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Silikon-Spritzgussteile: Materialien

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Spritzgussteile aus Silikon

Grundsätzlich unterscheidet man Silikonkautschuke anhand ihrer Viskosität und der Struktur ihrer Polymere. Geläufig ist die Unterteilung in Festsilikon / HTV-Silikon (High Temperature Vulkanized) und Flüssigsilikon / LSR-Silikon (Liquid Silicone Rubber)an.

Die Materialien können in unterschiedlichen Verfahren zu Herstellung von Spritzgussteilen verwendet werden. Silikon ist als Material im Vergleich zu anderen Materialien wie EPDM oder PVC spürbar teurer, verfügt aber über Eigenschaften, die den höheren Preis rechtfertigen.

Sprechen Sie mit unseren Experten – wir beraten Sie gerne, welcher Werkstoff für Ihr Vorhaben optimal geeignet ist und zeigen Ihnen die Alternativen auf.

Worin unterscheiden sich Silikon-Spritzgussteile?

Zur Herstellung von Spritzgussteilen aus Silikon können nicht nur verschiedene Verfahren zum Einsatz kommen, sondern auch unterschiedliche Silikonkautschuke. Als Merkmal zur Klassifizierung dient neben der Polymerstruktur oftmals auch die Viskosität des Materials, sodass im Allgemeinen zwischen festem und flüssigem Silikonkautschuk unterschieden wird. Festsilikon wird als HTV-Silikon („High Temperature Vulkanized“) bezeichnet, während Flüssigsilikon als LSR-Silikon (Liquid Silicone Rubber) bekannt ist.

Dem höheren Preis stehen ausgezeichnete Eigenschaften gegenüber.

Mit Blick auf das Preisniveau ist Silikon als Werkstoff zwar deutlich teurer als etwa EPDM oder PVC, doch zeichnen sich daraus hergestellte Formteile sowie auch andere Produkte durch zahlreiche positive Materialeigenschaften aus, zum Beispiel:

  • Ausgezeichnete Hochtemperaturbeständigkeit (bis max. +280 °C)
  • Hervorragende Kälteflexibilität (bis max. -80 °C)
  • Geringe Änderungen der Materialeigenschaften in einem breiten Temperatureinsatzbereich
  • Hohe Beständigkeit gegenüber UV-Strahlung, Chemikalien, Sauerstoff, Ozon und Wettereinflüsse
  • Hydrophobe Oberfläche
  • Frei einfärbbar

Woraus besteht Silikon?

Silikonkautschuke sind keine rein organischen Verbindungen. Anders als bei organischen Kautschuken mit ihrer Kohlenstoff-Polymerkette besteht die Polymerkette von unvernetztem Silikon abwechselnd aus Silicium- und Sauerstoffatomen. Neben diesem Siloxangerüst ist auch ein organischer Rest, meist Methylgruppen an das Silicium gebunden. Da Siliziumatome vier Bindungspartner haben, wird Silikonkautschuk auch mit einem Q abgekürzt, das für „Quaternäre Gruppe“ steht, zum Beispiel bei MQ, VMQ, PVMQ oder FVMQ. Die Eigenschaften von Silikonkautschuk hängen vom organischen Rest und der Polymerstruktur ab. Die Materialvorteile überwiegen jedoch klar, denn die Silicium-Sauerstoff-Kette (Si-O) besitzt mit 451 kJ/mol eine im Vergleich zur Kohlenstoff-Kette (C-C) mit 352 kJ/mol deutlich höhere Bindungsenergie bei ebenso hoher Kettenbeweglichkeit.

