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Grenzflächenreaktives Zweikomponenten-Spritzgießen

Das Zweikomponenten-(2K)-Spritzgießen gewinnt zunehmend an Bedeutung, da nachträgliche aufwendige Füge-, Klebe- und Montageschritte entfallen. Beim Spritzgießen von Hart-Weich-Verbunden werden die Eigenschaften von zwei Kunststoffen in einem Formteil kombiniert, wie zum Beispiel ein hoher E-Modul der Hartkomponente mit den Eigenschaften der Weichkomponente, wie elastische Verformbarkeit als Dichtfunktion und Griffigkeit. Da viele relevante Polymere thermodynamisch wenig verträglich sind, stellt die Erhöhung der Haftung der zwei Werkstoffkomponenten in der Grenzschicht die zentrale Aufgabe unserer Untersuchungen dar. Dabei werden in der Literatur verschiedene Mechanismen der Haftung diskutiert.

In der Literatur und besonders in Firmenprospekten werden häufig sogenannte Haftungsmatrizen für Hart-Weich-Verbunde veröffentlicht, die eine erste Hilfe bei der Auswahl der Komponenten sein können. Da aber die Prüfkörpergeometrie und die Verfahren der Prüfkörperherstellung bisher nicht normiert sind sowie meistens nicht offengelegt werden, sind nicht selten für eine Hart-Weich-Variante unterschiedliche Aussagen zu finden.

Weiterhin muss beachtet werden, dass für einige Anwendungen spezielle Hart-Weich-Kombinationen notwendig sind; und andererseits die Verbundfestigkeit für eine bestimmte Hart-Weich-Variante noch durch andere Faktoren beeinflusst wird, wie zum Beispiel die Spritzgießtechnologie, die Spritzgießparameter und die Werkzeuggestaltung. Allgemein sind folgende Methoden zur Erhöhung der Verbundfestigkeit bekannt:

  • Der Zusatz von Verträglichkeitsvermittlern, Einsatz haftungsmodifizierter Kunststoff-Typen;
  • Chemische Reaktionen in der Grenzschicht, was nur bei bestimmten Hart-Weich-Kombinationen ohne vorherige Modifizierung zu erwarten ist, z.B. durch Umesterungs- bzw. Umamidierungsreaktionen;
  • Chemische Reaktionen in der Grenzschicht, nach Modifizierung zumindest einer Oberfläche oder zumindest einer der beiden Komponenten.

In unserer Arbeitsgruppe beschäftigen wir uns überwiegend mit den Methoden 2 und 3.
Dabei werden folgende Hart-Weich-Kombinationen untersucht:

  • PA / TPU;
  • PA / TPU mit Isocyanat modifiziert;
  • POM / TPU;
  • POM-Blends / TPU;
  • POM / TPU mit Isocyanat modifiziert;
  • POM-Blends / TPU mit Isocyanat modifiziert.

Die Verbundfestigkeit wird durch einen normierten Zugversuch mit einem Zweikomponentenschulterstab (mit einer oder mit zwei Grenzflächen) oder durch einen angepassten (Rollen)Schälversuch bestimmt.

 
Interface-reactive Two-Component Injection-Moulding
Grenzflächenreaktives Zweikomponenten-Spritzgießen

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Grenzflächenreaktive Verarbeitungsprozesse zur Erhöhung der Verbundhaftung

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