Viskosität

Temperaturparameter, die durch die Art des zu produzierenden Materials bestimmt werden. Sie werden über die Steuerung kontrolliert und in vier Hauptzonen unterteilt.

**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.