Optimale Füllstofforientierung in spritzgegossenen Verbunden durch gezielte Werkzeugbewegung

Dieses Verfahren  erlaubt es, auch anisometrische Füllstoffe gezielt in gewünschter Raumrichtung zu orientieren und ermöglicht auch in dünnen Bauteilen ein hohes Kern-/Randschicht-Verhältnis.
Diese Möglichkeit erweitert das Anwendungsspektrum für anisometrische Füllstoffe enorm, da deren Eigenschaften nun deutlich effizienter genutzt werden können.

• Gezielte Ausrichtung anisometrischer Füllstoffe auch entgegen der eigentlichen Fließrichtung
• Hohes Kern-/Randschicht-Verhältnis auch in dünnen Bauteilen, dadurch höheres Leichtbaupotenzial
• Effektivere Ausnutzung der Füllstoffeigenschaften wie Zugfestigkeit oder thermische / elektrische Leitfähigkeit

Am Institut für Kunststofftechnik an der Universität Stutt­gart wurde ein Verfahren entwickelt, das es erlaubt, auch anisometrische Füllstoffe gezielt in gewünschter Raum­richtung zu orientieren. Diese Möglichkeit erweitert das Anwendungsspektrum für anisometrische Füllstoffe enorm, da deren Eigenschaften nun deutlich effizienter genutzt werden können.

Thermoplastische Kunststoffe können im Spritzgieß­verfahren sehr einfach mit anisotropen Füllstoffen ver­stärkt bzw. funktionalisiert werden. Solche Verbunde haben vielfältige Einsatzzwecke und sind in unterschied­lichsten Kombinationen von Kunststoff und Füllstoff reali­sierbar. Dabei ist speziell die Orientierung aniso­metri­scher Füllstoffe maßgeblich von der Strömungs­richtung bzw. den Scherkräften in der Schmelze während des Einspritzvorgangs abhängig. Die Füllstofforientierung ist jedoch entscheidend für die gezielte Herstellung ge­wünschter Eigenschaften des späteren Bauteils, bspw. in Bezug auf die Hauptbelastungsrichtung oder auf die Leit­fähigkeit in einer bestimmten Raumrichtung.

Beim Spritzgießen orientieren sich plättchen- oder faser­förmige Füllstoffe im Randbereich in Fließrichtung der Schmelze und in der Kernschicht in Dicken- oder Breiten­richtung des Bauteils. So wird die Wärme in den Rand­schichten eher in Fließrichtung und in der Kernschicht in Dickenrichtung geleitet. Daher gilt es, vor allem bei dünn­wandigen Bauteilen das Verhältnis der Kern zur Rand­schicht zu erhöhen. Zwar ist eine Manipulation indirekt über die Werkzeug­geometrie und Prozessparameter möglich, doch speziell die Ausprägung der Randschicht wird dabei nur wenig verändert. Insbesondere die ther­mische Leitfähigkeit dünnwandiger Bauteile ist so nur schlecht optimierbar.

Um Einfluss auf die Ausprägung der Kernschicht zu neh­men, wird im hier vorgestellten Verfahren eben diese gezielt vergrößert. Dabei kann auf Funktionen herkömm­licher Werkzeuge zurückgegriffen werden. Das Hervorru­fen von Quell- bzw. Dehnströmungen in der Schmelze durch eine zusätzliche Werkzeugbewegung (Öffnungs- und Präge­hub) erlaubt die gezielte Ausrichtung der Füll­stoffe in Richtung der Bauteiloberfläche und ermöglicht ein bisher unerreicht hohes Kern-Randschichtverhältnis.