Um ein mechanisch stabiles Polymer zu erhalten, werden Vernetzer benötigt. Hierbei kommen üblicherweise Platinkatalysatorsysteme oder Peroxide zum Einsatz. Das elastische Netzwerk des Silikons wird indes durch Füllstoffe wie zum Beispiel gefällte oder pyrogene Kieselsäuren verstärkt. Der Zusatz von Quarz sorgt hingegen für eine erhöhte Medienbeständigkeit des Polymers. Ansonsten kommt Silikon mit nur sehr wenigen Additiven aus. Ihr Einsatz beschränkt sich beispielsweise auf Stabilisatoren zur Optimierung der Materialeigenschaften in Spezialanwendungen sowie auf Mastizierhilfen oder auch auf Farben. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass einige Additive bereits eine Eigenfarbe besitzen. Alterungsschutzmittel, Weichmacher oder Vernetzungsbeschleuniger- und -verzögerer werden hingegen nicht benötigt.

Verglichen mit anderen Elastomeren verfügt insbesondere Flüssigsilikon über eine ausgesprochen hohe Reinheit und ist geruchs- und geschmacksneutral. Dies macht den Werkstoff ideal für den Einsatz im Medizin- und Lebensmittelbereich.

Die Vernetzung von Silikonkautschuken

Um ein elastomeres Material zu erhalten, muss unvernetzter Silikonkautschuk zunächst vernetzt werden. Dabei kann die Vernetzung auf zwei verschiedenen Wegen stattfinden, nämlich durch platinkatalysierte, sogenannte Additionsvernetzung oder aber durch Peroxidvernetzung.

Additionsvernetzung

Bei der Additionsvernetzung werden mithilfe des Platinkatalysators die Si-H-Gruppen an die Doppelbindungen der Vinylgruppen des Polymers addiert, wobei ein dreidimensionales Netzwerk gebildet wird. Diese Art der Vernetzung ist insbesondere für solche Formteile geeignet, bei denen es auf Geruchs- und Geschmacksneutralität ankommt, wie zum Beispiel in Lebensmittelanwendungen. Bei der Additionsvernetzung entstehen nämlich keine Spaltprodukte, die sich in irgendeiner Weise negativ darauf auswirken.

Ein weiterer Vorteil dieser Methode liegt in der hohen Vernetzungsgeschwindigkeit, welche über die Temperatur kontrolliert werden kann. Der Zeitvorteil lässt sich besonders bei der Produktion dünnwandiger Silikonformteile ausspielen. Zudem können die Silikonformteile gut entformt werden und besitzen eine trockene Oberfläche. Dies ermöglicht auch eine einfache Weiter- und Endbearbeitung der Formteile und insgesamt kürzere Taktzeiten im Produktionsprozess. Die Additionsvernetzung ist eine der modernsten Vernetzungsmethoden und wird zumeist für Flüssigsilikone angewendet.

Peroxidvernetzung

Die Peroxidvernetzung gilt als konventionelle, seit Jahrzehnten bewährte Art der Vernetzung unter Einsatz von organischen Peroxiden. Bei erhöhter Temperatur zerfallen die Peroxide in hochreaktive Radikale, durch welche letztendlich die chemische Vernetzung der Polymerketten einsetzt. Sauerstoffkontakt sollte bei der Peroxidvernetzung jedoch unbedingt vermieden werden, denn kommen die Oberflächen der Formteile während der Vernetzung mit Luftsauerstoff in Kontakt, bleiben diese klebrig.

Festsilikon - zur Fertigung hoher Stückzahlen

Bei HTV-Silikon handelt es sich um hochtemperaturvernetzendes Festsilikon, das in unterschiedlicher Form geliefert werden kann. Es ist in der Regel ein plastisch verformbares, pastös-klebriges, gerade noch fließfähiges Material, das neben organischen Peroxiden als Vernetzungskatalysatoren hochdisperse Kieselsäure enthält. Die möglichen Lieferformen des Festsilikons reichen von Granulaten über Streifen, Profilbändern und Rundschnüren bis hin zu Blöcken. Unvernetzt ist das hochtemperaturvernetzende Silikon zudem wenig reißfest, sodass es in der Regel nicht ohne zusätzlichen Aufwand von Spritzgießmaschinen eingezogen werden kann, wenn es in Streifenform vorliegt.

