Spritzgussverfahren für transparente Kunststoffe

◆Eigenschaften typischer transparenter Kunststoffe

Transparente Kunststoffe und ihre Spritzgusseigenschaften

 

Durch kontinuierliche Fortschritte in der Materialforschung und -entwicklung eignen sich immer mehr optische Materialien für die Herstellung transparenter Produkte. Nehmen wir als Beispiel optische Linsen, die häufig in optischen Produkten mit hohen Qualitätsanforderungen und komplexer Spritzgusstechnologie verwendet werden, wie in der Abbildung gezeigt. Das Spritzgussmaterial für gewöhnliche Kunststofflinsen wird häufig aufgrund seiner geringen Kosten, hohen Produktionseffizienz, starken Stabilität und hohen Durchlässigkeit ausgewählt. Im Vergleich zu den Kunststoffrohstoffen für gewöhnliche Kunststofflinsen sind die Anforderungen an Spritzgussmaterialien für Kunststofflinsen in der Abbildungsoptik noch strenger. Der Kunststoffrohstoff muss nicht nur Eigenschaften wie hohe Transparenz, gute mechanische Eigenschaften, hohe Stabilität und gute Fließfähigkeit aufweisen, sondern die Materialauswahl muss auch auf spezifischen Leistungsmerkmalen wie dem Brechungsindex basieren.

Zu den häufig verwendeten Spritzgussmaterialien für die Abbildung optischer Kunststofflinsen gehören Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC) und zyklische Olefinpolymere (COP). Unter diesen wird hoch-transparentes PMMA häufig beim Spritzgießen von Kunststofflinsen verwendet. PMMA wird nicht nur bei der Herstellung von Kunststofflinsen mittlerer{3}}bis{4}}niedriger Präzision und großem-Durchmessers wie Kondensorlinsen, Fresnel-Linsen, Projektionslinsen und Autoscheinwerferlinsen verwendet, sondern auch in hochpräzisen Kunststofflinsen wie Laserdruckerlinsen, Kameralinsen, Mobiltelefonlinsen und CD/DVD-Leselinsen. PMMA verfügt über eine hohe Festigkeit und Härte sowie optische Eigenschaften wie eine hohe Abbe-Zahl und eine geringe Doppelbrechung. Als Kunststoffrohstoff für optische Linsen stellt PMMA jedoch noch einige Herausforderungen dar. Beispielsweise führt die Wasseraufnahme von PMMA unter feuchten Bedingungen zu Veränderungen des Brechungsindex der Kunststofflinse, was zu einer Volumenausdehnung und Veränderungen der gesamten Strukturabmessungen führt. Darüber hinaus beträgt die Glasübergangstemperatur von PMMA 100 Grad und die Hitzebeständigkeit von Kunststofflinsen ist relativ gering, was den Anwendungsbereich von PMMA erheblich einschränkt.

 

Polycarbonat (PC) ist ein häufig verwendetes optisches Material, das häufig in Autoscheinwerferlinsen, Strahlstreuungslinsen und anderen optischen Linsen verwendet wird. PC verfügt über eine hohe Transparenz, Hitzebeständigkeit, hohe Festigkeit und einen hohen Brechungsindex und gilt als einer der Kunststoffe mit der besten Schlagzähigkeit. Allerdings haben PC-Objektive immer noch erhebliche Nachteile. Beispielsweise ist der Photoelastizitätskoeffizient von PC-Linsen um ein Vielfaches höher als der von PMMA, was zu einem ausgeprägten Doppelbrechungseffekt führt, der die optische Abbildungsqualität der Kunststofflinse stark beeinträchtigt. Darüber hinaus weist PC-Material eine große Schrumpfungsrate auf, wodurch Kunststofflinsen sehr anfällig für Verformungen sind, wobei der Verformungsgrad höher ist als bei PMMA.

 

Zyklische Olefinpolymere (COPs) sind Ringfingerpolymere, die unter Verwendung zyklischer Olefine als Monomere synthetisiert werden. COPs zeichnen sich durch hohe Transparenz, geringe Hygroskopizität, geringe Doppelbrechung und gute Verarbeitbarkeit aus. Darüber hinaus weisen COPs eine hervorragende Umweltstabilität auf, bleiben auch bei Feuchtigkeitsaufnahme strukturell unverändert und werden häufig als Ersatz für PMMA in Kunststoffen verwendet. Allerdings sind COPs extrem teuer und kosten etwa zehnmal mehr als PMMA. Die Verwendung von COPs als Spritzgussmaterial erhöht die Herstellungskosten von Kunststofflinsen erheblich.

Im Allgemeinen weisen Linsen aus PC eine erhebliche Doppelbrechung auf, wodurch es schwierig ist, die Bildqualität zu gewährleisten. COP und PMMA bieten unvergleichliche Vorteile hinsichtlich mechanischer Eigenschaften und Strukturstabilität. Allerdings ist COP extrem teuer, erhöht die Herstellungskosten und verstößt gegen wirtschaftliche Grundsätze. PMMA hingegen ist relativ kostengünstig und verfügt über ein großes Marktangebot, sodass es sich für die Herstellung kostengünstiger, hocheffizienter optischer Kunststofflinsen eignet. Darüber hinaus können die Schmelzflusseigenschaften von PMMA durch Änderung der Parameter des Spritzgussprozesses verbessert werden, was eine präzise Nachbildung der Oberflächenmorphologie der Spritzgussform ermöglicht.

