und Beständigkeit eingeteilt. Es ist sowohl für den Spritzguss als auch für die CNC-Bearbeitung geeignet. Acetal-Formprodukte und -Teile werden in der Automobilindustrie, der Medizintechnik und der Flüssigkeitsbranche eingesetzt.

Dieser Artikel befasst sich in erster Linie mit dem Acetal-Spritzguss, den Eigenschaften von POM, den Vorteilen und den Konstruktionsrichtlinien für die Herstellung von Teilen aus POM. Darüber hinaus bieten wir Ihnen einen Design-Leitfaden für das Spritzgießen, bestimmte Vorschläge und Empfehlungen für optimale Ergebnisse für Ihr Acetal-Spritzgießprojekt.

Was ist Acetal?

Acetal, auch bekannt als Polyoxymethylen (POM), ist ein zäher und leistungsstarker Thermoplast. Es handelt sich um ein teilkristallines Material, das häufig für technische Anwendungen verwendet wird. Acetalpolymere werden durch die Verknüpfung langer Ketten mit der Molekularformel CH2O gebildet. Einige copolymere Monomere werden ebenfalls eingearbeitet, um zusätzliche Funktionalität zu bieten. Je nach Struktur kann Acetal ein Homopolymer oder ein Copolymer sein, je nach Struktur.

Das bekannteste homopolymere Acetal ist DuPont™ Delrin®. Acetalkunststoffe haben eine hohe Festigkeit und Steifigkeit, die sie ideal für Anwendungen machen, die eine hohe Festigkeit, aber eine geringe Biegung erfordern. Diese Kunststoffe weisen auch eine geringe Reibung und hohe Verschleißraten auf. Aufgrund seiner geringen Wasseraufnahmefähigkeit besitzt Acetal eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Maßänderungen. Aus diesen Gründen wird Acetal bei vielen Anwendungen anstelle von Metallen eingesetzt.

Acetal/POM Materialeigenschaften

Tabelle: Eigenschaften verschiedener Acetaltypen

In der obigen Tabelle sind die oben genannten POM-Handelsnamen und ihre Eigenschaften aufgeführt. Das Homopolymer Delrin® 100 hat die höchste Zugfestigkeit, was auf einen höheren Kristallinitätsgrad des Polymers zurückzuführen ist. POM zeichnet sich durch eine sehr gute Zug- und Biegefestigkeit aus, hat aber eine hohe Schrumpfungsrate. Je nach den Anforderungen der Anwendung können bestimmte POM-Typen Füllstoffe zur Verbesserung der Festigkeit, Korrosions- oder UV-Beständigkeit enthalten.

Vorteile des POM-Spritzgießens

Acetal hat eine hohe Leistungsfähigkeit mit wünschenswerten technischen Eigenschaften. Das Material bietet eine hohe Ermüdungs- und Kriechfestigkeit, wenn es Belastungen ausgesetzt wird. Dank seiner hohen mechanischen Festigkeit eignet es sich optimal für verschiedene Sektoren mit hohen Präzisionsanforderungen wie die Luft- und Raumfahrt und die Automobilindustrie. Die geringe Reibung trägt dazu bei, dass der Verschleiß von POM über einen langen Zeitraum hinweg sehr gering ist. Außerdem rostet und korrodiert Acetal nicht und kann auch bei hohen Temperaturen eingesetzt werden.

Ermüdungsbeständigkeit

Acetal-Spritzgussteile weisen gute Leistungsmerkmale auf, wenn sie wiederholten Belastungszyklen ausgesetzt sind. Es eignet sich am besten für Situationen, in denen die Belastung konstant ist, wie z. B. bei Zahnrädern. So bietet homopolymeres POM eine bessere Ermüdungsfestigkeit als Copolymere. Diese besonderen Eigenschaften ermöglichen eine langfristige Zuverlässigkeit unter hohen Belastungen. Aufgrund seiner Ermüdungsfestigkeit eignet sich POM für Anwendungen, bei denen mechanische Teile benötigt werden.