Was die Werkzeuge zur Herstellung von Formteilen aus hochtemperaturvernetztem Silikon betrifft, so unterscheiden diese sich in ihrem Aufbau nicht allzu sehr von denen, die zur Verarbeitung derer aus Gummi verwendet werden. Da das Material jedoch eine sehr geringe Viskosität besitzt, sind sehr präzise Passungen nötig. Aufgrund der Adhäsion des Werkstoffs erlauben aufgeraute Oberflächen zudem eine einfachere Entformung des fertigen Formteils.

Wie erwähnt verursacht Sauerstoffkontakt bei der Vernetzung des Materials klebrige Stellen an der Produktoberfläche und darüber hinaus auch eine Verschmutzung des Werkzeugs. Um Lufteinschlüssen vorzubeugen ist somit ein besonderes Augenmerk auf die optimal gestaltete Entlüftung des Werkzeugs zu richten. Da die Werkzeugherstellung vergleichsweise kostenintensiv ist, eignet sich das Spritzgießen vor allem für die Produktion von Formteilen aus Silikon in Großserien, da es mit kurzen Zyklen direkt vom Rohmaterial zum Fertigteil führt. Je nach Wanddicke lassen sich die Zykluszeiten durch entsprechend hoch gewählte Werkzeugtemperaturen reduzieren.

Flüssigsilikon - kurze Vulkanisationszeiten bieten Preisvorteil

Flüssigsilikone, kurz LSR, bestehen aus zwei Komponenten und werden durch Additionsvernetzung vernetzt. Die Mischung der zwei Komponenten im Spritzaggregat bei der Verarbeitung im Spritzgießverfahren erfolgt in einem Verhältnis von 1:1.

Unvernetzt ist LSR üblicherweise milchig-weiß oder transparent und lässt sich ebenso gut einfärben wie Festsilikon. Bis auf die erheblich geringere Viskosität im Rohzustand gibt es kaum Unterschiede zwischen Flüssigsilikon und Festsilikon, was etwa die elektrischen und mechanischen Eigenschaften betrifft.

Aus LSR hergestellte Formteile sind ebenso temperaturbeständig, kälteflexibel und alterungsresistent wie jene aus hochtemperaturvernetztem Silikon, jedoch lässt sich ihnen gegenüber eine hohe Reißdehnung und verbesserte Weiterreißfestigkeit feststellen. Das Flüssigsilikon wird beim Spritzgießen in das heiße Werkzeug eingespritzt, wobei niedrige Einspritzdrücke möglich sind - nicht zuletzt auch, um eventuelle Lufteinschlüsse zu vermeiden. Die Kriterien der Werkzeugkonstruktion sind bei Flüssig- und Festsilikon dieselben.

Verglichen mit anderen Silikonkautschuken ist der Kilopreis von LSR zwar deutlich höher, doch sehr kurze Zykluszeiten und auch der Einsatz eines materialsparenden und Zykluszeit verkürzenden Kaltkanalsystems gleichen diesen wieder aus. Somit lohnt sich der Einsatz eines materialsparenden und Zykluszeit verkürzenden Kaltkanalsystems. Formteile aus Flüssigsilikon sind aufgrund ihrer hohen physiologischen Verträglichkeit optimal in Anwendungen mit Lebensmittelkontakt geeignet.

KREMER Berechnungstools

Toleranzberechnung für Gummiformteile

Toleranzklassen für Spritzgussteile aus Gummi nach DIN ISO 3302-1

In der Norm DIN ISO 3302-1 werden vier Toleranzklassen an Spritzgussteile aus Gummi festgelegt. Sie beschreiben die Toleranzklassen für

  • an die Form gebundene (F) und
  • an den Formschluss gebundene Maße (C).

Bisher mussten Sie umständlich in den Normtabellen der DIN ISO 3302-1 (KREMER-Lexikon) nach den Toleranzangaben für Form gebunden Maße (F) und Formschluss gebundene Maße (C) suchen und dabei auch noch die Genauigkeitsklassen M1 bis M4 berücksichtigen.

Schnelle Toleranzberechnung mit wenigen Klicks

Das Suchen nach den Toleranzen der DIN 3302-1 Klasse M hat ein Ende. Ermitteln Sie einfach und schnell die zutreffenden Toleranzangaben mit wenigen Klicks.

