Belagbildung und Verschleiß beim Spritzgießen mit Recyclingkunststoffen

Die Zusammensetzung von Kunststoffrezyklaten schwankt von Batch zu Batch. Zusätzlich zu den wechselnden Eigenschaften der Rezyklate hat man darüber hinaus mit Verunreinigungen zu kämpfen. Diese können sich, trotz der Schmelzefiltration während des Regranulierungsschritts, im Rezyklat anreichern. Gemäß Berichten von Rezyklatverarbeitern kann es dadurch zu massiver Belagbildung an den Werkzeugoberflächen und zur Steigerung der Entformungskräfte führen, was letztlich Schäden an den Spritzgussteilen zur Folge hat.

Zunehmend dickere Beläge reduzieren unabhängig von den Entformkräften durch die abweichende Geometrie die Bauteilequalität. Außerdem kann es ausgehend von den Belägen zu einer Korrosion des Werkzeugstahls kommen. Um den geschilderten Auswirkungen der Beläge entgegenzuwirken, sind zusätzliche Reinigungsintervalle notwendig. Durch diese und einen ggf. dennoch stattfindenden erhöhten Verschleiß kommt es zu Mehrkosten bei den Verarbeitern. Genaue Abhängigkeiten sind hier aktuell nicht bekannt.

Reibungslose Verarbeitung von recycelten Werkstoffen

Das Ziel des Verbundprojektes ist es, die Teilnehmer bei der reibungslosen Verarbeitung von recycelten Werkstoffen zu unterstützen. Entwickelt werden sollen Maßnahmen zur Unterdrückung der Belagbildung, dabei soll auch ein umfassendes Verständnis in die Schmelze-Stahl- Wechselwirkungen bei der Verarbeitung von Rezyklaten gewonnen werden.

Unmittelbar profitieren von dem Projekt werden Hersteller von Rezyklaten und Kunststoffverarbeiter. Auch kann das Projekt für Hersteller von Stahlbeschichtungen interessant sein. Grundsätzlich sind alle Partner entlang der Wertschöpfungskette willkommen, die an der Verarbeitung von Rezyklaten interessiert sind.

Schwerpunkte & Vorgehen

Die Bildung von Ablagerungen, Entformungskräfte und Verschleiß, die an den Werkzeugstählen durch korrosive und abrasive Kunststoffschmelzen verursacht werden, sind seit geraumer Zeit ein Arbeitsgebiet am LBF. Wir werden uns auf Spritzgießversuche unter Variation der Prozessparameter konzentrieren und begleitende Charakterisierungen durchführen.

Zu Beginn ist eine umfassende Literaturstudie zur Verarbeitung von recycelten Materialien geplant. Bei den experimentellen Arbeiten sollen die Prozess- und Werkstoffparameter mit einem besonders hohen Schadenspotenzial, d. h. diejenigen, die zu einer deutlichen Verkürzung der Lebensdauer des Werkzeugs führen, identifiziert werden, indem eine größere Anzahl von Rezyklatchargen getestet wird. Der detaillierte Versuchsplan wird gemeinsam mit den Teilnehmern entwickelt und bei Bedarf im Laufe des Projekts in enger Absprache angepasst.

Zur Verfügung steht ein am LBF entwickeltes Spezialwerkzeug, das mit Kraftaufnehmern ausgestattet ist, um den Kraftverlauf während der Entformung eines Probekörpers in hoher zeitlicher Auflösung zu erfassen.

Während der Ausbildung von Belägen verändert sich das zeitliche Entformkraftprofil, wodurch sich das Belagswachstum und dessen Auswirkung (z.B. Anstieg der Entformkraft) frühzeitig erkennen lassen. Dies wiederum ermöglicht eine höhere Anzahl an Versuchen (zu unterschiedlichen Formmassen und Prozessparametern) in einem gegebenen Zeitrahmen. Das Spritzgießwerkzeug verfügt weiterhin über auswechselbare Einleger, um auch verschiedene Stähle untersuchen zu können.

Weiterhin ist die Durchführung von begleitenden Charakterisierungen vorgesehen, wie z. B.:

• Untersuchung der Korrosivität der Chargen mittels des Plättchentests.
• Analyse der Ablagerungen mittels Raman-Mikroskopie (liefert ortsaufgelöste chemische Informationen, z. B. über organische Bestandteile) oder REM/EDX (Identifizierung chemischer Elemente, z. B. Phosphor in Flammschutzmitteln).

Unter Berücksichtigung aller Testergebnisse sollen Möglichkeiten zur Vermeidung/Reduzierung der Belagbildung untersucht werden (z. B. Abmischen mit Neuware, Verwendung von Verarbeitungshilfsmitteln usw.). Dabei soll auch ein Bewertungstool zur schnellen Abschätzung des Schadenspotenzials einer gegebenen Charge durch einfach anzuwendende Methoden entwickelt werden.