Kriechwiderstand

POM-Formteile sind bei langfristiger mechanischer Beanspruchung formstabil. Es hat eine sehr geringe Neigung zu dauerhafter Verformung, selbst wenn es einer konstanten Belastung ausgesetzt ist. Diese Eigenschaft macht POM für den Einsatz in tragenden Anwendungen geeignet. Die fehlende Kriechneigung des Materials macht es auch ideal für strukturelle Anwendungen. Dies ist ein sehr zuverlässiger Bereich für die Leistung von POM unter Druck.

Hohe Festigkeit

POM-Spritzgussteile bieten die besten Zug- und Biegeeigenschaften. Das Material bietet die für mechanische Hochleistungsbauteile erforderliche Steifigkeit. Homopolymere Versionen von POM weisen im Vergleich zu den Copolymeren eine noch höhere Festigkeit auf. Zu den üblichen Anwendungen gehören Förderanlagen und sicherheitsrelevante Bauteile. Die mechanischen Eigenschaften von POM sind so vielseitig, dass verschiedene Anwendungen möglich sind.

Geringe Reibung

Die geringe Reibung von POM verringert die Abnutzung der Gleitelemente. Das Material eignet sich gut für den Einsatz in Bereichen, in denen es nur geringe Bewegungsschwankungen gibt. Aufgrund seiner natürlichen Tendenz, die Reibung zu verringern, erfordert es nur minimale Wartung: Diese Fähigkeit von POM, Abrieb zu widerstehen, sorgt für eine recht lange Lebensdauer der Gussteile. Daher wird es häufig dort eingesetzt, wo eine geringe Reibung erforderlich ist.

Lebensmittelsicherheit

Das fortschrittliche POM-Material in Lebensmittelqualität erfüllt die Sicherheitsstandards für Produkte, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen. POM kann auch von Herstellern von Maschinen und Anlagen für die Lebensmittelverarbeitung verwendet werden. Es erfüllt die FDA, USDA und alle gesetzlichen und behördlichen Anforderungen an strenge Sicherheit. Aufgrund seiner Ungiftigkeit ist POM für den Einsatz in diesen Sektoren gut geeignet. Acetal-Spritzgussteile werden wegen ihrer Zuverlässigkeit und Verlässlichkeit häufig in lebensmittelverarbeitenden Anlagen eingesetzt.

Dimensionsstabilität

Acetal-Spritzgusserzeugnisse weisen genaue Abmessungen auf, sobald sie nach dem Spritzgussverfahren abgekühlt sind. Während des Spritzgießens ist die Schrumpfungsrate relativ hoch, danach bleibt sie jedoch nahezu gleichmäßig. Maßhaltigkeit ist in Bereichen wie der Automobilindustrie und der Elektronik wichtig. POM-Spritzgussteile bleiben bei mechanischer Beanspruchung und Druck formstabil. Diese Eigenschaft ist eine Voraussetzung für Präzisionsbauteile.

Korrosionsbeständigkeit

POM ist relativ unempfindlich gegen die meisten chemischen Stoffe wie Kraftstoffe und Lösungsmittel. Es wird am besten dort eingesetzt, wo es mit Chemikalien in Berührung kommen kann. Zum Beispiel in zylindrischen Lagertanks. Allerdings wird das Material von starken Säuren und Basen angegriffen. POM hält chemischen Angriffen gut stand und ist daher das richtige Material für den Einsatz im Flüssigkeitsmanagement. Es verfügt außerdem über eine gute und stabile chemische Beständigkeit sowie eine lange Lebensdauer unter rauen Bedingungen.

Hitzebeständigkeit

POM kann in Bereichen mit hohen Temperaturen von bis zu 105°C eingesetzt werden. Homopolymere halten höheren Hitzeschüben stand als Copolymere. Diese Eigenschaft ist entscheidend für Bauteile, die unterschiedlichen Temperaturbedingungen ausgesetzt sind. Aufgrund dieser Eigenschaft eignet sich POM wegen seiner Toleranz gegenüber hohen Temperaturen für den Einsatz in der Industrie. Die richtige Wahl der verwendeten Werkstoffe bedeutet, dass sie dem thermischen Klima standhalten können. Unter Hochtemperatur-Kunststoff pgae, um mehr über Hochtemperaturmaterialien zu erfahren.

