EUKunststoffverarbeitung: Funktionsweise, Arten und Vorteile
Kunststoff ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien der Neuzeit. Es ist leicht, erschwinglich und vielseitig, was zu seinen vielfältigen Einsatzmöglichkeiten beiträgt.
Es gibt Hunderte von Kunststoffoptionen, jede mit unterschiedlichen Eigenschaften, die sie für ein bestimmtes Produkt geeignet machen. Aber wie stellt man ein Kunststoffteil her? Hier kommt die Kunststoffverarbeitung ins Spiel.
Kunststoffherstellung bezieht sich auf jedes Verfahren zur Manipulation und Umwandlung von rohem Kunststoffmaterial in fertige Produkte oder Teile. Es gibt zahlreiche Technologien zur Kunststoffherstellung, die auf unterschiedliche Kunststoffmaterialien, Anwendungen und Teilegeometrien ausgelegt sind.
Jeder Produktdesigner und Ingenieur muss mit den heute verfügbaren Möglichkeiten der Kunststoffherstellung vertraut sein. In diesem Leitfaden besprechen wir gängige Kunststoffherstellungsmethoden und ihre Anwendungen. Wir behandeln auch die Auswahlkriterien für Kunststoffverarbeitungsprozesse, häufig verwendete Kunststoffe sowie die Vor- und Nachteile der Kunststoffherstellung.
Apparatebau Methoden
Die Kunststoffverarbeitung umfasst die Konstruktion, Herstellung und Montage von Produkten aus Kunststoffen oder Kunststoffverbundwerkstoffen. Wie bereits erwähnt, stehen verschiedene Methoden zur Kunststoffherstellung zur Verfügung. Sie alle nutzen die Fähigkeit von Kunststoff, manipuliert und in jede gewünschte Form gebracht zu werden.
Hier ist ein genauerer Blick auf die gängigen Kunststoffherstellungsprozesse.
Compoundierung von Kunststoffen
Beim Compoundieren, auch Blending genannt, handelt es sich um einen Kunststoffherstellungsprozess, bei dem zwei oder mehr Kunststoffe geschmolzen und vermischt werden. Die geschmolzene Kunststoffmischung wird dann mithilfe einer Form, eines Stempels oder anderer Werkzeuge geformt.
Kunststoffmischungen können mit gemischt werden;
Verstärkungskomponenten wie Glasfaser
Polymerfüllstoffe
Treibmittel
Durch die Herstellung von Kunststoff-Compounds können hochwertigere Endprodukte hergestellt werden. Es ermöglicht auch die Herstellung einzigartiger Materialien, die sich ideal für bestimmte Anwendungen eignen.
Kunststoffschweißkonstruktionen
Wie beim Metallschweißen werden beim Kunststoffschweißen zwei oder mehr Kunststoffoberflächen mithilfe von Wärme miteinander verbunden (mit Ausnahme des Lösungsmittelschweißens). Die Kunststoffmaterialien werden erhitzt, bis sie schmelzen, zusammengepresst und dann abkühlen und aushärten gelassen. Dadurch entsteht eine außergewöhnlich starke molekulare Bindung.
Kunststoffschweißen kann nur für Thermoplaste (Kunststoffmaterialien, die mehrmals geschmolzen werden können und eine neue Form annehmen) verwendet werden. Zu den gängigen Thermoplasten, die geschweißt werden können, gehören ABS, PVC, PP, HDPE und PVDF.
Zu den Kunststoffschweißverfahren gehören Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Kontaktschweißen, Heißluftschweißen, Hochfrequenzschweißen und Extrusionsschweißen.
Kunststoffformen, einschließlich RIM-, Rotations-, Blas-, Kompressions- und Spritzgussverfahren
Kunststoffformen ist ein gängiger Prozess in der Kunststoffindustrie. Dabei wird geschmolzener Kunststoff in eine Form gegossen. Der Kunststoff nimmt beim Abkühlen und Erstarren innerhalb oder um die Form eine individuelle Form an. Hier sind die verschiedenen Arten von Kunststoffformverfahren.
