Duroplast Spritzgiessen
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–Beim Duroplast-Spritzgießen werden duroplastische Formmassen in ein beheiztes Werkzeug eingespritzt und dort durch chemische Vernetzung dauerhaft ausgehärtet.
Duroplaste kommen vor allem dort zum Einsatz, wo Kunststoffbauteile hohen Temperaturen, mechanischen Belastungen, Chemikalien oder elektrischer Spannung widerstehen müssen. Typische Anwendungen finden sich deshalb in Elektrotechnik, Maschinenbau, Fahrzeugtechnik und zunehmend auch in der Elektromobilität.
Anders als Thermoplaste lassen sich ausgehärtete Duroplaste nicht erneut aufschmelzen. Gerade diese dauerhafte Vernetzung verleiht ihnen jedoch ihre hohe Formstabilität und Wärmebeständigkeit.
Die Stocker Kunststoff GmbH fertigt technische Kunststoffteile im Spritzguss und unterstützt bei der Auswahl geeigneter Werkstoffe und Fertigungsverfahren.
Was sind Duroplaste?
Duroplaste sind Kunststoffe, deren Polymerketten während der Verarbeitung zu einem dauerhaften dreidimensionalen Netzwerk verknüpft werden.
Diese chemische Vernetzung unterscheidet sie grundlegend von Thermoplasten. Nach dem Aushärten können Duroplaste bei erneuter Erwärmung nicht wieder aufgeschmolzen und neu geformt werden. Bei zu hoher Temperatur beginnt das Material stattdessen chemisch abzubauen.
Aus dieser Struktur ergeben sich typische Duroplast-Eigenschaften:
- hohe Wärmeformbeständigkeit
- hohe Steifigkeit
- gute Maßhaltigkeit
- hohe elektrische Isolationswirkung
- gute Chemikalienbeständigkeit
- geringe Kriechneigung
- je nach Formmasse hohe mechanische Belastbarkeit
Viele duroplastische Formmassen enthalten zusätzlich Füll- oder Verstärkungsstoffe wie Glasfasern oder mineralische Bestandteile, mit denen sich ihre Eigenschaften gezielt an technische Anwendungen anpassen lassen.
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Wie funktioniert das Duroplast-Spritzgießen?
Einspritzen und Vernetzen
Beim Duroplast-Spritzgießen wird die Formmasse plastifiziert, in ein heißes Werkzeug eingespritzt und dort irreversibel ausgehärtet.
Genau darin liegt ein wesentlicher Unterschied zum Thermoplast-Spritzgießen. Die Spritzeinheit muss so temperiert werden, dass sich das Material fördern lässt, ohne bereits vorzeitig zu vernetzen.
Erst im deutlich wärmeren Spritzgusswerkzeug wird die Vernetzungsreaktion gezielt ausgelöst. Nach ausreichender Aushärtung kann das Formteil heiß entnommen oder ausgeworfen werden.
Besondere Prozessanforderungen
Duroplast-Spritzgießen erfordert eine besonders genaue Abstimmung von Materialzuführung, Temperaturführung, Entlüftung und Aushärtezeit.
Viele Formmassen enthalten einen hohen Anteil an Füllstoffen und wirken deshalb stärker abrasiv auf Schnecke und Zylinder als unverstärkte Thermoplaste. Spezielle verschleißfeste Spritzeinheiten sind daher üblich.
Bei der Vernetzung können außerdem Gase entstehen. Moderne Prozesse setzen deshalb auf eine gezielte, teilweise mehrstufige Werkzeugentlüftung, um Lufteinschlüsse und Fehlstellen im Bauteil zu vermeiden.
Duroplast oder Thermoplast: wo liegt der Unterschied?
Duroplaste eignen sich besonders für dauerhaft formstabile und temperaturbelastete Bauteile, während Thermoplaste die größere Werkstoff- und Verarbeitungspalette bieten.
| Eigenschaft | Duroplast | Thermoplast |
| Verhalten bei Wärme | bleibt formstabil, zersetzt sich bei Überhitzung | wird wieder weich bzw. schmelzbar |
| Molekülstruktur | dauerhaft vernetzt | unvernetzte bzw. teilvernetzte Polymerketten |
| Wärmebeständigkeit | häufig hoch | stark werkstoffabhängig |
| Steifigkeit | häufig hoch | stark werkstoffabhängig |
| Elektrische Isolation | häufig sehr gut | materialabhängig |
| Nachträgliches Umformen | nicht möglich | grundsätzlich möglich |
| Mechanisches Recycling | eingeschränkt möglich | meist deutlich einfacher |
Die Entscheidung zwischen Thermoplast und Duroplast richtet sich deshalb vor allem nach den Anforderungen des späteren Bauteils und nicht danach, welcher Kunststoff grundsätzlich „besser“ ist.
Welche Duroplaste werden im Spritzguss verarbeitet?
Für das Duroplast-Spritzgießen stehen verschiedene Harzsysteme und Formmassen mit unterschiedlichen technischen Eigenschaften zur Verfügung.