Wichtige Überlegungen zur Konstruktion von POM-Spritzgussteilen

Spritzgießen von Acetal bevorzugt die Verwendung von Formen aus rostfreiem Stahl. Das verwendete Material hat eine korrosive Wirkung. Daher müssen die verwendeten Formen stark und widerstandsfähig sein. Die hohe Schrumpfung erfordert ein ausgeklügeltes Formdesign, um präzise Teile zu erhalten. POM wird häufig in der Automobilindustrie, der Industrie und der Medizintechnik eingesetzt. Die Formgebung muss also auf die richtige Art und Weise erfolgen und wird in diesem Fall sicherstellen, dass der Präzisionsgrad und die Qualität der Produktion hoch sind. Bei der Konstruktion von POM-Spritzgussteilen müssen einige Merkmale beachtet werden.

Die Wandstärke sollte zwischen 0,030 und 0,125 Zoll liegen. Indem man die Dickenschwankungen auf ein Minimum beschränkt, kann man eine gleichmäßige Dicke des Teils erreichen. Das Management von Toleranzen ist von entscheidender Bedeutung, da die Schrumpfungsrate des Unternehmens hoch ist, was im Fall von POM offensichtlich ist. Die Radien sollten vor allem in den Bereichen minimiert werden, die am stärksten beansprucht werden. Entformungswinkel von 0,5 bis 1 Grad sind ideal, weil sie sich gleichmäßig auswerfen lassen.

Wanddicke

Die Wandstärke hat einen direkten Einfluss auf die Qualität der spritzgegossenen POM-Teile. Dickere Abschnitte können auch dazu führen, dass sich das Teil auf die eine oder andere Weise verzieht oder schrumpft, was nicht unbedingt erwünscht ist. Auf diese Weise wird die Gesamtstruktur verbessert und eine gleichmäßige Dicke beibehalten. Extrem dünne Wände sind zwar schwierig, müssen aber innerhalb bestimmter Grenzen liegen. Die Wandstärke spielt bei strukturellen Anwendungen eine entscheidende Rolle und hilft, wenn sie gut ausgeführt ist, zuverlässig hohen Drücken standzuhalten.

Toleranzen

POM weist eine hohe Schwindung auf, was bei der Bearbeitung von POM-Formteilen, die innerhalb enger Toleranzen liegen müssen, zu einer Herausforderung werden kann. Vor allem dickere Wände erhöhen die Wahrscheinlichkeit von Toleranzabweichungen. Es ist keine schlechte Idee, bei der Konstruktion auf gleiche Abmessungen zu achten, da dies die Konsistenz der Abmessungen gewährleistet. Es gibt immer eine Möglichkeit, das Formteil richtig zu formen, und dies würde sicherstellen, dass die Toleranzen innerhalb der akzeptablen Grenzen liegen. Probleme aufgrund von Maßabweichungen lassen sich durch Planung und Kontrolle gut in den Griff bekommen.

Radien

Radien in Bauteilkonstruktionen tragen dazu bei, die Spannungskonzentration bei der Verwendung des Bauteils zu minimieren. Scharfe Ecken sind immer ein Problem, weil sie die Punkte sind, die eine Struktur weniger haltbar machen können. Durch die Einbeziehung von Radien werden diese stark beanspruchten Bereiche minimiert, wodurch sich die Lebensdauer des Teils erhöht. Die Radien müssen mindestens das 0,25-fache der Nenndicke der Rohrwand betragen. Kleinere Radien vermindern die Belastung; größere Radien, bis zu 75%, bieten jedoch eine bessere Spannungsverteilung.