Spritzguss
Beim Spritzgießen wird ein thermoplastisches oder duroplastisches Polymer erhitzt, bis es schmilzt. Die geschmolzene Flüssigkeit wird dann mithilfe eines Schraubenkolbens oder Stößels in eine Metallform eingespritzt. Wenn der geschmolzene Kunststoff abkühlt und aushärtet, nimmt er die Form der Form an. Der letzte Schritt im Spritzgussprozess ist das Auswerfen des Teils aus der Form.
Spritzgießen ist ein vielseitiges Verfahren, das eine kosteneffiziente Massenproduktion ermöglicht. Zu den Arten von Spritzgusstechnologien gehören:
Gasunterstütztes Spritzgießen
Flüssigsilikon-Spritzguss
Metallspritzguss
Dünnwandiger Spritzguss
Blasformen
Blasformen ist ein Herstellungsverfahren, das üblicherweise zur Herstellung hohler Kunststoffartikel wie Industriebehälter, Flaschen und Kraftstofftanks verwendet wird.
Es gibt drei Hauptarten des Blasformens;
Extrusionsblasformen
Spritzblasformen
Spritzstreckblasen
Obwohl es erhebliche Unterschiede zwischen diesen drei Blasformtechnologien gibt, bleiben die Grundprinzipien dieselben. Zunächst wird das Kunststoffmaterial erhitzt und geschmolzen. Anschließend wird es zu einem Vorformling (thermoplastischer geschmolzener Schlauch) geformt.
Als nächstes werden die Enden des Vorformlings versiegelt, sodass ein kleiner Bereich frei bleibt, durch den Blasluft eindringen kann. Drücken Sie Luft in den Vorformling, um eine hohle Mitte zu bilden. Abschließend wird das blasgeformte Teil abgekühlt, ausgeworfen und nach Bedarf zugeschnitten.
Reaktionsspritzguss (RIM)
Beim Reaktionsspritzguss (RIM) werden chemische Reaktionen genutzt, um komplexe und individuell anpassbare Teile herzustellen. Verschiedene Polymere werden in eine Form eingespritzt, wo chemische Reaktionen stattfinden, bei denen sie kombiniert werden. Das Endprodukt ist eine stärkere und leichtere Komponente.
RIM findet Anwendung in der Automobil-, Industrie- und Medizinindustrie.
Rotationsformen
Rotationsformen ist eine Hochtemperatur- und Niederdruck-Kunststoffgusstechnik, die auch als Rotomolding oder Rotamolding bekannt ist. Es produziert hohle Kunststoffprodukte wie Kanus und Automobilkomponenten. Bei diesem Verfahren wird eine Hohlform mit ungeschmolzenem Kunststoff gefüllt und verschlossen.
Die Form beginnt sich biaxial zu drehen und wird dann in einem Ofen erhitzt. Der Rotationsprozess setzt sich fort und der geschmolzene Kunststoff bedeckt daher die Wände der Form gleichmäßig. Abschließend lässt man die Form abkühlen und verfestigt sich zum gewünschten Hohlteil.
Rotationsformen wird häufig verwendet, um größere Kunststoffteile zu formen, die gleichmäßige Wände erfordern.
Formpressen
Formpressen ist eine einfache Methode zur Herstellung von Kunststoffen. Dabei wird Kunststoffpulver oder -pellets auf eine heiße Metallform gegeben. Wenn das Kunststoffmaterial biegsamer wird, wird es komprimiert, um die Form der Form anzunehmen.
Dieses Herstellungsverfahren ist aufgrund seiner Erschwinglichkeit für Kleinserien attraktiv. Daher wird es beim Prototyping und bei der Erstellung von Mustern vor der Massenproduktion eingesetzt.
