Was ihr schon immer über Kunststoffe wissen wolltet

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    • Was ihr schon immer über Kunststoffe wissen wolltet

      Hallo liebe Leute,
      ich habe vor kurzem eine Firma gegründet die indirekt auch etwas mit Spritzguss zu tun hat. Daher habe ich mich gestern hier angemeldet um mich in das Thema etwas einzuarbeiten. Ich habe von euch in den letzten Stunden beim Lesen schon viel gelernt und wollte nun auch etwas zurück geben.

      Ich habe Chemie bis zur Promotion studiert und vielleicht hat jemand hier Fragen zur Herstellung von Kunststoffen, Verfahren, Monomere, Nebenprodukte...oder alles weitere, dass euch interessiert.
      Also: wenn euch schon immer eine Frage umtrieben hat- fragt gerne. Ich gebe mir Mühe euch euer Lieblingsthema von einer anderen Seite etwas näher zu bringen.

      Beste Grüße
      Lukas
    • Hallo Siebengebirge und willkommen hier.
      Frage: Welcher Zusammenhang besteht zwischen Wärmekapazität, W.Leitfahigkeit und Dichte? Warum sind diese im Spritzguss wichtig? Mich würde auch interessieren welcher Unterschied besteht zwischen allen diesen. Danke.
    • Herzlich willkommen im Forum!

      Siebengebirge schrieb:

      Also: wenn euch schon immer eine Frage umtrieben hat- fragt gerne. Ich gebe mir Mühe euch euer Lieblingsthema von einer anderen Seite etwas näher zu bringen.
      Die "andere Seite" würde mich sehr interessieren .... gib mal ein paar Infos darüber!

      *NEUES Prozessdenken* ist überfällig, denn trotz *50 Jahre technischen Fortschritts* sind die ALTEN Fehlerbilder geblieben!

    • Andre schrieb:

      Hallo Siebengebirge und willkommen hier.
      Frage: Welcher Zusammenhang besteht zwischen Wärmekapazität, W.Leitfahigkeit und Dichte? Warum sind diese im Spritzguss wichtig? Mich würde auch interessieren welcher Unterschied besteht zwischen allen diesen. Danke.
      Eine erste kurze Antwort habe ich dazu in meinem Vortrag(ab 05:35) gegeben. Mit den drei Werten wird die Temperaturleitfähigkeit berechnet.

      Je höher die Wärmeleitfähigkeit ist, umso besser kann der Kunststoff die Wärme transportieren.
      Je höher die Dichte ist, umso geringer wird die Temperaturleitfähigkeit. Das gleiche bei der Wärmekapazität. Da muss ich jeweils zusehen, dass die so klein wie möglich sind. Mit einer der Gründe, warum eine Kavität nicht unnötig überladen werden sollte, da ich so die Dichte erhöhe und zeitgleich die Masse bzw. die Wärmemenge.

      Warum sind diese im Spritzguss so wichtig? Sie beschreiben letztendlich die Materialeigenschaften und ermöglichen eine Berechnung der Abkühlzeit mittels Simulation, da es händisch sehr viel länger dauert. Auch ist mit einem Verständnis für die Eigenschaften es möglich verschiedene Dinge hinsichtlich Füllung, Nachdruck, Kühlzeit sowie Schwindung+Verzug zu verstehen und gezielt einzustellen.
    • "Je höher die Wärmeleitfähigkeit ist, umso besser kann der Kunststoff die Wärme transportieren."
      Bedeutet es für den Kunststoff dass dieser im Wärmehaushalt homogäner ist?

      Welcher Unterschied besteht zwischen Temperaturleitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit?

      Wenn der Kunststoff eine gute Wärmekapazität hat habe ich dadurch auch höhere Kühlzeit?