Nutzungsbedingungen

Die KREMER GmbH übernimmt keinerlei Gewähr für die vollständige Richtigkeit der Angaben. Die Nutzung befreit Sie nicht von einer eigenen Prüfung anhand der zum Zeitpunkt gültigen Normen.

Wissenswertes über die vielseitig einsetzbaren Spritzgussteile

Was sind Formteile?

Nach DIN 7708, Blatt 1 werden Formteile als „Teile, die aus Formmassen durch spanlose Formung (z. B. durch Pressen, Press-Spritzen oder Spritzgießen) in allseitig geschlossenen Werkzeugen hergestellt worden sind“ bezeichnet. Als Konstruktionsteil können Formteile entsprechend der Einbausituation und Anwendungsparameter nach Referenzmuster, Kundenzeichnung oder eigener Auslegung und Entwicklung gefertigt werden.

Wie auch bei Dichtungen spielen Einsatzzweck und -umgebung des Formteils eine entscheidende Rolle bei der Wahl des Materials. Die Palette reicht hierbei von Elastomeren wie beispielsweise EPDM oder NBR über Kunststoffe wie PA, PP oder PU bis hin zu thermoplastischen Elastomeren. Darüber hinaus können Formteile auch in 2-Komponenten-Ausführung gefertigt werden. Weitere gängige Synonyme für Formteile sind unter anderem „Spritzgussteile“ oder auch „Kunststoffspritzgussteile“, was auf ihr Herstellungsverfahren zurückzuführen ist.

In fast allen Branchen mit industriellen Prozessen als auch in Produkten des Alltags lassen sich Formteile finden. Anschlagpuffer, Gummifüße, Schwingungsdämpfer, Stopfen, Manschetten, Membranen, Kappen und Tüllen, sowie auch Bälge, Gehäuseteile, Abdeckungen und vieles mehr sind typische Beispiele dafür. Genauso vielfältig sind auch die Einsatzzwecke. Während manche Formteile dazu dienen, Schall, Schwingungen oder Erschütterungen zu dämpfen, Kabel vor dem Abknicken oder andere Bestandteile vor Beschädigungen zu schützen, können wiederum andere (auch gleichzeitig) eine Funktion als Dichtung haben.

Spritzgegossene Formteile lassen sich in folgende Kategorien einteilen:

  • A-Teile (Präzisionsteile mit höchsten Anforderungen)
  • B-Teile (technische Teile mit hohen Anforderungen)
  • C-Teile (geometrisch einfache Formteile aus Standardkunststoffen mit geringen Anforderungen)

Jede dieser Kategorien besitzt individuelle Qualitätsmerkmale hinsichtlich Maßen, Gewicht, Festigkeit, Verzugserscheinungen, Oberflächenbeschaffenheit und Maßtoleranzen.

Wie werden Formteile hergestellt?

Das wichtigste Verfahren zur Herstellung von Formteilen ist das Spritzgussverfahren. Auch Formteile mit komplizierten Geometrien lassen sich dank moderner, computergesteuerter Spritzgießmaschinen wirtschaftlich fertigen, und das nahezu unabhängig von Größe und Gewicht. Heute reicht die Bandbreite hierbei von wenigen Zehntel Gramm bis hin zu 150 kg schweren Formteilen. Darüber hinaus profitiert man durch das Spritzgießen von einer großen Flexibilität, was die Oberflächenstruktur angeht. Narbungen, Gravuren oder Muster sind ebenso problemlos möglich, wie völlig glatte Oberflächen. Eine Nachbearbeitung ist oftmals nicht mehr oder nur in geringem Umfang nötig.

Eine heute üblicherweise eingesetzte Schneckenkolben-Spritzgießmaschine besteht aus einer Spritzeinheit und einer Schließeinheit. Erstere wird auch als Plastifiziereinheit bezeichnet und dies verrät bereits eine ihrer Funktionen: die Plastifizierung, also die Verflüssigung beziehungsweise Erweichung des Kunststoffs. Außerdem wird der Spritzgießwerkstoff damit auch dosiert. Die Schließeinheit sorgt hingegen für das Schließen, Zuhalten und der Öffnung des Formwerkzeugs. Je nach Werkstoff und Bauteilgeometrie müssen Spritz- und Schließeinheit unterschiedlich temperiert werden.