Kunststoffbearbeitung
Die Kunststoffbearbeitung ist eine der gebräuchlichsten Methoden zur Kunststoffherstellung. Bei diesem subtraktiven Prozess wird Material von einem massiven Kunststoffwerkstück entfernt, um ein fertiges Produkt in der gewünschten Form und Größe zu erzeugen. Die Kunststoffbearbeitung umfasst verschiedene Prozesse, darunter Schneiden, Drehen, Fräsen, Bohren und Schleifen. Diese Vorgänge können entweder manuell oder mit CNC-Maschinen (Computer Numerical Control) durchgeführt werden.
Durch die CNC-Kunststoffbearbeitung entstehen Präzisionskunststoffteile, die in der Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Elektronik- und Medizingeräteindustrie eingesetzt werden. Dieses Kunststoffherstellungsverfahren kann für verschiedene Kunststoffmaterialien verwendet werden, darunter Acetal, Acryl, ABS, PE, PC, PEEK und Nylon.
Kunststoffschäumen
Bei dieser Kunststoffherstellungsmethode werden Polymerverbundstoffe manipuliert, um durch physikalisches oder chemisches Blasen Kunststoffschaum zu erzeugen. Dem Grundharz können Zusatzstoffe wie UV-Stabilisatoren, Antioxidantien und Pigmente beigemischt werden, um die Leistung des Teils zu verbessern.
Geschäumter Kunststoff hat ein breites Anwendungsspektrum, beispielsweise bei der Herstellung von Kinderspielzeug, Kunststoffbooten, Möbeln und Luftfiltern. Zu den gängigen Kunststoffen, die geschäumt werden können, gehören PS, PEX, PP, PA und Weich-PVC.
Herstellung von Kunststofflaminierungen
Durch die Kunststofflaminierung entsteht eine Schutzschicht auf der Außenfläche eines anderen Materials. Diese Kunststoffbarriere schützt das Material vor Schäden durch äußere Einwirkungen und Umwelteinflüsse. Außerdem verbessert dieser Prozess das Erscheinungsbild des beschichteten Produkts.
Um Kunststofflaminat aufzutragen, verwendet der Hersteller in der Regel sowohl Druck als auch Hitze, um sicherzustellen, dass die Laminierschicht an der zu laminierenden Oberfläche haftet. Zu den Kunststofflaminierverfahren zählen die Kunstharzkaschierung und die Folienkaschierung.
Stanzherstellung
Das Stanzen ist eine unkomplizierte Fertigungstechnik. Zunächst formt der Hersteller eine individuelle Matrize in der gewünschten Form. Mit dieser Matrize können dann flache Kunststoffplatten zugeschnitten werden, um die benötigten Kunststoffteile herzustellen.
Das Stanzen ist ein kostengünstiger und relativ schneller Prozess. Es findet Anwendung in den Bereichen Automobil, Elektronik und Telekommunikation. Zu den gängigen Kunststoffen, die gestanzt werden können, gehören ABS, PC, PE, PP, Styrol, Vinyl und mehr.
Thermoformende Fertigung
Das Thermoformen ähnelt dem Kunststoffformverfahren. Allerdings werden bei dieser Technik anstelle von geschmolzenem Kunststoff sanft erhitzte Kunststofffolien verwendet.
Die Kunststofffolie wird bis zu ihrem Erweichungspunkt erhitzt. Anschließend wird es über eine Matrize oder Patrize gespannt, manipuliert und das überschüssige Material abgeschnitten. Es kühlt in die gewünschte Form ab.
Das Thermoformen kann weiter in Vakuumformen, Druckformen, mechanisches Formen und Drapieren unterteilt werden. Diese kostengünstige Herstellungsmethode eignet sich sowohl für die Produktion von Gütern im kleinen als auch im großen Maßstab.
Herstellung von Vakuumgussteilen
Vakuumguss, auch Urethanguss genannt, ist ein Herstellungsverfahren, mit dem Sie kleine Mengen hochwertiger Kunststoffteile herstellen können. Es eignet sich daher perfekt für Prototyping, Konzeptprüfung und Funktionstests.