Spritzgusstechnik für transparente Kunststoffe

 

Weiltransparente KunststoffeDa sie eine hohe Lichtdurchlässigkeit erfordern, muss die Oberflächenqualität der Kunststoffprodukte streng kontrolliert werden. Mängel wie Flecken, Poren, Weißfärbung, Trübung, schwarze Flecken, Verfärbungen und schlechter Glanz sind nicht akzeptabel. Daher erfordert der gesamte Spritzgussprozess sorgfältige Aufmerksamkeit und strenge, sogar spezielle Anforderungen an Rohstoffe, Ausrüstung, Formen und sogar Produktdesign.

Zweitens sind aufgrund des hohen Schmelzpunkts und der schlechten Fließfähigkeit transparenter Kunststoffe häufig Feinanpassungen der Prozessparameter wie Maschinentemperatur, Einspritzdruck und Einspritzgeschwindigkeit erforderlich, um die Oberflächenqualität sicherzustellen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Form vollständig gefüllt ist, ohne dass innere Spannungen entstehen, die zu Produktverformungen und Rissen führen könnten. Im folgenden Abschnitt werden die wichtigsten Überlegungen zur Rohmaterialvorbereitung, zu den Anforderungen an Ausrüstung und Formen, zu Spritzgussprozessen und zum Umgang mit Rohmaterialien analysiert.

Wichtige technische Punkte vor dem Spritzgießen

Rohstoffaufbereitung und -trocknung

Da selbst kleinste Verunreinigungen im Kunststoff die Transparenz des Produkts beeinträchtigen können, ist es wichtig, bei Lagerung, Transport und Zuführung einen dichten Verschluss aufrechtzuerhalten, um sicherzustellen, dass die Rohstoffe völlig sauber sind. Insbesondere das Vorhandensein von Feuchtigkeit in den Rohstoffen kann beim Erhitzen zu einer Verschlechterung führen. Daher ist eine gründliche Trocknung unerlässlich. Beim Spritzgießen muss zur Beschickung ein Trockentrichter verwendet werden. Wichtig ist auch zu beachten, dass die beim Trocknungsprozess eingebrachte Luft idealerweise gefiltert und entfeuchtet werden sollte, um eine Kontamination der Rohstoffe zu verhindern.

Reinigung von Zylinder, Schnecke und Zubehör

 

Um eine Kontamination des Rohmaterials und die Ansammlung von Altmaterial oder Verunreinigungen in der Schnecke und ihren Zubehörteilen zu verhindern, sollte besonderes Augenmerk darauf gelegt werden, die Rückhaltung von Altmaterial mit schlechter thermischer Stabilität zu verhindern. Vor und nach dem Gebrauch sollte die Spritzgießmaschine gründlich mit einem Schneckenreiniger gereinigt werden, um sicherzustellen, dass alle Spritzgussteile frei von Verunreinigungen sind. Steht kein Schraubenreiniger zur Verfügung, können PE- oder PS-Kunststoffe zum Reinigen der Schnecke verwendet werden. Bei vorübergehenden Stillständen sollten die Trockner- und Fasstemperaturen gesenkt werden, um eine Verschlechterung zu verhindern, die durch längere Einwirkung hoher Temperaturen auf das Rohmaterial verursacht wird. Bei der Produktion von PC, PMMA oder anderen Kunststoffen sollte die Zylindertemperatur auf unter 160 Grad gesenkt werden. Darüber hinaus sollte bei der Verwendung von PC als Rohmaterial die Trocknungstemperatur im Trichter auf unter 100 Grad gesenkt werden.

Zu berücksichtigende Aspekte bei der Formenkonstruktion (einschließlich Produktdesign)

Um eine schlechte Kunststoffformung, Oberflächendefekte und eine Verschlechterung durch schlechtes Aufschmelzen oder ungleichmäßige Kühlung zu verhindern, sollten bei der Formenkonstruktion im Allgemeinen die folgenden Punkte berücksichtigt werden.

Bei Spritzgussprozessen zu berücksichtigende Aspekte (einschließlich Anforderungen an die Spritzgussmaschine)

Andere Probleme

 

Um eine Verschlechterung der Oberflächenqualität zu verhindern, sollten Formtrennmittel beim Spritzgießen sparsam verwendet werden; Der Anteil an recyceltem Material sollte 20 % nicht überschreiten. Mit Ausnahme von PET sollten alle Produkte einer Nachbehandlung unterzogen werden, um inneren Stress abzubauen. PMMA sollte 4 Stunden lang in Heißluftzirkulation bei 70–80 Grad getrocknet werden; PC sollte in sauberer Luft, Glyzerin, flüssigem Paraffin usw. auf 110–135 Grad erhitzt werden, je nach Produkt über einen Zeitraum, der manchmal mehr als 10 Stunden dauert. Um gute mechanische Eigenschaften zu erreichen, muss PET einem biaxialen Streckprozess unterzogen werden.