      "Auch ist mit einem Verständnis für die Eigenschaften es möglich verschiedene Dinge hinsichtlich Füllung, Nachdruck, Kühlzeit sowie Schwindung+Verzug zu verstehen und gezielt einzustellen"

      Kannst du bitte diese Aussage etwas genauer erklären?
    • Andre schrieb:

      "Je höher die Wärmeleitfähigkeit ist, umso besser kann der Kunststoff die Wärme transportieren."
      Bedeutet es für den Kunststoff dass dieser im Wärmehaushalt homogäner ist?

      Welcher Unterschied besteht zwischen Temperaturleitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit?

      Wenn der Kunststoff eine gute Wärmekapazität hat habe ich dadurch auch höhere Kühlzeit?

      "Auch ist mit einem Verständnis für die Eigenschaften es möglich verschiedene Dinge hinsichtlich Füllung, Nachdruck, Kühlzeit sowie Schwindung+Verzug zu verstehen und gezielt einzustellen"

      Kannst du bitte diese Aussage etwas genauer erklären?
      Je höher die Wärmeleitfähigkeit, umso besser kann die Wärme aus dem Kern in das Werkzeug transportiert werden. Hinsicht homogenen Wärmehaushalt hat dies keine Auswirkung, da primär die Temperierung des Werkzeugs die Homogenität beeinflusst. Man kann mit der passenden Wahl des Kunststoffs die Qualität der Temperierung beeinflussen, aber nicht die Temperierung ist das Auswahlkriterium für den Artikel, sondern der Einsatzzweck. Somit muss das Werkzeug ordentlich temperiert werden.

      Die Temperaturleitfähigkeit ist der Quotient aus Wärmeleitfähigkeit, Dichte und Wärmekapazität. Siehe der Formel im Vortrag.
      Mit der Temperaturleitfähigkeit ist es möglich Materialien miteinander direkt zu vergleichen. Bei Stählen reichen die Angaben für Raumtemperatur, da sich diese mit höheren Temperaturen nicht so stark ändern, wie bei Kunststoffen.

      Die Wärmekapazität beschreibt die Fähigkeit eines Materials wie viel Wärme pro kg und pro K(°C) gespeichert werden kann. Je höher dieser Wert ist, umso mehr Wärme wird gespeichert und das wirkt sich negativ auf die Zykluszeit aus. Amorphe Kunststoffe haben in der Regel eine geringere Wärmekapazität als teilkristalline Kunststoffe.

      Wenn du ein Material hast, was sehr schnell auskühlt, wird sich das im Fülldruck bemerkbar machen. Somit muss da schneller eingespritzt werden.
      Beim Nachdruck ergibt sich ein unterschiedliches Druckniveau und auch Nachdruckzeit.
      Auf die Kühlzeit wirkt sich ein Material mit hoher Dichte und Wärmekapazität auch aus. Je mehr Masse vorhanden ist und je höher die Wärmekapazität ist, umso höher muss die Kühlzeit sein. Einfache Überschlagsrechnungen können somit zu starken Fehlern führen, wenn die Eigenschaften nicht bekannt sind bzw. unterschätzt werden.
      Bei teilkristallinen Materialien gibt es das Problem, dass die sich mit schlechter Temperierung noch stärker Verziehen können. Grund ist hierbei die höhere Temperatur, die länger anliegt und somit das Kristallwachstum begünstigt. Wachsen Kristalle immer weiter, verlieren sie an Volumen bzw. die Dichte steigt. Und das schwindende Material übt solch hohe Eigenspannungen aus, dass der Artikel sich am Ende stärker verzieht.
    • Andre schrieb:

      Danke für diese ausführliche Antwort.
      Es ist erstaunlich wie tiefgehend das Verständnis um den Kunststoff und das Spritzgießen sein muss um bestimmte " Phänomene" zu verstehen und daraus richtige Schritte abzuleiten.
      Ich hoffe @Siebengebirge du hast auch noch zu meiner Frage etwas dazu beizutragen?
      Wenn du wüsstest, wie tief man gehen kann. Ich hatte im Studium auch einen Teil der Kunststoffherstellung, angefangen von den Monomeren und welcher Schabernack sich damit noch treiben lässt. Bin auch gespannt, was @Siebengebirge noch beitragen kann mein Unwissen zu reduzieren.
    • Always student schrieb:

      vielen Dank für die Erklärungen und Input.