Am Anfang des Verfahrensablaufs steht das Plastifizieren und Dosieren des Kunststoffs. Anschließend wird die Schmelze beim Einspritzen unter hohem Druck – üblich sind Drücke zwischen 500 und 2000 bar – in die formgebende Kavität des Spritzgießwerkzeugs gespritzt.

Nun folgt das Nachdrücken. Da das Formteil-Werkzeug mit einer Temperatur zwischen 20 bis 120 °C deutlich kälter ist als die etwa 160 bis 300 °C heiße Kunststoffmasse ist, kühlt diese in der Form ab und erstarrt bei Erreichen ihres Gefrierpunkts. Eine Folge des Abkühlens ist aber auch eine Volumenschwindung, welche sich negativ auf die Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit des Formteils auswirkt. Um diese Schwindung auszugleichen, wird nach der Füllung der Form ein reduzierter Druck aufrechterhalten, sodass noch Material nachfließen kann. Die Dauer des Nachdrückens kann bis zum sogenannten Siegelpunkt erfolgen, bei welchem der Anguss erstarrt. Nachdem der Nachdrückvorgang beendet ist, kann die Düse geschlossen bzw. vom Werkzeug abgehoben werden, sodass in der Spritzeinheit schon die nächste Menge Kunststoff für das nächste Formteil plastifiziert und dosiert werden kann. Es folgt die Abkühlzeit, die in der Regel länger dauert als die Nachdrückzeit.

Im letzten Schritt steht das Entformen. Dazu muss die „Seele“, also der flüssige Kern des Formteils, erstarrt und eine hinreichende Steifigkeit erreicht sein. Beim Entformen öffnet sich die Auswerferseite der Schließeinheit und das Formteil wird durch Auswerferstifte herausgedrückt. Handelt es sich um Schüttgut, fällt es hinaus. Ansonsten wird es mit Handlinggeräten oder manuell von Werkern aus dem Werkzeug entnommen, geordnet abgelegt oder der Weiterverarbeitung zugeführt. Zuletzt wird das Werkzeug wieder geschlossen und der Fertigungszyklus beginnt von vorn.

Bei der Herstellung von Gummiformteilen verhalten sich die Verarbeitungsparameter gerade umgekehrt zur Verarbeitung von Kunststoffen oder thermoplastischen Elastomeren. Was bei der Verarbeitung von Kunststoffen als heiß bezeichnet wird, wie z.B. die Plastifiziereinheit, wird beim Spritzgießen von Elastomeren als kalt bezeichnet. Ziel ist es aber auch hier, den Werkstoff für die Verarbeitung zu verflüssigen; aber eben noch nicht zu vernetzten.

Das Vernetzen des elastomeren Werkstoffes wird unter Einfluss von hohen Drücken und hohen Temperaturen ab 200 °C erreicht. Das Werkzeug kann im Gegensatz zur Kunststoffverarbeitung als heiß bezeichnet werden. Nach Ablauf der Vulkanisationszeit, bei der der Gummiwerkstoff nahezu vollständig ausvulkanisiert, kann das Formteil entformt werden. Im Regelfall werden die Formteile manuell entformt, wenn sie nicht ausgebürstet, von Robotergreifern herausgezogen oder ausgestoßen werden können. Der Zeitpunkt zum Entformen ist gekommen, wenn der Gummiwerkstoff während der Vulkanisation gummielastisch und dehnbar wurde.

