Reaktionsspritzguss (RIM): Was ist das?

In diesem Artikel werden wir uns eingehend mit dem Reaktionsspritzgießen, den verschiedenen Arten dieser Fertigungstechnologie, den verwendeten Materialien und seinen Vorteile und Nachteile. Lassen Sie uns in die Einzelheiten des Reaktionsspritzgießens eintauchen.

Was ist Reaktionsspritzguss?

Reaktionsspritzguss ist ein Produktionsprozess, bei dem duroplastische Polymere mit niedriger Viskosität gemischt und in eine Form gepumpt werden und aushärten, wobei die Formen, die durch das Innere der Form vorgegeben sind. Im Gegensatz zu normales Spritzgießen Während geformte Teile nur abkühlen müssen, um ihre Form beizubehalten, benötigen RIM-Teile Zeit zum Aushärten, damit ihre Formen aushärten.

Zu Beginn des RIM-Prozesses werden zwei flüssige Komponenten unter hohem Druck gründlich vermischt, bevor sie bei niedrigem Druck in den Formhohlraum eingespritzt werden. Das niedriger Einspritzdruck ist für diesen Prozess wichtig, da er die Verwendung von weniger teure Werkzeuge im Vergleich zum herkömmlichen Spritzguss. 

In Kunststoff-Spritzguss, das Kunststoffmaterial kühlt einfach in der Form abBeim RIM-Verfahren findet jedoch eine chemische Reaktion zwischen den verschiedenen Komponenten in der Form statt, die das endgültige Teil bildet. Diese Reaktion läuft schnell ab und Zykluszeiten beim Reaktionsspritzgießen kann er weniger als 60 Sekunden betragen. 

2 Arten des Reaktionsspritzgießens

Ein häufig genannter Vorteil des Reaktionsspritzgussverfahrens ist die damit erreichbare Designflexibilität. Teileeigenschaften wie Flexibilität und Festigkeit können in erheblichem Maße kontrolliert.

Ein Faktor, der dies ermöglicht, ist die Verfügbarkeit von verschiedene Arten von RIM-Prozessen. 

Strukturelles Reaktionsspritzgießen (SRIM)

Strukturelles Reaktionsspritzgießen ist eine Art RIM, die zur Herstellung von Teilen mit höhere Steifigkeit. Dies wird durch die Verstärkung der Teile mit verschiedenen Fasern erreicht. Im Gegensatz zu anderen RIM-Typen liegen die bei SRIM verwendeten Fasern in folgender Form vor:

• Mats
• Meshes
• Vorformlinge

Die Verstärkungen werden in die Formen eingelegt, bevor das flüssige Polymer eingespritzt wird. Teile, die im Strukturreaktionsspritzgussverfahren hergestellt werden, werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter in der Medizin, Automobil und Luft- und Raumfahrtindustrie. 

Zu den mit dieser Technologie hergestellten Teilen gehören Regale, Paneele und Türen, bei denen die Steifigkeit ein wichtiges Merkmal.

Für optimale Ergebnisse müssen die in SRIM verwendeten Netze oder Matten völlig gesättigt. Daher werden bei diesem Verfahren flüssige Polymere mit sehr niedriger Viskosität bevorzugt, da diese in der Form besser fließen können.

Verstärktes Reaktionsspritzgießen (RRIM)

Verstärktes Reaktionsspritzgießen ist eine Variante des RIM zur Herstellung viel größere Teile. Es erfreut sich in der Transportbranche zunehmender Beliebtheit, da sich damit langlebige und leichtere Teile herstellen lassen. 

Ähnlich wie beim SRIM werden beim RRIM dem Formteil Verstärkungsfasern hinzugefügt. Es gibt jedoch einige wichtige Unterschiede, darunter:

• Die im RRIM-Verfahren verwendeten Fasern sind Kurzstrangfasern. Die Fasern werden zuvor gehackt oder gemahlen.
• Die Fasern und das flüssige Polymer werden gemischt, bevor sie in die Form eingespritzt werden

Glasfasern sind die konventionelle Verstärkungsmittel, aber die Verwendung von Kohlenstofffasern wird zunehmend üblicher.