Beim Vakuumgießen wird Gießharz in eine Silikonform gegossen. Ein Vakuum beseitigt Lufteinschlüsse und Blasen und sorgt so für ein ultraglattes Finish. Abschließend wird das Harzteil in einem Ofen ausgehärtet und nach dem Abkühlen aus der Form ausgeworfen.
Herstellung von Kunststoffextrusionen
Beim Kunststoffextrusionsprozess wird Rohkunststoff geschmolzen und kontinuierliche Kunststoffformen erzeugt. Zunächst schmilzt der Hersteller Kunststoffpellets, indem er sie mit einem Einschneckenextruder erhitzt. Der geschmolzene Kunststoff wird dann in eine Matrize gepresst. Beim Abkühlen und Aushärten nimmt es ein kontinuierliches Profil an.
Durch Kunststoffextrusion werden dünne Kunststoffplatten, Rohre, Kunststofffolien und Fenstergeländer hergestellt.
3D Druck
Beim 3D-Druck werden CAD-Modelle (Computer Aided Design) verwendet, um ein Objekt Schicht für Schicht aufzubauen. Dabei stapelt der 3D-Drucker Kunststoffschichten nacheinander, bis das gewünschte Produkt entsteht. Diese Fertigungstechnik ist mit einer Vielzahl von Kunststoffen kompatibel und wird in der Robotik-, Medizin-, Luft- und Raumfahrt-, Konsumgüter- und Automobilindustrie eingesetzt.
Es gibt verschiedene Arten von 3D Druck wie Pulverbettfusion, Blechlaminierung, selektives Lasersintern, Steolithographie-Technologie, Fused Deposition Modelling und Material Jetting.
Die Wahl ein Kunststoffherstellungsprozess
Es gibt zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Kunststoffen, jedes mit seinen einzigartigen Vor- und Nachteilen. Hier sind einige der Faktoren, die Sie bei der Auswahl einer Kunststoffherstellungstechnik für Ihr Produkt berücksichtigen müssen.
Vorlaufzeit
Einige Herstellungsprozesse sind schneller als andere, was zu einer kürzeren Markteinführungszeit führt. In den meisten Fällen bevorzugen Hersteller Kunststoffherstellungsmethoden, die die Produktionszeit verkürzen.
Kosten und Menge der Produkte
Einige Herstellungsverfahren sind für die Massenproduktion kosteneffizienter, während andere für die Produktion kleiner Stückzahlen geeignet sind.
Größe der Produkte
Die Abmessungen Ihrer Kunststoffprodukte bestimmen, welcher Herstellungsprozess sinnvoll ist. Einige Kunststoffherstellungsmethoden eignen sich für kleinere Teile, während andere große Teile herstellen können.
Art des Kunststoffmaterials
Die Wahl der Kunststoffherstellungsmethode hängt auch vom spezifischen Kunststoff ab, der hergestellt werden soll. Duroplastische Kunststoffe können beispielsweise nicht geschweißt werden und erfordern daher eine alternative Technik.
Was sind Welche Materialien können in der Kunststoffherstellung verwendet werden?
Durch geeignete Fertigungsverfahren werden unterschiedliche Polymere zu Endprodukten verarbeitet. Die am häufigsten bei der Herstellung von Kunststoffprodukten verwendeten Materialien sind:
Polyethylen hoher Dichte (HDPE)
Polyethylen niedriger Dichte (LDPE)
Acryl (PMMA)
Polyvinylchlorid (PVC)
Polyethylenterephthalat (PET)
Acetal (POM)
Polystyrol (PS)
Polycarbonat (PC)
Polypropylen (PP)
Verschiedene Arten von Slip-Fit
Wenn die Presspassung extrem eng ist, sind Wärmeausdehnung und -kontraktion stärker ausgeprägt. Es könnte sich um eine thermische Ausdehnung des Materials mit dem Loch handeln. Es könnte auch an der Schrumpfung des Schaftes liegen – Schrumpfung.