Möchte man das Formteil bereits vor dem eigentlichen Produktionsbeginn begutachten, empfiehlt sich die Fertigung eines endproduktnahen Prototypen via Rapid Prototyping. So können Konstruktion und Zusammenbau sowie die Anforderungen an die Produktfunktionalität überprüft und angepasst werden. Außerdem lassen sich Verbesserungspotenziale oder Fehler aufdecken, noch bevor das Formteil-Werkzeug hergestellt wird. So stehen eine Vielzahl an Rapid Prototypingverfahren, die sowohl für harte als auch für weiche Werkstoffe geeignet sind zur Verfügung.

Wo es die Umstände erlauben, können auch Aluminium- anstatt Stahlwerkzeuge für die Herstellung von Kunststoffformteilen zum Einsatz kommen, was sich letztlich positiv auf die Herstellungskosten auswirkt.

Aus welchen Werkstoffen werden Formteile hergestellt?

Was die Werkstoffe betrifft, aus denen Formteile gefertigt werden, so lassen sich diese in drei Gruppen einteilen: gummielastische Werkstoffe, thermoplastische und thermoplastische Elastomere (TPE). Aus ihnen entstehen schließlich Gummiformteile, Kunststoff-Formteile bzw. Kunststoffspritzgussteile und TPE-Formteile.

Gummiformteile

Für Gummiformteile kommen die Eigenschaften von Elastomeren zum Tragen, nämlich ihre Formfestigkeit und die namensgebende Elastizität, was mit ihrer schwach vernetzten Molekularstruktur zu tun hat. Elastomere Werkstoffe eignen sich daher hervorragend zur Herstellung von Formteilen, die Zug- oder Druckbelastungen standhalten sollen, z. B. beim Dichten, Dämpfen oder Lagern. Beim Einsatz dieser Werkstoffe spricht man häufig umgangssprachlich von „Gummi“ und bezeichnet das Endprodukt als „Gummiformteile“. Jedoch handelt es sich bei Gummi nur um eine von vielen Kunststoffarten aus der Gruppe der Elastomere. Ist von Gummiformteilen die Rede, so sind im Allgemeinen solche gemeint, die aus Synthesekautschuk bestehen, wie zum Beispiel

  • EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk)
  • NBR / HNBR (Acrylnitrilbutadien-Kautschuk / Hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk
  • FPM / FKM (Fluorkautschuk, u. a. bekannt als Viton®)
  • CR (Chloropren-Kautschuk)
  • HTV, LSR, MVQ, VMQ (Silikon)

EPDM ist als Formteil-Werkstoff ideal, wenn es auf Beständigkeit gegen Heißwasser und Dampf, sowie auf eine hohe Elastizität und gute chemische Beständigkeit gegen Reinigungsmittel ankommt. NBR ist hingegen die erste Wahl für mineralölbeständige Formteile mit guten mechanischen und chemischen Eigenschaften. Formteile aus FPM / FKM kommen in Anwendungen zum Einsatz, bei denen hohe Temperaturen herrschen oder in denen sie aggressiven Medien ausgesetzt sind. CR, auch unter dem Markennamen Neopren® bekannt, wird für Formteile verwendet, die eine gute Witterungs-, Ozon-, Chemikalien- und Alterungsbeständigkeit besitzen müssen und zugleich abrieb- und biegereißbeständig sein sollen.

Ähnliche Eigenschaften weisen auch Silikon-Formteile auf, wobei sich diese zusätzlich noch durch physiologische Unbedenklichkeit auszeichnen und spezielle Typen daher häufig in der Lebensmittel- oder Medizinbranche Anwendung finden. Außerdem bleiben ihre mechanischen Eigenschaften über einen großen Temperaturbereich nahezu unverändert.

Kunststoff-Formteile bzw. Kunststoffspritzgussteile

Die Molekularstruktur von thermoplastischen Kunststoffen unterscheidet sich von den Elastomeren darin, dass die fadenförmigen Makromoleküle zwar ineinander verschlungen aber nicht vernetzt sind. Die Werkstoffe sind bei Zimmertemperatur hart, können unter Wärmezufuhr jedoch umgeformt werden. Die Gemeinsamkeit von Formteilen, die aus thermoplastischen Kunststoffen bestehen, sind unter anderem ein geringes Gewicht und eine ebenso geringe Bruchneigung bei zugleich guter Zähigkeit, sowie auch gute elektrische Isoliereigenschaften und eine ausgezeichnete Dimensionsstabilität.