Teile, die mit RRIM hergestellt werden, sind viel stärker und haben eine höhere Schlagfestigkeit im Vergleich zu Teilen, die im herkömmlichen RIM-Verfahren hergestellt werden. Dadurch eignet sich dieses Verfahren gut zur Herstellung von Teilen wie Karosserieteilen, die widerstandsfähig gegen Verformung und Verschleiß sind.

Im Vergleich zu Prozessen wie z FormpressenRRIM-Teile schrumpfen nicht so stark, wenn sie aus ihren Formen entfernt werden. Die Teile unterliegen auch geringere Wärmeausdehnung bei extremen Temperaturen. 

In RIM verwendete Komponenten und Materialien

Mit dem Reaktionsspritzguss lassen sich Teile herstellen mit eine breite Palette von Eigenschaften. Dies ist auf die unterschiedlichen Rohstoff- und Zusatzstoffarten zurückzuführen, die mit diesem Verfahren kompatibel sind.

Polyurethan ist das Material, das am häufigsten mit RIM in Verbindung gebracht wird, aber Teile aus Polyharnstoffen, Polyamiden, SilikonAuch andere Materialien können mit dem RIM-Verfahren bearbeitet werden.

Arten von Materialien im Zusammenhang mit RIM

Abhängig von der Formulierung der Flüssigkeit duroplastisches PolymerMit dem Reaktionsspritzgussverfahren können Teile aus folgenden Materialien hergestellt werden:

• Strukturschäume: Strukturell Polyurethanschäume sind leicht, steif und langlebig. Diese Materialien haben eine Zellstruktur, die durch Treibmittel erreicht wird. Strukturschäume können in eine Vielzahl von Formen gebracht werden und werden sogar anstelle einiger Spritzgussteile verwendet. Diese Schäume werden verwendet für starre Gehäuse beschützen medizinische und elektronische Geräte.

• Elastomere Polyurethane: Diese Klasse von Polyurethanen ist sehr flexibel und verfügt über eine hervorragende Schlag-, Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit. Diese Materialien sind beliebt für militärische Anwendungen, und können auch lackiert oder pigmentiert werden.

• Flexible Schaumstoffe: Diese Elastomerschäume sind deutlich dichter, bleiben aber dennoch flexibel. Je nach Material kann die Materialoberfläche eine hautähnliche Oberfläche aufweisen oder nicht. Die hautähnliche Oberfläche macht die Teile leichter zu reinigen und langlebiger. Diese Materialien werden für medizinische Geräte, Produkte für Babys usw. verwendet.

• Hartschaumstoffe: Diese styroporähnlichen Materialien können im Vergleich zu Strukturschäumen ein breiteres Spektrum an Dichten erreichen und sind beständiger gegen Chemikalien. Zu den Anwendungen, bei denen Hartschäume eingesetzt werden, gehören Schwimmhilfen. 

• Dicyclopentadien: Dieses Material, auch DCPD genannt, wird aus erhitzten Gasölen hergestellt. Sie haben eine sehr hohe Schlagfestigkeit und werden verwendet, um Schutzschilde herstellen Wird im Militär- und Verteidigungsbereich sowie in schweren Maschinen verwendet.  

In RIM verwendete Additive und Katalysatoren

Ohne den Einsatz verschiedener Additive wäre das Reaktionsspritzgussverfahren nicht so erfolgreich wie heute. Zu diesen Zusatzstoffen gehören:

• Katalysatoren: Katalysatoren sind Substanzen, die hinzugefügt werden chemische Reaktionen um sie zu beschleunigen oder den für die Reaktionen erforderlichen Druck und die Temperatur zu senken. Amine, Zinn, Zink, Wismut und sogar Zirkonium wurden als Katalysatoren bei der Herstellung von Polyurethanen verwendet.

