Spritzguss mit PMMA

Unser heutiger Blogbeitrag beschäftigt sich mit den Eigenschaften, der Geschichte und der Anwendung von PMMA als Kunststoff im Spritzguss. PMMA ist den meisten Menschen viel eher unter seinem geschützten Namen Plexiglas® bekannt. Daneben kennt man es aber auch als Acrylglas.

Was ist PMMA?

PMMA steht für Polymethylmethacrylat und ist ein durchsichtiger thermoplastischer Kunststoff, der als Acrylglas weltweit bekannt ist. Hergestellt durch Kettenpolymerisation überzeugt PMMA durch eine dem Silikatglas überlegene Lichtdurchlässigkeit, Schlagzähigkeit und ein weitaus geringeres Gewicht.

Das PMMA steht als Abkürzung für einen der erfolgreichsten Kunststoffe überhaupt. Sicher, Polyethylen, Propylen und andere Kunststoffe für die Verpackungsmaterialien und Einwegflaschen werden in riesigen Mengen produziert. Aber das PMMA begegnet uns ebenfalls ständig im Alltag und weiß mit seinen hervorragenden Eigenschaften und der großen Qualität als Material einen ganz besonderen Eindruck zu hinterlassen. PMMA steht für Polymethylmethacrylat. Das klingt wie üblich für den Laien erstmal hochkompliziert und ist zudem auch noch schwierig auszusprechen. Wie es zu diesem Namen kommt, erklären wir gleich. Zunächst einmal zu den Eigenschaften dieses amorphen Thermoplast-Kunststoffs.

PMMA – der Tausendsassa unter den Kunststoffen

Was haben die Olympiade von 1972, diverse Tiefsee-Tauchrekorde und die Heilung eines komplizierten Beinbruchs miteinander zu tun? In allen drei Fällen spielt das Acrylglas eine entscheidende Rolle. Für das berühmte schimmernde Dach des Olympiastadions wurden 75.000 Quadratmeter mit 19.000 Acrylglasplatten von nur vier Millimeter Stärke abgedeckt. Ein paar Jahre später begannen diese zu vergilben. Man wollte schon die Hersteller wegen falscher Versprechen verklagen, denn das PMMA sei als UV-beständig angepriesen worden. Tatsächlich ist es das auch, so wie unempfindlich gegen viele andere Chemikalien. In diesem Fall war es nämlich das Brandschutzmittel, dass dem Kunststoff bei der Herstellung beigemischt worden war. In der Tiefsee wurden z.B. die berühmten TV-Tiefsee-Tauchboote Deep Rover mit einer Sichtkuppel aus Acrylglas gebaut. Sie vertragen in 1.000 Meter Tiefe unglaubliche 100 kg Druck auf jedem Quadratzentimeter. Das PMMA der Kuppel ist dabei nur 13,5 cm dick. PMMA wird auch in Flugzeugen eingesetzt, um die Fenster sicher zu bauen. Für den Knochenbruch schließlich wird der sogenannte Knochenzement aus PMMA gefertigt und dient als Ersatz für die Knochen oder auch beim Zahnarzt für Transplantate. Dieser erstaunliche Kunststoff ist also sehr stabil, gut zu formen und lässt auch mehr Licht hindurch als das handelsübliche Glas.

Die Eigenschaften von PMMA als Liste

Wenn wir die Eigenschaften in eine Liste bringen, sieht das etwa so aus:

  • Dichte: 1,18/cm³ und damit etwa halb so schwer wie Fensterglas
  • Geringe Kratzempfindlichkeit durch hohe Oberflächenhärte
  • Hohe Druck-, Biege- und Zugfestigkeit, nicht sehr schlagzäh
  • Die Brechungszahl nach ISO 489 liegt bei 1,492
  • Witterungs- und UV-Lichtbeständig
  • Temperaturbereich zwischen minus 40°und plus 70° Grad 

Mit bestimmten Additiven lassen sich die Eigenschaften und die Qualität des PMMA noch verbessern. Es kann schlagzäher gestaltet werden, durchlässig für die UV-Strahlung und beständig gegenüber Gammastrahlen. Es kann als lebensmittelecht zugelassen und gegen weitere Chemikalien stabilisiert werden.

Heute kommt das Polymethylmethacrylat in der Autoindustrie, der Luftfahrt, der Medizin, im Baugewerbe und selbst in der Kosmetik und in der Beschichtungstechnik zur Anwendung. Zum Spritzgießen steht das PMMA wie viele Kunststoffe als thermoplastisches Granulat zur Verfügung.