Anders als bei der Herstellung von Gummiformteilen wird der Werkstoff aufgeschmolzen und in flüssigem, heißem Zustand in eine temperierte, meist kalte Form eingespritzt. Dieses in der Regel angewandte Verfahren heißt „Injection-Moulding“ – das Spritzgießverfahren. Daher auch der Begriff „Kunststoffspritzgussteile“. Im Werkzeug bzw. in der Form kühlt der Werkstoff ab, bevor das Formteil schließlich entformt werden kann. Thermoplastische Kunststoffe, die zur Formteilherstellung eingesetzt werden können, sind zum Beispiel

  • PA (Polyamid)
  • PC (Polycarbonat)
  • PMMA (Polymethylmethacrylat)
  • PVC (Polyvinylchlorid)

und viele weitere technische Kunststoffe. PA- bzw. Polyamid-Formteile sind für Einsatzzwecke geeignet, in denen eine Beständigkeit gegen Säuren, verdünnte Laugen oder Mineralöle gefordert wird. Der Werkstoff ist ebenso sehr druck- und extrusionsfest.

Polycarbonat (PC) ist hingegen die erste Wahl, wenn transparente und zugleich sehr wärmeformbeständige, schlagzähe und feste Formteile benötigt werden. Formteile aus (Weich-)-PVC sind aufgrund ihres Chlorgehalts schwer entflammbar und strapazierfähig. Sie besitzen eine gute Beständigkeit gegen Alkohol, Benzin, Laugen, Öl, Säuren, sowie auch gegen Witterung und Meerwasser. Darüber hinaus kann der Werkstoff sowohl eingefärbt als auch transparent verarbeitet werden.

Der Werkstoff PTFE, auch unter dem Markennamen Teflon® bekannt, eignet sich leider nicht besonders für das Spritzgießen von Formteilen. Dieser Werkstoff, der eine hohe Steifigkeit, eine universelle Chemikalienbeständigkeit, einen geringen Reibungswert und einen breiten Temperatureinsatzbereich von -200 °C bis +260 °C aufweist, zudem sehr beständig gegen Ozon, Witterungseinflüsse und Alterung ist, wird meist spanabnehmend bearbeitet.

TPE-Formteile

Thermoplastische Elastomere bringen die mechanischen Eigenschaften von Elastomeren beziehungsweise Gummi mit der guten Verarbeitbarkeit von thermoplastischen Kunststoffen in einem Werkstoff zusammen. Im Gegensatz zu anderen Elastomeren haben sie keine chemisch weitmaschig vernetzten Polymerketten. Stattdessen verfügt TPE in Teilbereichen über physikalische Vernetzungspunkte, welche sich bei Wärme auflösen. Die Makromoleküle werden dabei nicht zersetzt, sodass sie wiederholt aufgeschmolzen und in Thermoplast-Spritzgießmaschinen zu Formteilen verarbeitet werden können. Die gummielastischen Eigenschaften bleiben nach dem Abkühlungsprozess vorhanden.

TPE lässt sich außerdem verschweißen und kann bei richtiger Materialkombination eine dauerhafte Verbindung als 2-K-Teile mit Kunststoffen oder Metallen eingehen. Zudem können TPE-Formteile sowohl lackiert als auch eingefärbt werden. Die Vielzahl an thermoplastischen Elastomerwerkstoffen lässt sich wie folgt einteilen:

  • TPE-A (thermolplastische Polyamide)
  • TPE-E (Copolyester-Compounds)
  • TPE-O (Thermoplastische Olefine)
  • TPE-S (Styrol-Blockcopolymere; SBS, SEBS oder SEPS)
  • TPE-U (thermoplastische Polyurethane)
  • TPE-V (vulkanisierte bzw. vernetzte PP/EPDM-Compounds)

Allerdings sind auch die Bezeichnungen TPA, TPE, TPO, TPS, TPU und TPV üblich.