      Heißt das wenn ich bei teilkristallinen Kunststoffe den Nachdruck erhöhe, sich damit die Dichte und Wärmekapazität erhöht, was zu einer längeren Kühlzeit führen wird um die Wärme wieder aus dem Bauteil rauszubekommen?

      Viele Grüße aus Paderborn und
      Kurz ja. Wobei die Wärmekapazität nicht direkt erhöht wird, sondern nur die Dichte.

      Gruß zurück an Paderborn. Hab da von 2008-2013 studiert.
    • Die Wärmekapazität ist unabhängig von der Dichte. Sie kann auch nicht gezielt vom Prozess gesteuert werden, sondern nur vom Herstellprozess des Kunststoffs selbst.

      Eine Wärmebildkamera für den Prozess selbst macht nur für die Überwachung Sinn, damit Abweichungen vom Soll festgestellt werden können. Die Kühlzeit wird durch die Temperatur im Kern bestimmt und die lässt sich nicht mit einer Wärmebildkamera aufnehmen.
    • Always student schrieb:

      @1u21 d.h durch höheren Nachdruck erhöht sich die Dichte, und durch die höhere Dichte erhöht sich die Zeit in der die Wärme aus dem Kunststoff wieder zum Wkz fliesst... interessanter Ansatz. Aus diesem Blickwinkel habe ich das noch gar nicht betrachtet...
      Das ist die übliche Thermodynamik. Leider für viele ein Buch mit sieben Siegeln, aber da versuche so viel aufzuklären, wie möglich. Es ist nicht schwer, nur fehlt vielen der Zugang dazu.
    • Ich hätte da auch noch ein paar Fragen.

      1u21 schrieb:

      Bei teilkristallinen Materialien gibt es das Problem, dass die sich mit schlechter Temperierung noch stärker Verziehen können. Grund ist hierbei die höhere Temperatur, die länger anliegt und somit das Kristallwachstum begünstigt. Wachsen Kristalle immer weiter, verlieren sie an Volumen bzw. die Dichte steigt. Und das schwindende Material übt solch hohe Eigenspannungen aus, dass der Artikel sich am Ende stärker verzieht.
      Ein stärkeres Kristallwachstum habe ich dann aber im gesamten Artikel, dann könnte sich das ja mit dem Verzug wiederum aufheben oder?
      Ein Verzug entsteht ja immer dann, wenn es im Artikel unterschiedliche Abkühlbedingungen gibt, sprich wenn ein Teil schneller bzw. langsamer abkühlt als der andere und so Eigenspannungen entstehen. Habe ich nun eine schlechte Temperierung im gesamten Werkzeug wirkt sich das auf den gesamten Artikel aus und ich habe zwar eine höheren Kristallanteil aber nicht zwangsläufig auch einen höheren bzw. stärkeren Verzug oder?


      Wenn ich mein Werkzeug überlade bzw. den Nachdruck erhöhe, sprich zu viel Masse und mehr Druck in den Artikel einbringe, erhöhe ich die Dichte, was, wie von @Always student schon geschrieben wurde, zu einer geringeren Temperaturleitfähigkeit führt.

      Ist es richtig, dass ich dadurch, einen höheren Kristallanteil erreiche, einerseits, weil ich durch den Druck die Molekülketten näher "zusammendrücke" und andererseits mehr heiße Masse einbringe, was den gleichen Effekt hat wie eine schlechte Temperierung sprich das Kristallwachstum fördert. Ich habe dort dann natürlich die Gefahr, dass sich durch die Abkühlung des Kunststoffes, die plastische Seele immer weiter verkleinert, ich gewisse Bereiche nicht mehr mit Nachdruck versorgen kann, und so keine einheitlich/homogene Kristallinität im Artikel habe und zwangsläufig ein Verzug entsteht. Ganz abgesehen von Gratbildung etc.