Die Geschichte des PMMA

Eigentlich ging es Otto Röhm ja darum, einen künstlichen Kautschuk zu erschaffen. Das war um 1900 das Ziel vieler Forscher. Röhms ganz persönlicher Traum bestand in der Herstellung durchsichtiger Autoreifen. Das schlug zwar fehl, aber nach vielen Jahren gelang ihm in seinem Unternehmen die technische Verarbeitung von Enzymen, die in Waschmittel eingesetzt wurden und die Erfindung eines harten Sicherheitsglases aus Polyacrylat, also einer polymerisierten Acrylsäure. Damit verdiente er genug Geld um weiter zu forschen. Noch interessanter wurde es nämlich, wenn man die Acrylsäure mit Methylalkohol und Aceton zu einem Stoff, einem Monomer verschmelzen ließ.

Dieses MMA, nämlich das Methylmethacrylat zeigte so interessante Eigenschaften, dass man sich lange damit beschäftigte, wie man es massenhaft herstellen könnte. Denn nichts anderes ist die Polymerisation, in der ein Stoff, also ein Monomer mit einem Auslöser dazu angeregt wird, sich immer weiter zu vernetzen und immer mehr Monomere an sich zu binden. Doch das schien unmöglich zu sein. Aber der Zufall rettete die Forschung. Sträflicher Leichtsinn brachte den Herrn Bauer aus Röhms Team dazu, übers Wochenende einen Teil MMA in einer Flasche auf dem Fensterbrett stehen zu lassen. Sonnenstrahlung und Wärme setzten die Polymerisation in Gang. Das PMMA, also das Polymethylmethacrylat bewies gleich einmal seine Überlegenheit über das Glas und ließ die Flasche platzen. Als Röhm das sah, soll er nach der Legende ausgerufen haben: “Da bin ich aber perplex”, und der Markenname Plexiglas® für den Vertrieb der Produkte aus seinem Unternehmen war erfunden.

Schnell wurde der neue Wunderstoff bekannt, denn Röhm war vor allem auch Geschäftsmann. Die Welt kannte noch kein so durchsichtiges und leicht elastisches Material, das man bei wenig mehr als 100° Grad formen konnte und das seine Form nach dem Auskühlen beibehielt. Für die Pariser Weltausstellung 1937 baute Röhm denn auch eine durchsichtige Geige aus PMMA – und die Welt staunte. Bis das Patent 1952 auslief, wuchs das Unternehmen entsprechend, bis es später von der BASF gekauft wurde. Der alte Name ist immer noch geschützt, deswegen wird das Polymethylmethacrylat heute meist als Acrylglas bezeichnet.

Polymethylmethacrylat im Spritzguss

Für die Fertigung der Halbzeuge beim Spritzgießen wird das Material auf 200° bis 250° Grad Celsius erhitzt. Das Granulat sollte vor der Erhitzung im Zylinder auf 70° bis 100° Grad Celsius vorgewärmt werden, muss aber sorgfältig behandelt werden. Frühzeitig und zu stark erwärmtes Granulat kann zusammenkleben und muss dann vor der Einführung in die Spritzgießmaschine erst wieder getrennt werden. Die eigentliche Erhitzung im Zylinder wird gut berechnet, um Einfallstellen zu vermeiden. Ähnliches gilt für das Werkzeug, das auf ein genaues Maß vorgewärmt werden muss, um Spannungen auszuschließen. Die Einspritzgeschwindigkeit hängt von der Stärke der Formteile ab. Späteres Formen ist bei ca. 150° Grad Celsius gut möglich, dabei hängt die verwendete Form vom Biegegrad ab.

Das Werkstück sollte längere Zeit bei 60° bis 80° Grad getempert werden, um der Entstehung von Rissen vorzubeugen. Die Abkühlung erfolgt langsam und dauert je nach Ausgangstemperatur zwischen drei und fünf Stunden. In der Nachbearbeitung lässt sich der Kunststoff sowohl bohren, (nass)schleifen, lasern, sägen als auch schneiden (< 1 mm) und ritzbrechen. PMMA ist gut zu verkleben, wobei für bestimmte Formen eine Temperierung vorzuziehen ist. Für eine gute optische Qualität der Produkte sollte unbedingt auf die absolute Reinheit aller verwendeten Werkzeuge und Maschinen geachtet werden.

Interessiert am Spritzgießen? Nehmen Sie jederzeit Kontakt mit uns auf, und informieren Sie sich auf unserer Website über unsere Leistungen und Produkte. Die Stocker Kunststoff GmbH steht Ihnen mit aller Erfahrung und einem Ansprechpartner für Ihre Branche gerne zur Verfügung. Wir freuen uns auf den Kontakt mit Ihnen.