Zu den relevanten Werkstoffgruppen gehören beispielsweise:
- Phenolharz-Formmassen (PF)
- Melaminharze (MF)
- Epoxidharz-Systeme (EP)
- ungesättigte Polyesterharze (UP)
- BMC-Formmassen
Phenolharz-Formmassen werden unter anderem für thermisch und elektrisch belastete technische Bauteile eingesetzt. BMC steht für Bulk Molding Compound und bezeichnet meist faserverstärkte, duroplastische Formmassen, die sich für hoch belastbare Formteile eignen.
Die Eigenschaften duroplastischer Formmassen lassen sich durch Harzsysteme, Füllstoffe und Verstärkungsfasern gezielt einstellen.
Glasfasern erhöhen beispielsweise Festigkeit und Steifigkeit. Mineralische Füllstoffe können unter anderem Maßhaltigkeit, thermische Eigenschaften und Wirtschaftlichkeit beeinflussen.
Typische Anforderungen sind:
- Wärmebeständigkeit
- elektrische Isolation
- mechanische Festigkeit
- Medienbeständigkeit
- Dimensionsstabilität
- geringe Kriechneigung
- Brandschutz
Die konkrete Materialauswahl sollte deshalb immer anhand der späteren Einsatzbedingungen erfolgen.
Vorteile des Duroplast-Spritzgießens
Der Duroplast-Spritzguss eignet sich besonders für technische Bauteile, die ihre Form und Funktion auch unter anspruchsvollen Bedingungen behalten müssen.
Wichtige Vorteile sind:
- hohe Temperaturbeständigkeit
- hohe Steifigkeit
- gute elektrische Isolation
- geringe Kriechneigung
- gute Chemikalienbeständigkeit
- hohe Maßhaltigkeit
- faserverstärkte Werkstoffe verfügbar
In geeigneten Anwendungen können Duroplaste deshalb auch Metallbauteile ersetzen und gleichzeitig elektrische Isolation oder Korrosionsbeständigkeit übernehmen.
Grenzen des Duroplast-Spritzgießens
Die irreversible Vernetzung bringt zugleich Einschränkungen bei Verarbeitung und Recycling mit sich.
Das Material kann nach dem Aushärten weder erneut aufgeschmolzen noch thermisch umgeformt werden. Auch die Prozessführung ist aufwendiger als bei vielen Standard-Thermoplasten.
Zu berücksichtigen sind:
- Vernetzungszeit im Werkzeug
- anspruchsvolle Temperaturführung
- Verschleiß durch Füll- und Verstärkungsstoffe
- notwendige Entlüftung
- eingeschränkte werkstoffliche Wiederverwertung
Ob Duroplast-Spritzgießen wirtschaftlich ist, hängt deshalb von Bauteil, Material, Stückzahl und den geforderten Eigenschaften ab.
Moderne Anwendungen von Duroplast-Spritzguss
Elektrotechnik und Elektronik
Automobil und Elektromobilität
Einlegeteile direkt umspritzen
BMC-Spritzguss
Nachhaltigkeit und Recycling von Duroplasten
Ausgehärtete Duroplaste lassen sich nicht wie Thermoplaste erneut einschmelzen, können aber unter bestimmten Voraussetzungen mechanisch aufbereitet und wieder eingesetzt werden.
Produktionsreste und Angüsse lassen sich beispielsweise zerkleinern und als Füllstoff in neuen duroplastischen Formmassen verwenden. Fraunhofer ICT konnte bei untersuchten Phenolharz-Formmassen zeigen, dass eine solche Rückführung technisch möglich ist.
Dabei gilt jedoch: Duroplast-Recycling ist anspruchsvoller als das Recycling vieler sortenreiner Thermoplaste. Der mögliche Rezyklatanteil hängt stark von Formmasse, Bauteilanforderungen und den erforderlichen mechanischen Eigenschaften ab.
Auch deshalb gewinnen materialeffiziente Werkzeugkonzepte, kurze Angüsse und die direkte Rückführung von Produktionsresten zunehmend an Bedeutung.
Häufig gestellte Fragen zum Duroplast-Spritzgießen
Was ist Duroplast-Spritzgießen?
Was ist der Unterschied zwischen Duroplast und Thermoplast?
Welche Duroplaste lassen sich spritzgießen?
Welche Vorteile besitzen Duroplaste?
Was ist BMC?
Kann Duroplast recycelt werden?
Duroplast-Spritzgießen bei Stocker Kunststoff
Die Wahl zwischen Duroplast und Thermoplast beginnt bei den Anforderungen des späteren Bauteils.
Temperatur, elektrische Eigenschaften, mechanische Belastung, Medienkontakt und Stückzahl bestimmen, welcher Werkstoff und welches Spritzgießverfahren wirtschaftlich sinnvoll sind.
Stocker Kunststoff unterstützt bei der Entwicklung und Fertigung technischer Spritzgussteile und der Auswahl geeigneter Kunststofflösungen.
Von der Materialauswahl über Werkzeug und Prozess bis zur Serienfertigung werden die entscheidenden Faktoren auf das jeweilige Projekt abgestimmt.
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Quellen und weiterführende Informationen
- ARBURG: Duroplast-Spritzgießen
- Fraunhofer ICT: Spritzgießen und Fließpressen
- Fraunhofer ICT: Projekt PerKuel / Elektromobilität
- Kunststoffe.de: Phenoplaste
- Kunststoffe.de: Grundlagenartikel Spritzgießen
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