Tiefgangswinkel

Es ist möglich, einen hohen POM-Teileauswurf mit minimalen Entformungswinkeln zu erreichen. Da POM eine geringe Reibung aufweist, sind auch Entformungsschrägen von 0,5 Grad möglich. Es ist denkbar, dass bei Teilen wie z. B. Zahnrädern eine Nullverformung nicht unbedingt erforderlich ist, um die Konstruktionsspezifikationen zu erfüllen. Verzüge tragen dazu bei, die Schwierigkeit der Trennung der Teile von den Formen mit minimaler oder gar keiner Beschädigung zu vermeiden. Ein guter Entwurf ermöglicht eine effiziente Produktion und eine bessere Qualität des herzustellenden Teils.

Herausforderungen bei der Verarbeitung von POM-Materialien

Was macht die Verarbeitung von POM schwierig? Nun, bestimmte Faktoren entscheiden über sein optimales Funktionieren. Denn POM hat eine geringe oder gar keine Toleranz gegenüber hohen thermischen Bedingungen. Während des Spritzgießens werden von den Werkzeugbetreibern mehrere Faktoren in Betracht gezogen. Zu diesen Faktoren gehören die Wärmeregulierung, der Feuchtigkeitsgehalt, die Formparameter und die Schrumpfung. Diese Elemente sind wichtig, um eine erfolgreiche Produktion von qualitativ hochwertigen POM-Spritzgussteilen zu erreichen.

Hitze

Einer der kritischsten Aspekte beim POM-Spritzgießen ist die Hitze. Bei einer Temperatur von mehr als 210 °C wird das Material thermisch abgebaut. Dieser Abbau führt zur Bildung von Nebenprodukten, die korrosiv sind und schließlich die Spritzgussform angreifen. Die Formtemperatur sollte zwischen 60 und 100 °C liegen, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Außerdem sind kurze Heizzyklen von Vorteil, da sie das Material nicht zu sehr belasten. Die Erhöhung der Temperatur sollte mit einer Verringerung der Verweilzeit einhergehen, um die Qualität zu erhalten.

Luftfeuchtigkeit

Die Feuchtigkeitsaufnahme von POM ist recht gering und liegt zwischen 0,2 und 0,5%. Es wird jedoch empfohlen, POM-Harz vor der Verarbeitung zu trocknen, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Die Trocknungszeit beträgt normalerweise zwischen 3 und 4 Stunden, je nach POM-Sorte. Dies ist wichtig, damit der Feuchtigkeitsgehalt während des Formens niedrig ist, um das Auftreten von Fehlern zu verringern. Eine sorgfältige Vorbereitung vermeidet Probleme mit der Feuchtigkeit während der Injektion.

Parameter für die Formgebung

Für das POM-Spritzgießen müssen die richtigen Formgebungsparameter eingehalten werden. Der erfolgreiche Einspritzdruck liegt zwischen 70 und 120 MPa, um eine gute Wiederholbarkeit des Versuchs zu gewährleisten. Eine mittlere bis hohe Einspritzgeschwindigkeit ist ebenfalls wünschenswert, um eine reibungslose Produktion des Teils zu erreichen. Die Kontrolle der Formteile erfordert eine angemessene Kontrolle der Parameter, um sicherzustellen, dass die Formteile bestimmte Spezifikationen erfüllen. Durch genaue Überwachung dieser Parameter lässt sich die Qualität des Endprodukts verbessern.

Schwindung

Schrumpfung ist ein übliches Problem bei POM-Werkstoffen einschließlich Delrin®. Die Schrumpfungsraten liegen in der Regel zwischen 2 und 3,5 % in der Abkühlphase des Zyklus. Der größte Teil der Schrumpfung findet statt, wenn sich das Teil noch in der Form befindet, der Rest nach dem Auswerfen. Unverstärktes homopolymeres POM weist eine größere Schwindung auf als copolymere Materialien. Diese Schwindungsraten müssen bei der Konstruktion der Form berücksichtigt werden, um die gewünschten Abmessungen zu erreichen.