      Die Schwindung ist der Effekt, dichtender Molekülanordnung, durch ein überladen bzw. erhöhen des Nachdruckes verringere ich diese deshalb, weil ich den Abstand durch den stärkeren Druck schon "unnatürlich" verringert habe und so die Differenz zur maximalen Dichtheit der Moleküle kleiner ist oder?
    • 99_7 schrieb:

      Ich hätte da auch noch ein paar Fragen.

      1u21 schrieb:

      Bei teilkristallinen Materialien gibt es das Problem, dass die sich mit schlechter Temperierung noch stärker Verziehen können. Grund ist hierbei die höhere Temperatur, die länger anliegt und somit das Kristallwachstum begünstigt. Wachsen Kristalle immer weiter, verlieren sie an Volumen bzw. die Dichte steigt. Und das schwindende Material übt solch hohe Eigenspannungen aus, dass der Artikel sich am Ende stärker verzieht.
      Ein stärkeres Kristallwachstum habe ich dann aber im gesamten Artikel, dann könnte sich das ja mit dem Verzug wiederum aufheben oder?Ein Verzug entsteht ja immer dann, wenn es im Artikel unterschiedliche Abkühlbedingungen gibt, sprich wenn ein Teil schneller bzw. langsamer abkühlt als der andere und so Eigenspannungen entstehen. Habe ich nun eine schlechte Temperierung im gesamten Werkzeug wirkt sich das auf den gesamten Artikel aus und ich habe zwar eine höheren Kristallanteil aber nicht zwangsläufig auch einen höheren bzw. stärkeren Verzug oder?


      Wenn ich mein Werkzeug überlade bzw. den Nachdruck erhöhe, sprich zu viel Masse und mehr Druck in den Artikel einbringe, erhöhe ich die Dichte, was, wie von @Always student schon geschrieben wurde, zu einer geringeren Temperaturleitfähigkeit führt.

      Ist es richtig, dass ich dadurch, einen höheren Kristallanteil erreiche, einerseits, weil ich durch den Druck die Molekülketten näher "zusammendrücke" und andererseits mehr heiße Masse einbringe, was den gleichen Effekt hat wie eine schlechte Temperierung sprich das Kristallwachstum fördert. Ich habe dort dann natürlich die Gefahr, dass sich durch die Abkühlung des Kunststoffes, die plastische Seele immer weiter verkleinert, ich gewisse Bereiche nicht mehr mit Nachdruck versorgen kann, und so keine einheitlich/homogene Kristallinität im Artikel habe und zwangsläufig ein Verzug entsteht. Ganz abgesehen von Gratbildung etc.

      Die Schwindung ist der Effekt, dichtender Molekülanordnung, durch ein überladen bzw. erhöhen des Nachdruckes verringere ich diese deshalb, weil ich den Abstand durch den stärkeren Druck schon "unnatürlich" verringert habe und so die Differenz zur maximalen Dichtheit der Moleküle kleiner ist oder?
      Wenn die Temperierung in allen Bereichen gleich schlecht ist, dann ja. Das kann aber nur in einer Platte oder gerades Rohr erreicht werden, da jede Ecke bzw. Biegung schon einen komplett anderen Wärmeübergang hat. Somit kann der Verzug gezielt mit einer Temperierung eingestellt werden.

      Richtig. Deswegen ist eine Überladung in allen Fällen kontraproduktiv.

      Nein. Der Kristallanteil ist primär davon abhängig welches Energieniveau erreicht wird. Das ist etwas kompliziert ohne Bilder zu erklären. Gebe ich mehr Nachdruck drauf, blähe ich den Artikel einfach auf, sobald er entformt. Das Problem mit der plastischen Seele besteht in allen Fällen. Nicht umsonst gibt es die Regel von dick auf dünn zu spritzen.

