Wenn Werkstücke brechen…

Im Kunststoff-Spritzguss dreht es sich natürlich hauptsächlich um die ausreichende Stabilität der Werkstücke. Mit der langjährigen Erfahrung der Stocker Kunststoff GmbH und all unserer Fachleute ist es nahezu ausgeschlossen, dass es bei der Produktion unserer Produkte zu dem gefürchteten Materialversagen kommt.

Dennoch lässt es sich nie völlig ausschließen, dass ein verwendeter Kunststoff den Anforderungen nicht standhält und bricht, schmilzt oder reißt. In den vorhergehenden News hatten wir ausgiebig über die Auswahl geeigneter Materialien und die jeweiligen Eigenschaften berichtet. Heute betrachten wir einmal die Gründe, warum es zu Materialversagen bei Werkstücken aus dem Kunststoff-Spritzguss kommen kann.

Genau wie jedes andere Material hat Kunststoff seine Belastungsgrenzen. Darum ist es vor jeder Materialauswahl maßgeblich wichtig, eine genaue Analyse anzufertigen, welche Anforderungen überhaupt im Einsatz entstehen können. Die Temperaturen z.B. in einem fest installierten Blitzgerät können in der Sonne erheblich höher steigen, als man sich das vorstellen könnte. Das lässt sich dann einfach nur mit genauen Messungen vorhersagen. Aber das ist nur das offensichtlichste Beispiel. Wieviel Druck wird auf das Werkstück ausgeübt, wie stark sind die Zugkräfte, denen es standhalten muss? Jedes Material hat eine Streckgrenze und eine bestimmte Zugfestigkeit. Dazu kommt die Spannungsgrenze, die besonders bei spröden Kunststoffen die Hauptrolle spielt. Geradezu hinterhältig ist die Berechnung der sogenannten Kriechfestigkeit. Eine relativ sanfte Spannung, die allerdings ständig auf das Werkstück ausgeübt wird, kann langfristig zum Versagen führen, obwohl das Material eine viel höhere Spannungsgrenze für einen begrenzten Zeitraum aufweist.

Der Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnungsfähigkeit wird als Elastizitätsmodul bezeichnet. Anhand einer berechneten Spannungs-Dehnungs-Kennlinie wird festgestellt, zu welchem Zeitpunkt das Verhältnis der beiden Kräfte die lineare Linie verlässt und das Material unzuverlässig wird. Über die Auswirkungen größerer Temperaturunterschiede über einen längeren Zeitraum hatten wir schon geschrieben. Viele Kunststoffe werden mit der Zeit spröde und brechen. Daher ist auch ein eingesetzter Kunststoff immer mit einem Haltbarkeitsdatum zu versehen, ähnlich wie bei den Lebensmitteln. Mögliche Chemikalien in der Umgebung noch viel schwieriger ist es, alle chemischen Einwirkungen zu beurteilen, denen ein Stoff ausgesetzt ist. Der häufigste Grund für das Versagen eines Kunststoffteils liegt in den Spannungsrissen. Es ist fast unmöglich, das Verhalten eines Kunststoffs für alle möglichen Chemikalien vorherzusagen. Das trifft noch mehr zu, wenn man die Chemikalien am Einsatzort nicht genau bestimmen kann. Fest steht aber, dass manche Chemikalien die maximale Arbeitsspannung für Werkstoffe herabsetzen. Selbstverständlich gibt es auch dafür einen Fachbegriff. Man spricht von umgebungsbedingter Spannungsrisskorrosion, wenn das Auftreten einer Chemikalien die mechanische Belastbarkeit eines Kunststoffs herabsetzt.

Die Geschwindigkeit des Einflusses

Ein weiterer Faktor, der selten zu 100% erfasst werden kann, ist die sogenannte Dehngeschwindigkeit. Ihre Auswirkungen lassen sich leicht am bekannten Spiel des Tauziehens erläutern. Zwei Mannschaften, die im vollen Einsatz am Tau ziehen, werden eine große Spannung erreichen, bevor eine von beiden erschöpft aufgeben muss und über die Linie gezogen wird. Damit ist ihre “Dehngrenze” oder “Zugfestigkeit” erreicht. Wenn allerdings eine der beiden Mannschaften es fertigbringt, die hohe Zugkraft urplötzlich zu erreichen, kann sich die andere Mannschaft nicht sortieren und ihre Leistungsfähigkeit wirksam auf jeden einzelnen Teilnehmer verteilen. Das Ergebnis ist klar, sie werden unkoordiniert über die Linie gezogen. Mit den Molekülen im Kunststoff verhält es sich ganz ähnlich.

Mehrkomponenten-Spritzgussteile

Wenn man diese zeit- und umgebungsbedingten Einflussgrößen auf die Werkstoffe betrachtet, wird es deutlich, warum gerade die Zwei- oder Mehrkomponenten-Werkstücke so viel Vorbereitungszeit benötigen, bevor sie erfolgreich produziert und eingesetzt werden können. Die Komplexität der einzelnen Materialeigenschaften in Verbindung mit den Zeitfaktoren und dazu auch noch den Wechselwirkungen der verschiedenen Werkstoffe machen dieses Unterfangen zu einer großen Aufgabe. Zwar lassen sich heutzutage per Computer die meisten Möglichkeiten berechnen. Dennoch sind lange Testreihen nötig, um die berechneten Wirkungen auch mit der Realität abzugleichen. Sonst kommt es eben zum Bruch.