Nachteile des Acetal-Spritzgießens

Obwohl das Acetalformverfahren mehrere Vorteile bietet. Es hat aber auch seine Grenzen und Nachteile. Darüber hinaus sind Acetal-Formen mit vielen Herausforderungen verbunden. Diese Einschränkungen müssen während des Formprozesses sorgfältig berücksichtigt werden, damit die Unternehmen qualitativ hochwertige Endprodukte herstellen können.

Schlechte Wetterbeständigkeit

Acetal ist sehr anfällig für Zersetzung. Normalerweise dann, wenn es ultraviolettem Licht oder UV-Licht ausgesetzt ist. Dies liegt daran, dass eine ständige Exposition zu starken Farbveränderungen führen und schließlich die Leistungsfähigkeit beeinträchtigen kann. UV-Licht verschlechtert den ästhetischen Wert und schwächt das Material physisch. Außerdem wird durch die UV-Strahlung die Struktur der Polymere angegriffen. Daher müssen Stabilisatoren verwendet werden, um die Witterungsbeständigkeit von Acetal zu erhöhen. Diese Stabilisatoren können den Abbau über lange Zeiträume im Freien nicht vollständig verhindern, was die Verwendung von Acetal im Außenbereich erschwert.

Sprödigkeit

In festem Zustand ist Acetal sehr widerstandsfähig und besitzt eine hohe Steifigkeit, versagt aber unter bestimmten Umständen spröde. Temperatur Niedrige Temperaturen beeinflussen die Materialeigenschaften von Acetal und machen es anfällig für Risse oder Brüche, wenn es einem Schlag ausgesetzt ist. Diese Sprödigkeit ist jedoch ein Nachteil bei allen Anwendungen, bei denen eine hohe Schlagzähigkeit erwünscht ist, insbesondere bei niedrigen Temperaturen. Es ist eine große Herausforderung, Produkte aus Acetal so zu gestalten, dass sie Stöße aushalten, ohne zu zerbrechen.

Hinsichtlich der Auswirkungen des Acetal-Formprozesses auf die mechanischen Eigenschaften der Teile sollten einige Überlegungen angestellt werden.

Acetal-Spritzgussform-Design

Bei der Entwicklung einer Anwendung aus Acetalmaterial ist es wichtig, die richtige Form zu wählen, da sie die Qualität und Stabilität des Endprodukts bestimmt. Hier sind einige wichtige Konstruktionsrichtlinien zu beachten:

• Läufer-Durchmesser: Der Kanaldurchmesser sollte zwischen 3 und 6 mm liegen, damit das Material beim Einspritzen leicht fließen kann.
• Torlänge: Idealerweise sollte die Anschnittlänge etwa 0,5 mm betragen, um den Materialdurchsatz angemessen zu regulieren. Sie verbessert die Gleichmäßigkeit der Form, so dass sich beim Füllen der Form mit dem Material keine Fehler bilden.
• Rund Tor-Durchmesser: Diese sollte zwischen der Hälfte und dem Sechsfachen der Dicke des zu formenden Teils liegen. Durch die richtige Dimensionierung der Anschnitte werden Fälle wie kurze Schüsse und Schweißnähte vermieden.
• Rechteckiges Tor Breite: Die Breite der rechteckigen Anschnitte muss mindestens doppelt so groß sein wie die Dicke des Produkts. Im Idealfall sollte sie etwa das 0,6-fache der Wandstärke betragen, was die strukturelle Verstärkung des Behälters betrifft.
• Entwurfswinkel: Für eine einfache Entnahme des Formteils ohne Abrieb an der Oberfläche wird ein Formwinkel von 40 bis 1 30 vorgeschlagen.

Vortrocknendes Acetal-Material

Auch wenn es einen hohen Feuchtigkeitsabsorptionswert hat, wird empfohlen, das Acetalteil vor dem Spritzgießen des Harzes vorzutrocknen. Durch das Vortrocknen wird auch das Vorhandensein einer bestimmten Form von Feuchtigkeit, die destruktiv ist, wie die Bildung von Hohlräumen oder Blasen, reduziert. Der Trocknungsprozess sollte bei einer Temperatur von 80-100 °C erfolgen und 2-4 Stunden dauern. Eine korrekte Trocknung ist wichtig, da sie dazu beiträgt, verschiedene Eigenschaften der Materialien beizubehalten und das spritzfreie Gießen zu erleichtern.