      Nein. Auch nicht leicht zu erklären ohne Bilder und viel Text.
    • Richtig. Einen Einfluss hat man mittels einer passenden Vorhaltung für den Artikel. In der Regel wird der Artikel linear in alle Richtungen mit dem Herstellerwert skaliert, wodurch häufig die Artikel an der unteren Toleranzgrenze liegen. Da muss vom Werkzeugbau das ganze berücksichtigt werden.
    • 1u21 schrieb:

      Always student schrieb:

      Heißt das wenn ich bei teilkristallinen Kunststoffe den Nachdruck erhöhe, sich damit die Dichte und Wärmekapazität erhöht, was zu einer längeren Kühlzeit führen wird um die Wärme wieder aus dem Bauteil rauszubekommen?
      Kurz ja. Wobei die Wärmekapazität nicht direkt erhöht wird, sondern nur die Dichte.
      Die spezifische Wärmekapazität wird in J/kgK angegeben. Anders gesagt ist es die Energie/Wärme die ich benötige um 1 kg eines Stoffes um 1K zu erhöhen. Erhöhe ich nun den Nachdruck, mache ich das Teil schwerer und ich erhöhe zeitgleich die Dichte, d.h doch auch, dass sich die Wärmekapazität erhöht. Angenommen wir haben eine Wärmekapazität von 1200J/kgK (1200J um 1 kg um 1 K zu erhöhen) für einen halben kg gilt dann doch 600J/kgK, oder habe ich da etwas falsch verstanden?

      1u21 schrieb:



      Eine Wärmebildkamera für den Prozess selbst macht nur für die Überwachung Sinn, damit Abweichungen vom Soll festgestellt werden können. Die Kühlzeit wird durch die Temperatur im Kern bestimmt und die lässt sich nicht mit einer Wärmebildkamera aufnehmen.
      D.h. um die Restkühlzeit richtig zu bestimmen ist eine Simulation nötig.
    • HW_A schrieb:

      Die spezifische Wärmekapazität wird in J/kgK angegeben. Anders gesagt ist es die Energie/Wärme die ich benötige um 1 kg eines Stoffes um 1K zu erhöhen. Erhöhe ich nun den Nachdruck, mache ich das Teil schwerer und ich erhöhe zeitgleich die Dichte, d.h doch auch, dass sich die Wärmekapazität erhöht. Angenommen wir haben eine Wärmekapazität von 1200J/kgK (1200J um 1 kg um 1 K zu erhöhen) für einen halben kg gilt dann doch 600J/kgK, oder habe ich da etwas falsch verstanden?
      Die Wärmekapazität ist unabhängig von der Dichte, dem Nachdruck oder Masse. Man kann es grob gesagt als eine Materialkonstante annehmen, wenn die Temperaturen sich leicht ändern.


      HW_A schrieb:

      D.h. um die Restkühlzeit richtig zu bestimmen ist eine Simulation nötig.
      Jein. Es gibt die klassische Variante es über den realen Prozess an der Maschine zu ermitteln, da die echte Kühlzeit nicht immer zwingend der theoretischen Kühlzeit entspricht. Es wird nicht umsonst die kürzest mögliche Kühlzeit ermittelt, sondern auch die wirtschaftliche. Mit einer Wärmebildkamera lassen sich gut die kritischen Bereiche ermitteln und auch ist es möglich es reproduzierbar zu halten. Am Ende ist es wichtig, dass die Artikelqualität stimmt und die definiert am Ende die Kühlzeit.
      Eine Simulation ist auch nicht mal eben so aufgesetzt, wenn es um die Kühlzeitermittlung geht. Da muss sehr viel Vorarbeit geleistet werden, damit die Simulation auch realitätsnah ist. Am Anfang eines Projektes ist es eine gute Variante die Wirtschaftlichkeit zu bestimmen, aber sobald das Werkzeug real da ist, wird die Realität immer wieder recht behalten.