Industrielle Fertigung - Fehler vermeiden

Spritzguss - ein kommerzielles Herstellungsverfahren für Silikon

31 Marz 2020

Tim Fowler

Spritzgießen - das kommerziell wichtigste Herstellverfahren von Kunststoff-Bauteilen, ist bei nahezu allen Kunststoffmaterialien nutzbar. Das Prinzip ist einfach und wird nachfolgend erklärt.

Eine Spritzguss Maschine besteht aus einer Plastifiziereinheit und dem Werkzeug- bzw. Maschinenraum. Kunststoffgranulat wird über einen Trichter zugeführt und in der Förderschnecke erhitzt, sodass es in flüssige Form umgewandelt wird. Die Schnecke fördert das Granulat nun bis zum Maschinenraum, wo es über eine Düse in die formgebende Kavität des Werkzeuges gespritzt wird. Hier erhärtet das Material nach einer bestimmten Verweilzeit im Werkzeug. Die Werkzeughälften öffnen sich und die Auswerfer stoßen das fertige Bauteil in den unteren Maschinenraum ab, wo es entnommen werden kann. Die Werkzeughälften schließen und der Prozess beginnt von vorne.

Stellschrauben mit denen der Prozess beeinflusst werden kann sind Spritzdruck, Spritztemperatur und Werkzeug-Verweilzeit. Je nach Eigenschaften des Materials und Anforderungen an die Qualität, sowie Prozessstabilität, kann ein Heißkanalsystem dem formgebenden Werkzeug vorgelagert sein. Dieses stellt eine besondere Form des Angusssystems dar und optimiert die thermischen Materialflüsse. Auch Nadelverschlussventile an den Düsen, die verhindern, dass Material während der Werkzeugentformung zurückfließt, können ergänzt werden.

Beim Spritzguss mit Silikon durch beispielsweise Steinhauser Formenbau ist das Prinzip gleich, wenn auch mit ein paar feinen Unterschieden: Zunächst muss man den Rohstoff in flüssiger (Liquid Silicone Rubber, LSR) und fester (High Temperature Vulkanized, HTV) Form unterteilen. Beide fallen unter die Hauptgruppe der Elastomere. Da diese, aufgrund ihrer elastischen Eigenschaft, meist nach dem Öffnen im Werkzeug kleben bleiben, können Auswerfer nicht verwendet werden und die Bauteile müssen manuell entnommen werden.

Ein weiterer wesentlicher Unterschied zu Thermoplaste ist bei Spritzguss von Silikon das Angusssystem. Da das Werkzeug aufgrund der Materialeigenschaften heißer als die Formmasse sein muss, kommen sogenannte Kaltkanalsysteme zum Einsatz. Es wird verhindert, dass der Anguss nicht miterstarrt und so wird der Ausschuss im Prozess optimiert. Das im Kaltkanal befindliche Material wird beim darauffolgenden Vorgang in die Kavität gepresst. Umso wichtiger hierbei sind die Nadelverschlussventile, welche die Kavität vom Anguss thermisch isolieren, wenn man bedenkt, dass Silikon kaum wiederverwertet wird.

Wie auch bei Thermoplaste ist es üblich, dass Werkzeuge für Spritzguss von Silikon mit Mehrfach-Kavitäten ausgelegt sind. Das bedeutet, dass in ein Werkzeug mehrere Formgebungen des gleichen Bauteils eingearbeitet sind und so pro Spritzvorgang mehrere Bauteile gleichzeitig hergestellt werden. Die Anzahl der Kavitäten hängt nicht nur von der Größe des Bauteils, sondern vor allem auch von der wirtschaftlichen Betrachtung ab, so sind 2-, 4-, 8-, oder 16-Kavitätenwerkzeuge üblich. Ebenso können Werkzeuge mit gespiegelten Bauteilen oder ähnliche Bauteile unterschiedlicher Größen erstellt werden. Diese werden dann oftmals als "Family-Mold" bezeichnet. Eine symmetrische Abkühlung aller Kavitäten spielt hierbei ebenso eine wichtige Rolle wie ein gleichmäßiges Anspritzkonzept.

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