Viskosität

Die Zylindertemperatur ist die Gesamtheit der Heizband-Temperaturen entlang des barrel (Zylinders), Zone für Zone, die den Kunststoff fortschreitend aufschmelzen, während die screw (Schnecke) ihn nach vorn fördert. Sie wird aus der empfohlenen melt-Temperatur (Massetemperatur) des Kunststoffs eingestellt und ist der wichtigste Hebel auf die Schmelzequalität. ## Die Zylinderzonen Ein Zylinder ist in drei bis fünf geregelte Zonen (plus Düse) unterteilt, angetrieben von den barrel heat bands (Heizbändern): - Einzugs-/Hinterzone: nimmt Granulat auf und beginnt das Erweichen — am kühlsten, um Brückenbildung am Einzug zu vermeiden. - Mittel-/Kompressionszone(n): hier findet das meiste Aufschmelzen und Mischen statt. - Vorder-/Meterzone: homogenisiert die Schmelze auf Zieltemperatur vor der nozzle temperature-Zone (Düse). ## Temperaturprofile - Steigend (Rampe): hinten am kühlsten, vorn am heißesten — gängiger Standard. - Flach: über die Zonen ähnlich — für scherempfindliche Kunststoffe. - Fallend (revers): hinten heißer, vorn kühler — manchmal für wärmeempfindliche Kunststoffe oder gegen Sabbern. ## Warum wichtig - Zu heiß: thermische Degradation, Sabbern, Verfärbung und längere Kühlung, und erhöht das residence time-Risiko. - Zu kalt: ungeschmolzenes Granulat, hohes Schneckendrehmoment, Kurzschüsse und beschleunigter Schnecken-/Zylinderverschleiß. Die Ist-Schmelze immer mit einer Luftschussmessung prüfen — der Sollwert ist nicht die reale Massetemperatur. ## Verwandte Begriffe - Siehe auch: barrel, barrel heat bands, melt, nozzle temperature, residence time ## Was ist die Zylindertemperatur beim Spritzgießen? Es sind die zonenweisen Heizsollwerte entlang des Zylinders, die den Kunststoff aufschmelzen, eingestellt aus der Ziel-Massetemperatur. ## Wie viele Zylinderzonen gibt es? Meist drei bis fünf geregelte Zonen plus Düse, von der hinteren Einzugszone bis zur vorderen Meterzone. ## Was passiert bei zu hoher Zylindertemperatur? Die Schmelze degradiert — Verfärbung, schwarze Punkte, Sabbern und schwächere Teile — und Kühl- sowie Verweilzeitprobleme nehmen zu.

Einspritzdruck (Injection Pressure) ist der Druck, den die Schnecke beim dynamischen Füllen bis zum Umschaltpunkt auf die Schmelze ausübt. Er ist Ergebnis des Prozesses, kein Sollwert: er steigt so weit, wie nötig, um die programmierte Einspritzgeschwindigkeit zu halten. ## Druckarten - Plastisch (Ppsi): tatsächlicher Druck am Material, in bar - Hydraulisch (Hpsi): Öldruck im Hydraulikzylinder - Beziehung: Ppsi = Hpsi × Intensivierungsverhältnis (typisch 10:1 bis 15:1 je nach Schneckendurchmesser) ## Typische Werte je Harz - Standardharze (PE, PP): 400 – 1200 bar plastisch - Technische Harze (ABS, PC, PA): 700 – 1800 bar - Faserverstärkt: 1000 – 2200 bar - Hochviskose Harze (PEEK, PSU): bis 2500 bar - Moderne Maschinen: max. 2400 bar ## Warum wichtig Sättigt der Druck (Maschinenmaximum), sinkt die Geschwindigkeit und das Teil füllt langsamer → kalte Schmelze, kalte Bindenähte, Kurzschuss. So konstruieren, dass keine Sättigung auftritt: Gates, Runner, Wandstärke vergrößern oder Fließweg verkürzen. ## Diagnose - Reproduzierbare Spitzen: stabiler Prozess - Steigende Spitzen: verschlissene Rückstromsperre, Kontamination, teilweise blockierter Anspritzpunkt - Fallende Spitzen: Werkzeugtemperatur steigt, Anspritzpunkt verschleißt ## Optimierung Massetemperatur erhöhen, Gates erweitern, höher fließendes Harz (höherer MFI) wählen, oder auf Maschine mit höherem Druck wechseln (bei gut konstruierten Werkzeugen selten nötig).