Was ist das Qualitätsniveau gefertigter Kunststoffteile?
Vorgefertigte Kunststoffteile gibt es je nach Art des verwendeten Kunststoffmaterials, der Herstellungstechnik und dem Design in unterschiedlichen Qualitäten.
Hochwertige Kunststoffe zeichnen sich durch Eigenschaften wie Präzision und Genauigkeit, Haltbarkeit und Festigkeit aus. Bei minderwertigen Kunststoffteilen kann es zu Problemen wie Verformungen kommen. Sprödigkeit und eine kürzere Lebensdauer.
Der Einsatz geeigneter Veredelungsverfahren kann die Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit eines Produkts gegenüber Abrieb und Witterungseinflüssen verbessern.
Was sind Beispiele für gefertigte Kunststoffprodukte?
Vorgefertigte Kunststoffprodukte gibt es überall. Berichten zufolge handelt es sich bei den häufigsten Kunststoffprodukten um Verpackungskomponenten, Bauprodukte und Automobilteile. Hier sind einige Beispiele für gängige Kunststoffprodukte.
Kunststoffverpackungen, einschließlich Plastikflaschen, -tüten und -behälter.
Bauprodukte wie Kunststoffrohre, Fenster- und Türrahmen, Bodenbeläge, kundenspezifische Komponenten und mehr.
Automobilteile, einschließlich Stoßstangen, Autofenster, Armaturenbretter und Innenteile.
Plastikspielzeug, Küchengeschirr und Elektronikteile.
Vorteile der Kunststoffverarbeitung
Lassen Sie uns einige Vorteile von aus Kunststoff gefertigten Teilen untersuchen.
Kosteneffiziente Lösung: Einer der Gründe für die weit verbreitete Verwendung von gefertigten Kunststoffteilen ist ihre Erschwinglichkeit.
vielseitig: Kunststoff ist ein äußerst vielseitiges Material, das zu Teilen unterschiedlicher Größe und Form geformt werden kann. Es hat vielfältige Einsatzmöglichkeiten in nahezu allen Branchen.
Langlebig: Kunststoffe sind im Allgemeinen stark, belastbar und langlebig. Einige Sorten sind stoß- und chemikalienbeständig, sodass sie in verschiedenen Umgebungen gut funktionieren.
Recycelbar: Die meisten Kunststoffprodukte sind recycelbar. Dieses Verfahren senkt die Anschaffungskosten der Rohstoffe und reduziert vor allem die Umweltverschmutzung.
Nachteile der Kunststoffverarbeitung
Trotz ihrer Beliebtheit und Vorteile haben Kunststoffverarbeitungsprodukte einige Nachteile. Sie beinhalten;
Luftverschmutzung: Plastikverschmutzung bleibt eine Bedrohung für unseren Planeten. Tonnenweise Plastikmüll landet auf Mülldeponien und im Meer, und dieses Problem muss angegangen werden.
Niedrige Schmelzpunkte: Kunststoffe haben unterschiedliche Schmelzpunkte, einige hoch und andere niedrig. Kunststoffe mit niedrigem Schmelzpunkt wie Polyethylen und Polypropylen können nicht in Hochtemperaturanwendungen verwendet werden.
Durch Sonneneinstrahlung verursachter Ausfall: Viele Kunststoffe sind nicht dafür ausgelegt, UV-Strahlung zu absorbieren. Daher können sich Kunststoffprodukte verfärben, spröde werden und sogar kaputt gehen, wenn sie über längere Zeit in der Sonne liegen.
Autorin
Gavin Leo ist technischer Redakteur bei Aria mit 8 Jahre Erfahrung im IngenieurwesenEr beherrscht die Bearbeitungseigenschaften und den Oberflächenbearbeitungsprozess verschiedener Materialien. und war an der Entwicklung von mehr als 100 komplexen Spritzguss- und CNC-Bearbeitungsprojekten beteiligt. Es ist ihm eine Leidenschaft, sein Wissen und seine Erfahrung weiterzugeben.