Acetal Molding Temperaturkontrolle

Beim Acetal-Spritzgießen ist es sehr wichtig, sowohl die Feuchtigkeit als auch die Schmelzetemperatur aufrechtzuerhalten, um bessere Ergebnisse zu erzielen. Die Werkzeugtemperatur sollte zwischen 75 und 120 Grad Celsius und die Schmelzetemperatur zwischen 190 und 230 Grad Celsius (374 bzw. 446 Fahrenheit) liegen. Mit Parametern wie der genauen Temperaturregelung lassen sich auch Probleme wie Verzug, Schrumpfung oder sogar eine schlechte Oberflächengüte in den Griff bekommen. Eine genaue Regulierung der thermischen Bedingungen trägt zu einer gleichmäßigen Abkühlung und damit zur Minimierung von Spannungen bei, was wiederum zu einer Verbesserung der Abmessungsmerkmale des Endprodukts führt.

Einspritzdruck

Jedes Material erfordert einen bestimmten Einspritzdruck, der erreicht werden muss, um die spezifische Teilequalität zu erreichen. Der Druckbereich liegt zwischen 40 und 130 MPa, abhängig von der Schmelzflussrate des Acetals sowie der Dicke und Größe des Angusses und des Teils. Ist der Druck zu niedrig, kann die Form nur unzureichend gefüllt werden, und ist der Druck zu hoch, kann es zu Gratbildung oder anderen Defekten kommen. Der optimale Druck ist wichtig für die Schaffung einer angemessenen Teileform und den Ausschluss von Defekten.

Geschwindigkeit beim Spritzgießen

Die Einspritzgeschwindigkeit ist ein weiterer Faktor, der den Prozess der Acetalverformung stark beeinflusst. Je nach Pfützenbildung reicht die Einspritzgeschwindigkeit von mäßig bis schnell, um die Entstehung von Defekten beim Füllen der Form zu vermeiden. Bei einer langsamen Geschwindigkeit sind Fließspuren oder Oberflächenfehler auf der Oberfläche zu sehen. Andererseits kann eine hohe Geschwindigkeit zu einer so genannten Strahl- oder Scherüberhitzung führen, die sich negativ auf die Festigkeit und Oberflächenbeschaffenheit der meisten Teile auswirkt. Durch eine Änderung der Einspritzgeschwindigkeit kann man sowohl die Formteilfehler beseitigen als auch die Produktivität des Formteils erhöhen.

Diese Überlegungen ermöglichen es den Herstellern, die Effizienz ihrer Acetal-Spritzgussteile durch Kontrolle der Parameter und der auftretenden Probleme zu verbessern. Um die positiven Eigenschaften von Acetal optimal zu nutzen und gleichzeitig seine Nachteile zu vermeiden, müssen bestimmte Aspekte der Werkzeugkonstruktion, der Materialhandhabung und des Prozesses genau abgestimmt werden.

Schlussfolgerung

Acetal oder Polyoxymethylen ist eine Art spritzgegossener teilkristalliner Thermoplast. Dieses Material wird häufig in mechanischen Teilen wie Buchsen, Lagern, Zahnrädern und Kettenrädern verwendet.

Im Vergleich zu Metallen und anderen Kunststoffen hat Acetal einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine hohe Steifigkeit. Diese Merkmale verbessern die Verschleißeigenschaften erheblich, so dass die daraus hergestellten Produkte langlebig sind.

All diese Eigenschaften machen Acetal zu einem Material der Wahl für viele technische Anwendungen. Die richtige Verarbeitung und das Design der Geräte verbessern ihre Effizienz und Haltbarkeit in verschiedenen Branchen.

Die Einführung von Acetal in die Produktionsprozesse kann zu einer höheren Effizienz und einer geringeren Häufigkeit der Wartung von mechanischen Anlagen führen.