• Surfactants: Diese Verbindungen reduzieren die Oberflächenspannung zwischen flüssigen, gasförmigen und festen Komponenten. Beim RIM tragen sie zur Stabilisierung und Aushärtung des Polyurethanschaums bei, indem sie dessen Zerfall verhindern. Sie helfen außerdem, die Zellgröße zu kontrollieren und Begrenzen Sie die Schrumpfung nach der Aushärtung. 

• Treibmittel: Diese Substanzen erzeugen Gase, die wiederum die Zellen in den RIM-Teilen bilden. Ein Treibmittel kann entweder chemisch oder physikalisch sein. Häufig verwendete Treibmittel sind Wasser und flüssiges Kohlendioxid.

• Antioxidantien und UV-Stabilisatoren: Diese werden hinzugefügt zu die Abbaurate begrenzen des letzten Teils.

• Pigmente: Diese werden hinzugefügt, um dem Produkt eine bestimmte Farbe.

• Weichmacher: Weichmacher können hinzugefügt werden, um das Endteil flexibler zu machen.

Prozess von RIM

Der grundlegende Reaktionsspritzgussprozess beginnt mit zwei Flüssigkeiten, die in zwei getrennte Tanks. Diese Flüssigkeiten werden getrennt aufbewahrt und können während der Lagerung zwei unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Wenn der RIM-Prozess gestartet werden soll, befolgen Sie die folgenden Schritte.

Schritt 1: Komponenten messen oder dosieren

Die zu mischenden Flüssigkeiten werden in genauen Mengen aus den Lagertanks entnommen. Die Menge der verschiedenen Komponenten muss streng kontrollierten da dies die Eigenschaften des Endprodukts beeinflusst. Zu diesem Zweck werden Dosiereinheiten eingesetzt.

Schritt 2: Mischen 

Die beiden wohldosierten Flüssigkeiten werden mit Hilfe eines Rührgeräts unter hohem Druck vermischt auftreffender Mischer. Dadurch werden alle flüssigen Komponenten, einschließlich aller notwendigen Zusatzstoffen.  

Schritt 3: Mischung in die Form verteilen

Die Abgabe der flüssigen Mischung in die Formhohlraum erfolgt kurz nach dem Mischen, da die chemischen Reaktionen zwischen den Komponenten bereits beim Mischen beginnen. 

Die Flüssigkeit wird durch den Nachmischer in die beheizte Form gegeben, der hält die Flüssigkeit gut vermischt während der Druck gesenkt wird. Die Temperatur der Mischung ist auch niedriger als traditionelles Spritzgießen in diesem Stadium (140 – 248℉). 

Wenn sich die flüssige Mischung in der Form befindet, werden die Komponenten einer exotherme Reaktion. Das Material wird so lange in der Form gehalten, bis der Expansions- und Aushärtungsprozess abgeschlossen ist. Dadurch kann der geformte Feststoff die Form annehmen und beibehalten.

Schritt 4: Abkühlen

Die exotherme Reaktion kann zu Temperaturen in der erhitzten Form führen, die bis zu 350℉. Um das Teil per Hand entnehmen zu können, müssen diese Temperaturen abgesenkt werden. Dies wird mithilfe von Wasserlinien innerhalb der Form erreicht. 

Schritt 5: Entformen

Sobald das Teil ausreichend ausgehärtet und abgekühlt ist, wird es aus der Form gelöst. Dieser Vorgang muss sorgfältig durchgeführt werden, um eine Beschädigung des frischen Teils zu vermeiden.  

Schritt 6: Nachbearbeitung

Dies kann beinhalten das Entfernen von überschüssigem Material oder die Anwendung einer Behandlung oder Beschichtung auf der Oberfläche des fertigen Teils auf Wunsch des Kunden.

