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Volker Altstädt, Axel Mantey
Schaumspritzgießen
Vorwort
6
Inhaltsverzeichnis
8
1 Einleitung
14
Literatur zu Kapitel 1
19
2 Historie des Schaumspritzgießens
20
Literatur zu Kapitel 2
26
3 Physik des Schäumens
28
3.1 Einphasige Polymer-Gas-Lösung
29
3.2 Nukleierung
31
3.3 Blasenwachstum
34
3.4 Stabilisierung
36
3.5 Fazit zur Physik des Schäumens
37
Literatur zu Kapitel 3
38
4 Treibmittel
40
4.1 Einleitung
40
4.2 Physikalische Treibmittel
41
4.3 Chemische Treibmittel
43
4.3.1 Bedeutung der Stoffklassen endotherm und exotherm
45
4.3.1.1 Exotherme Treibmittel
46
4.3.1.2 Endotherme Treibmittel
48
4.3.1.3 Kombinationen endothermer Treibmittel
49
4.3.1.4 Kombination aus endothermen und exothermen Treibmitteln
49
4.3.2 Charakterisierung von chemischen Treibmitteln
50
4.3.3 Pulver und Masterbatch, Aufbau eines Treibmittelsystems für das Spritzgießen
54
4.3.4 Produktion von Treibmittelmasterbatches
55
4.3.5 Auswirkungen chemischer Treibmittel auf das Endprodukt
56
Literatur zu Kapitel 4
57
5 Matrixmaterialien
58
5.1 Polypropylen
58
5.1.1 Dichtereduktion
63
5.1.2 Schwindung und Winkelverzug
63
5.1.3 Druckbedarf im Werkzeug
64
5.1.4 Zugversuch
65
5.1.5 Biegeversuch
67
5.1.6 Impactversuch
67
5.1.7 Schaumstruktur
70
5.1.8 Fazit zur Verarbeitung von Polypropylen im Schaumspritzgießverfahren
72
5.2 Technische Thermoplaste für das TSG-Verfahren
74
5.2.1 Werkstoff- und Treibmittelauswahl
75
5.2.2 Schaumspritzgießen von SAN/PC-Blends
76
5.2.2.1 Scherrheologie von SAN/PC-Blends
77
5.2.2.2 Struktur der SAN/PC-Integralschäume
81
5.2.2.3 Mechanische Eigenschaften der SAN/PC-Integralschäume
85
5.2.2.4 Zusammenfassung für geschäumte SAN/PC-Blends
89
5.2.3 Schaumspritzgießen von schlagzähmodifiziertem SAN (ABS)
90
5.2.4 Schaumspritzgießen von SAN-Nanokompositen
97
5.2.5 Schaumspritzgießen von PA 6-Nanokompositen
107
5.2.5.1 Schmelzerheologie von PA + CNF
108
5.2.5.2 Morphologie der PA 6 + CNF-Integralschäume
110
5.2.5.3 Mechanische Eigenschaften der PA + CNF-Integralschäume
113
Literatur zu Kapitel 5
114
6 Verfahrenstechnik
116
6.1 Chemisches TSG-Verfahren
117
6.2 MuCell®-Verfahren
119
6.3 Ergocell®-Verfahren
123
6.4 Optifoam®-Verfahren
124
6.5 Schäumen mit Dekompression
125
6.6 Abgrenzung zu anderen Niederdrucktechniken
128
6.6.1 Fluidinjektionstechnik
128
6.6.2 Spritzprägen
130
6.7 Fazit zur Verfahrenstechnik
132
Literatur zu Kapitel 6
133
7 Verfahrensvergleich
134
7.1 TSG-Verfahren mit chemischen Treibmitteln
135
7.1.1 Art und Konzentration des chemischen Treibmittels
135
7.1.2 Schmelzetemperatur
137
7.1.3 Einspritzgeschwindigkeit
138
7.1.4 Staudruck
140
7.1.5 Werkzeugtemperatur
141
7.1.6 Prozessstabilität
141
7.1.7 Oberflächenqualität
141
7.1.8 Fazit zum chemischen Schaumspritzgießen (TSG-CH)
142
7.2 TSG-Verfahren mit physikalischer Begasung im Zylinder
143
7.2.1 Art und Konzentration des Treibfluids
143
7.2.2 Schmelzetemperatur
145
7.2.3 Einspritzgeschwindigkeit
147
7.2.4 Staudruck
148
7.2.5 Werkzeugtemperatur