Einspritzgeschwindigkeit (Injection Speed) ist die lineare Geschwindigkeit, mit der die Schnecke beim Füllen vorrückt, programmiert in mm/s (oder Volumenstrom cm³/s). Sie ist einer der Parameter, die die Füllqualität bestimmen, neben Temperatur und Nachdruck. ## Warum wichtig Die Geschwindigkeit bestimmt: - Füllzeit: 0,3 – 3 s bei technischen Teilen - Scherung im Material (schneller → mehr Scherung → niedrigere effektive Viskosität) - Sichtbare Marken: Jetting (zu hohe Geschwindigkeit am Punktanguss), Fließmarken (zu langsam oder unterbrochen) - Molekulare Orientierung und Eigenspannung ## Mehrstufenprofil Moderne Maschinen erlauben 5 – 10 Geschwindigkeitsstufen über den Schneckenweg: 1. Langsam am Gate-Eintritt (gegen Jetting) 2. Schnell in weiten Kavitäten 3. Langsam an kritischen Entlüftungsstellen (gegen Lufteinschluss) 4. Langsam am Fließwegende für sanften Übergang zum Nachdruck ## Typische Werte - Standardharze, Standardwand: 50 – 150 mm/s - Technische Teile mit Detail: 30 – 80 mm/s - Sehr dünne Wände (<0,8 mm): 200 – 500 mm/s (hochdynamische Servo-Maschinen) - Scherempfindliche Harze (PVC, PMMA): moderate Geschwindigkeit ## Optimierung Moldflow- / Moldex3D-Analyse zur Profil-Definition, iterative Abstimmung mit Short-Shot-Studien, und Massetemperatur-Überwachung am Füllende (Anstieg <5 – 10 °C aus Über-Scherung). ## Häufige Probleme Jetting bei hoher Geschwindigkeit an Punktangüssen, Fließmarken bei zu niedriger Geschwindigkeit, Brennspuren durch eingeschlossene Luft am Ende und Delamination, wenn die Fließfront teilweise abkühlt.

Schmelze (Melt) ist der Kunststoff im viskos-flüssigen Zustand, gewonnen durch Erhitzen des Polymers über seine Glasübergangs- oder Schmelztemperatur (Tg amorph, Tm teilkristallin) im Zylinder der Spritzgießmaschine. Ihre Temperatur, ihr Druck und ihre Viskosität bestimmen die Spritzgussqualität. ## Typische Massetemperaturen - PE / PP: 200 – 280 °C - PS: 180 – 260 °C - ABS: 220 – 260 °C - PA 6 / PA 66: 240 – 290 °C - PC: 280 – 320 °C - PET: 270 – 290 °C - PEEK: 360 – 400 °C - Hart-PVC: 165 – 195 °C (niedrig, thermisch empfindlich) ## Schmelze vs. Zylindertemperatur Massetemperatur ist nicht gleich Zylindertemperatur: - Zylinder-T: Anzeige der Heizbänder pro Zone (Regelung) - Masse-T: tatsächliche Polymertemperatur am Düsenausgang - Masse-T typisch 10 – 30 °C höher als Zylinder-T durch Scherwirkung ## Wie misst man die echte Massetemperatur - Stechthermometer im Purge-Schuss (gängigste Methode) - IR-Sensor an der Düse - Air Shot auf eine heiße Platte, Schnellmessung - Eingebettete Sensoren im Zylinder (selten, Premium) ## Eigenschaften der Schmelze - Pseudoplastisch: Viskosität sinkt mit der Scherrate (Shear Thinning) - Viskoelastisches Gedächtnis: erinnert sich an den Fluss, erzeugt richtungsabhängige Schwindung - Geringere Dichte als Festkörper: 0,7 – 0,9 g/cm³ (vs. 0,9 – 1,4 fest) - Niedrige Wärmeleitfähigkeit: 0,1 – 0,3 W/m·K (begrenzt die Kühlrate) ## Schmelzeprobleme Thermische Degradation bei Überschreiten der Verarbeitungstemperatur, Überscherung mit Molmassenabbau, Lufteinschluss an der Fließfront und Farbinhomogenität durch schlechte Mischung in der Plastifizierzone.

Relative Viskosität (RV) ist das Verhältnis zwischen der Viskosität einer Polymerlösung und der des reinen Lösungsmittels, gemessen unter genormten Bedingungen (Konzentration, Temperatur). Sie ist der praktischste Indikator für die Molmasse eines Harzes und wird zur Chargenzertifizierung von PA (Nylon) eingesetzt. ## Wie sie gemessen wird ISO 307 / ASTM D789: - 0,5 – 1,0 g Harz in 100 mL 90 %-Ameisensäure oder 96 %-Schwefelsäure lösen - Durchflusszeit im Ubbelohde-Viskosimeter bei 25 °C messen - RV = t_Lösung / t_Lösemittel ## Typische Werte für PA (Nylon) - PA 6 Extrusion: RV 230 – 270 (hohe Molmasse) - PA 6 Spritzguss: RV 130 – 200 (niedrige bis mittlere Molmasse) - PA 66 Spritzguss: RV 40 – 80 (IV / Inherent Viscosity-Skala) - PA 12: RV 140 – 220 ## Bedeutung im Spritzguss - Hohe RV → steifes Polymer, hohe Mechanik, schlechtere Fließfähigkeit (mehr Druck, längerer Zyklus) - Niedrige RV → leichtes Füllen, ideal für dünne oder komplexe Teile, aber geringere Zähigkeit - Die Auswahl erfolgt teilebezogen: Techniker wählen nach RV, nicht MFI, weil sie besser mit den Endeigenschaften korreliert. ## Unterschied zu MFI MFI misst die Schmelzfließfähigkeit unter Normlast (g/10 min). RV misst die Molmasse über die Lösungsviskosität. Für PA ist RV präziser und reproduzierbarer als MFI. ## Häufige Fehler RV von PA 6 mit RV von PA 66 mischen (verschiedene Skalen), Lieferanten-RV mit unterschiedlichen Methoden (Ameisen- vs. Schwefelsäure) vergleichen, und vergessen, dass RV durch in PA absorbiertes Wasser vor der Messung verändert wird.