Effizienzsteigerung und neue Möglichkeiten im Mehrkomponentenspritzguss durch die Integration der Direktinjektion-Plasmatechnologie
Immer höhere Anforderungen an die Bauteiloptik, -haptik, und -funktion sowie die Forderung nach ressourcenschonenden Produktionsverfahren bewirken, dass das Mehrkomponentenspritzgießen sich von einem Sonderverfahren zu der Schlüsseltechnologie in der Kunststoffverarbeitung wandelt. Das Mehrkomponentenspritzgießen erlaubt die Fertigung von Kunststoffbauteilen mit spezifischen Werkstoffeigenschaften unter Einsparung von Handling-, Füge- oder Montagevorgängen, die zu starken Rationalisierungseffekten in der Prozesskette führen.
Das Verbundspritzgießen stellt das weitverbreitetste Verfahren im Bereich der Mehrkomponentenspritzgießtechnik dar. Bei diesem Verfahren wird im ersten Schritt zunächst ein Vorspritzling erstellt, der im zweiten Schritt in dem teilweise erkalteten, jedoch erstarrten Zustand durch eine oder mehrere Kunststoffkomponenten umspritzt wird. Daher wird dieses Verfahren auch als Overmolding bezeichnet. Neben sogenannten Hart/Hart-Verbindungen, die z.B. im Mehrfarbenspritzguss häufig Verwendung finden, stehen insbesondere Hart/Weich-Verbindungen im Fokus der aktuellen Entwicklungen. Sie werden besonders häufig für dichtende oder dämpfende Anwendungen als auch für optische bzw. haptische Anwendungen verwendet. Besonders im Consumer-, Electronic-, Medical- als auch Automotive-Bereich werden diese Eigenschaften häufig verwendet.
Die Voraussetzung für das Gelingen einer prozesssicheren Haftung beim Verbundspritzgießen ist das Zustandekommen einer stoffschlüssigen Verbindung der eingesetzten Materialien. Die Haftung entsteht durch unterschiedliche zwischenmolekulare Wechselwirkungen und Mechanismen, die beim Verbund-spritzgießen wirken. Hierzu zählen unterschiedliche Adhäsions- und Diffusionsvorgänge, die in Ihrer Ausprägung unterschiedlich von den verwendeten Polymertypen sind. Aufgrund der komplexen Zusammenhänge sind die Fähigkeiten des Mehrkomponentenspritzgießens oftmals limitiert. Innovative Produktlösungsideen werden durch begrenzende Materialfaktoren oder durch zu hohe Prozesskosten infolge notwendiger Prozessschritte eingeschränkt. Die Nutzung des AD-Plasmaverfahrens kann die Kompatibilitätsfähigkeit polymerer Materialien erweitern. Derzeitige Integrationen führen jedoch zu längeren Prozessketten und -zeiten.
In diesem Forschungsprojekt ist es daher das Ziel, dass eine Erweiterung des Mehrkomponentenspritzgießen durch die Integration des Direktinjektion-Plasmaverfahrens entwickelt werden soll. Die Innovationsleistung dieses Projektes liegt in der Fähigkeit des neuentwickelten Verfahrensprozesses unterschiedliche polymere Materialien für unterschiedliche Geometrien in einem Verfahrensschritt durch das Mehrkomponentenspritzgießen prozesssicher miteinander zu kombinieren, sodass bisher notwendige Prozessschritte stark rationalisiert werden können.
Durch die Entwicklung eines modularen 2K-Overmolding-Werkzeuges sollen hinsichtlich der Integrierbarkeit des Direktinjektion-Plasmaverfahrens, Plasmadüsen- und Peripherieentwicklung und der entstehenden Oberflächeneffekte umfassende Untersuchungen getätigt werden (siehe Abbildung 1).
Die Kunststofftechnik Paderborn wird in diesem Vorhaben die notwendige spritzgießseitige Verfahrenstechnik entwickeln. Hierzu zählen die kunststoff- und spritzgussgerechte Auslegung der Formteile, die Entwicklung der Werkzeugtechnik und auch die Integration der Direktinjektion-Plasmatechnologie in das Werkzeug. Hierzu zählen auch die Simulation der Plasmaströmung und die daraus optimierte Gestaltung der Plasmagasführung im Spritzgusswerkzeug. Die Entwicklung der verfahrensgeeigneten Plasmadüsen- und Peripherietechnik erfolgt beim Kooperationspartner Plasmatreat. Die Aufgabenverteilung zwischen beider Kooperationspartner führt zu einer Komplementierung der jeweiligen spezifischen Fähigkeiten.
Dieses Vorhaben wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.