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.

Schnelltest Schmelze-Stahlwechselwirkungen

Ziel des Verbundprojekts ist es, für die Verarbeitung von Rezyklaten einen vertieften Einblick in die dabei stattfindenden Schmelze-Stahlwechselwirkungen zu erarbeiten und darauf aufbauend einen Schnelltest zu entwickeln. Dieser soll es ermöglichen, z.B. bei der Wareneingangskontrolle einen gegebenen Rezyklat-Batch mit wenig Aufwand hinsichtlich der Tendenz zu Belagbildung und Korrosivität beurteilen zu können. Dazu sollen anhand einer größeren Zahl von Rezyklat-Batches die Prozess- und Materialparameter mit einem besonders hohem Schädigungspotenzial, die also zu einer ausgeprägten Reduktion der Standzeit führen, identifiziert werden.

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 vornehmen.

Verwendet werden soll 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.

Die Verschleißträchtigkeit der Batches soll mittels des Plättchentests gezielt ermittelt werden.

Begleitend sollen die Batches z.B. mit Thermogravimetrie, DSC, MVR… charakterisiert werden. Die sich während der Spritzgießversuche ausbildenden Belägen sollen z.B. mittels Ramanmikroskopie (liefert ortsaufgelöst chemische Information z.B. über organische Bestandteile) oder REM/EDX (Identifikation chemischer Elemente, z.B. Phosphor in Flammschutzmitteln) untersucht werden.

Unter Zusammenführung aller Versuchsergebnisse soll abschließend ein Bewertungstool zur Abschätzung des Schädigungspotenzials eines gegebenen Batchs entwickelt werden.