149
7.2.6 Phänomenologische Beobachtungen
149
7.2.7 Fazit zum Schaumspritzgießen mit physikalischer Begasung im Zylinder
150
7.3 TSG-Verfahren mit physikalischer Begasung in der Düse
151
7.3.1 Konzentration des Treibfluids
151
7.3.2 Schmelzetemperatur
153
7.3.3 Einspritzgeschwindigkeit
154
7.3.4 Phänomenologische Beobachtungen
154
7.3.5 Fazit zum Schaumspritzgießen im TSG-PD
155
7.4 Gegenüberstellung des chemischen und physikalischen TSG
156
7.4.1 Prozessführung
156
7.4.2 Formteileigenschaften
157
Literatur zu Kapitel 7
157
8 Mechanisches Verhalten
158
8.1 Einführung
158
8.2 Strukturausbildung
159
8.3 Makroskopische Kennwertbeeinflussung
162
8.4 Bewertung der Kennwertabminderung – Zugbelastung
164
8.5 Bewertung der Kennwertabminderung – Biegebelastung
165
8.6 Spannungsverteilung
166
8.7 Leichtbaueffekt
167
8.8 Verallgemeinerte Modellvorstellung
169
8.9 Modellbildung zum Leichtbaueffekt
170
8.10 Konzept der effektiven Deckschichtdicke
172
8.11 Modellbildung zur effektiven Deckschichtdicke
174
8.12 Zugängliches Leichtbaupotenzial
175
8.13 Vorhersage von Steifigkeitskennwerten
176
8.14 Vorhersage von Festigkeitskennwerten
178
8.15 Einfluss von Füll- und Verstärkungsstoffen auf die Steifigkeit
178
8.16 Einfluss von Füll- und Verstärkungsstoffen auf die Festigkeit
181
8.17 Druckverformungsverhalten
182
8.18 Relevanz der Einflussgrößen
184
8.19 Mechanische Prüfung von Integralschaumstrukturen
185
8.20 Kennwertschwankungen
186
Literatur zu Kapitel 8
187
9 Einfluss des Spritzgießwerkzeugs beim Thermoplast-Schaumspritzgießen
188
9.1 Formteilgestaltung
189
9.1.1 Wanddicken, Wanddickensprünge
189
9.1.2 Rippen, Dome, Schnapphaken
192
9.1.3 Fließhindernisse
194
9.2 Angusssystem
195
9.2.1 Balancierung des Angusssystems
195
9.2.2 Angussbuchse
197
9.2.3 Anschnittarten
198
9.2.4 Lage der Anspritzpunkte
200
9.3 Temperierung beim Schaumspritzgießen
201
9.4 Entlüftung
203
9.5 Werkzeugmaterialien beim Schaumspritzgießen
204
9.6 Werkzeug-/verfahrenstechnische Möglichkeiten zur Verbesserung der Oberflächenqualitäten geschäumter Bauteile
204
9.6.1 Ursachen der geringen Oberflächenqualitäten beim Schaumspritzgießen
204
9.6.2 Werkzeuginnendrücke beim Schaumspritzgießen
207
9.6.3 Verbesserung der Oberflächenqualitäten
207
9.6.4 Verwendung von Oberflächenstrukturierungen
208
9.6.5 Verwendung von Beschichtungen im Werkzeug
209
9.6.6 Variotherm-Verfahren
211
9.6.7 Fazit
211
Literatur zu Kapitel 9
212
10 Sondertechnologien
214
10.1 MuCell®-Verfahren mit statischem Mischer
214
10.2 Atmende Werkzeuge
215
10.3 Optimierung der Oberfläche
220
10.3.1 Verfahrenstechnische Oberflächenverbesserung geschäumter Formteile
221
10.3.1.1 Gasgegendruck
222
10.3.1.2 Variotherm
223
10.3.1.3 Zusammenfassung zur verfahrenstechnischen Oberflächenverbesserung
224
10.3.2 Dekor-Hinterspritzen
224
10.3.3 Wärmebarriere
226
Literatur zu Kapitel 10
227
11 Anwendungsbeispiele
228
Abkürzungen und Formelzeichen
234
Stichwortverzeichnis
244
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