Welche Faktoren bestimmen die Kosten von Formteilen?

Ein wesentlicher Kostenfaktor bei der Herstellung von Formteilen sind zuallererst die Werkzeugkosten. Das zur Verfügung stehende Budget für die Herstellung der Werkzeuge bestimmt in hohem Maße den Teilepreis.
So ist in erster Linie die Geometrie des Formteils dafür verantwortlich, welche Abmessungen ein Werkzeug mindestens haben muss, um das Formteil prozesssicher herstellen zu können. Je größer der Jahresbedarf, desto mehr Kavitäten bzw. Nester müssten realisiert werden, damit bei einem Zyklus möglichst viele Spritzgußteile gleichzeitig hergestellt werden können. Hohe Anforderungen an die Präzision des Produktes verringert die Anzahl der möglichen Kavitäten und führt dennoch im Regelfall zu höheren Werkzeugkosten.

Die Größe und Abmessungen des Werkzeuges wiederum bestimmen die in die Kalkulation einfließenden Stundensätze der Spritzgießmaschinen, die von den benötigten Einspritzdrücken und Schließkräften abhängen.

Das Volumen des Formteils und des Angusses bestimmen die kalkulatorische Größe des Einsatzgewichtes bzw. Materialverbrauchs. Die Zykluszeit wird bestimmt über die Kühlleistung und Temperaturführung des Werkzeuges und die damit verbundene Abkühlzeit des Formteils, um die maximale Wanddicke prozesssicher entformen zu können.

Letztendlich bestimmt der Einsatzzweck des Formteils den zu verwendenden Werkstoff und damit auch die kalkulatorische Größe der Materialkosten.

Wo kommen Formteile zum Einsatz?

Formteile beziehungsweise Spritzgussteile lassen sich aufgrund ihrer Vielseitigkeit in fast allen erdenklichen Industriezweigen, allerdings ebenso auch im Alltag finden. Nur einige von etlichen Anwendungsbereichen für Formteile wären unter anderem

Im Automobilbereich sind Formteile beispielsweise als Kabeldurchführungen, Steckerteile, Gehäuseteile, Gehäusedichtungen, Dichtungen für Kraftstoff-Einspritzsysteme, Lüftungskanäle und auch als Sichtteile und Zierelemente zu finden. Für den Einsatz in der Medizintechnik oder in der Sanitärtechnik wird Lebensmittelechtheit und physiologische Unbedenklichkeit von den eingesetzten Formteil-Werkstoffen gefordert. Hinzu kommen höchstmögliche Passgenauigkeit und geringste Fehlertoleranzen.

Weiterführende Informationen

Spritzgussteile aus Gummi nach DIN 3302-1 M1 (sehr fein)

Gummi-Spritzgussteile, die die Toleranzklasse M1 (sehr fein) erfüllen, erfordern

  • hochpräzise Werkzeuge mit wenigen Nestern (Kavitäten) und
  • reproduzierbare Verfahrensparameter im Spritzgießverfahren.
Spritzgussteile aus Gummi nach DIN 3302-1 M2 (fein)

Für die Herstellung von Spritzgussteilen aus Gummi mit der Toleranzklasse M2 (fein) werden benötigt:

  • präzise gefertigte Werkzeuge, die eine größere Anzahl an Nestern (Kavitäten) zulassen
  • reproduzierbare Verfahrensparameter im Spritzgieß- oder Pressverfahren
Spritzgussteile aus Gummi nach DIN 3302-1 M3 (mittel)

Für die Herstellung von Spritzgussteilen aus Gummi und Moosgummi mit der Toleranzklasse M3 sind keine besonderen Erfordernisse zu berücksichtigen. Die Standard-Fertigungsanlagen und Werkzeuge sind vollkommen ausreichend, um die Toleranzen einhalten zu können.

Spritzgussteile aus Gummi nach DIN 3302-1 M4 (grob)

Diese Toleranzklasse ist kaum noch gebräuchlich. Die Anforderungen an die Maßhaltigkeit sind im Laufe der Jahre gestiegen.

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