Vorteile und Grenzen von RIM

Reaktionsspritzguss hat eine lange Liste von Vorteilen gegenüber dem traditionellen Spritzguss und anderen Herstellungsverfahren. Diese Vorteilen umfasst:

• Überlegene Teileeigenschaften: Die im RIM-Verfahren hergestellten Teile können stärker, leichter und flexibler als Teile, die mit anderen Fertigungsverfahren hergestellt wurden. Dadurch konnte es in einigen Anwendungen sogar den Kunststoffspritzguss ersetzen.

• Größere und dünnere Teile: Im Vergleich zum Spritzguss hat die Mischung, die in die Form in RIM abgegeben wird, eine viel niedrigere Viskosität. Diese Mischung ist leichter fließfähig, sodass Hersteller größere Teile oder Teile mit dünneren Wänden herstellen können. 

• Verwendung von Einlagen: Ein weiterer Vorteil der niedrigen Viskosität der im RIM-Verfahren verwendeten Mischungen besteht darin, dass viele Einsätze erfolgreich in der Form verwendet werden können. Dies ermöglicht mehr komplexe Formen im Teil erreicht werden.

• Geringe Werkzeugkosten: Die Einrichtung eines Kunststoffspritzgusses ist teuer, da die verwendeten Werkzeuge hohen Temperaturen und Drücken standhalten müssen. Andererseits verwendet RIM niedrigere Temperaturen und Drücke und erfordert geringere Schließkräfte. Dies ermöglicht die Verwendung kostengünstigerer und leichter zu bearbeitender Formmaterialien, einschließlich Aluminium. 

Leider ist RIM kein perfekter Prozess und bringt einige Herausforderungen mit sich. Diese beinhalten:

• Längere Zykluszeiten: Im Vergleich zum Spritzgießen hat das Reaktionsspritzgießen eine deutlich längere Zykluszeit. Spritzgegossene Teile können in Sekundenschnelle hergestellt werden, während die Zykluszeiten für RIM-gefertigte Teile in der Regel mehrere Minuten.

• Begrenzte Materialoptionen: Polyurethan ist zwar eines der am häufigsten verwendeten Materialien, aber das RIM-Verfahren funktioniert derzeit nicht mit thermoplastischen Polymeren und vielen anderen Materialien.

• Schadstoffe: Einige der Materialien, die für das Reaktionsspritzgießen verwendet werden, produzieren flüchtige organische Verbindungen.

• Werkzeuge mit geringer Kraft: Die für RIM verwendeten Werkzeuge können hergestellt werden aus weniger teure Materialien. Allerdings sind sie dadurch auch leichter zu beschädigen und weniger für die Massenproduktion geeignet. 

Anwendungen von RIM

RIM-gefertigte Teile finden sich in vielen Branchen und die Liste es wächst weiter. Diese Herstellungsmethode eignet sich besser für Produkte mit geringerem Volumen als Kunststoffspritzguss.

Einige bemerkenswerte Beispiele für die Verwendung von RIM-Produkten sind:

• Gehäuse und Gehäuse für die Elektronik
• Paneele und Kanäle für die Luft-und Raumfahrtindustrie
• Motorgehäuse in der Schifffahrtsindustrie
• Türen, Fenster und Revisionsklappen in der Bauindustrie
• Flexible und elastische Produkte für die Sport- und Freizeitbranche.
• Automobilstoßstangen, Türverkleidungen, Armlehnen und Spoiler in der Transportindustrie
• Gehäuse für Geräte im medizinischen Bereich, wie zum Beispiel CT-Scanner und MRTs.

Fazit

Reaktionsspritzguss ist ein Herstellungsverfahren, bei dem Teile aus duroplastischen Polymeren hergestellt werden. Dies gibt ihm mehrere Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Spritzguss, einschließlich geringerer Werkzeugkosten dank der niedrigeren Prozesstemperatur und des niedrigeren Drucks.

RIM-gefertigte Teile können verstärkt werden, um sie fester oder steifer zu machen. Die Liste der kompatiblen Materialien ist noch kurz, wächst aber stetig. RIM hat bereits eine lange Liste von Anwendungen in Schlüsselindustrien, darunter der Medizin-, Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie.

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