In diesem Artikel werfen wir einen detaillierten Blick darauf, was Reaktionsspritzgießen ist, welche verschiedenen Arten dieser Fertigungstechnologie es gibt, welche Materialien verwendet werden und welche Vor- und Nachteile es hat. Lassen Sie uns in die Besonderheiten des Reaktionsspritzgießens eintauchen.
Was ist Reaktionsspritzguss?
Reaktionsspritzguss ist ein Produktionsprozess, bei dem Duroplastische Polymere mit niedriger Viskosität werden gemischt, in eine Form gepumpt und dort aushärten gelassen, wobei sie die vom Inneren der Form vorgegebenen Formen annehmen. 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 im Vergleich zum herkömmlichen Spritzgießen den Einsatz kostengünstigerer Werkzeuge ermöglicht.
In Kunststoff-Spritzguss, das Kunststoffmaterial kühlt einfach in der Form ab. Beim RIM findet jedoch eine chemische Reaktion zwischen den verschiedenen Komponenten in der Form statt, um das endgültige Teil zu bilden. Diese Reaktion erfolgt schnell und Zykluszeiten beim Reaktionsspritzgießen kann er weniger als 60 Sekunden betragen.
2 Arten des Reaktionsspritzgießens
Ein häufig genannter Vorteil des Reaktionsspritzgussverfahrens ist die hohe Designflexibilität, die es Ihnen ermöglicht. Teileeigenschaften wie Flexibilität und Festigkeit können in erheblichem Maße gesteuert werden.
Ein Faktor, der dies ermöglicht, ist die Verfügbarkeit verschiedener Arten von RIM-Prozessen.
Strukturelles Reaktionsspritzgießen (SRIM)
Beim Strukturreaktionsspritzgießen handelt es sich um eine Art RIM, mit dem Teile mit höherer Steifigkeit hergestellt werden. 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 Strukturreaktionsspritzguss hergestellt werden, werden in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter in der Medizin-, Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie.
Mit dieser Technologie hergestellte Teile umfassen Regale, Paneele und Türen, bei denen die Steifigkeit ein wichtiges Merkmal ist.
Um die besten Ergebnisse zu erzielen, müssen die in SRIM verwendeten Netze oder Matten vollständig gesättigt sein. Daher werden bei diesem Verfahren flüssige Polymere mit sehr niedriger Viskosität bevorzugt, da diese im Inneren der Form besser fließen können.
Verstärktes Reaktionsspritzgießen (RRIM)
Beim verstärkten Reaktionsspritzgießen handelt es sich um eine Variante des RIM, mit der wesentlich größere Teile hergestellt werden. Aufgrund seiner Fähigkeit, langlebige Teile mit geringerem Gewicht herzustellen, erfreut es sich in der Transportbranche immer größerer Beliebtheit.
Ähnlich wie SRIM beinhaltet RRIM die Zugabe von Verstärkungsfasern zum Formteil. Es gibt jedoch einige bemerkenswerte 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 herkömmlichen Verstärkungsmittel, aber die Verwendung von Kohlenstofffasern beginnt sich durchzusetzen.
Mit RRIM hergestellte Teile sind viel stärker und weisen eine höhere Schlagfestigkeit auf als Teile, die mit dem regulären RIM-Verfahren hergestellt wurden. Dies macht es zu einem guten Verfahren zur Herstellung von Teilen wie Karosserieteilen, die gegen Verformung und Verschleiß beständig sind.
Im Vergleich zu Prozessen wie z FormpressenRRIM-Teile schrumpfen nicht so stark, wenn sie aus ihren Formen entfernt werden. Außerdem erfahren die Teile bei extremen Temperaturen eine geringere Wärmeausdehnung.
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In RIM verwendete Komponenten und Materialien
Mit dem Reaktionsspritzguss lassen sich Teile mit einem breiten Eigenschaftsspektrum herstellen. Dies ist auf die verschiedenen Arten von Rohstoffen und Zusatzstoffen zurückzuführen, die mit diesem Prozess 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 vielfältige Formen gebracht werden und werden sogar anstelle einiger Spritzgussteile verwendet. Diese Schäume werden für starre Gehäuse zum Schutz medizinischer und elektronischer Geräte verwendet.
- Elastomere Polyurethane: Diese Klasse von Polyurethanen ist sehr flexibel und weist außerdem eine hervorragende Schlag-, Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit auf. Diese Materialien sind unter anderem für militärische Anwendungen beliebt und können auch bemalt oder pigmentiert werden.
- Flexible Schaumstoffe: Diese Elastomerschäume sind deutlich dichter und bleiben dennoch flexibel. Abhängig von den Eingaben kann die Materialoberfläche eine hautähnliche Oberfläche haben oder nicht. Durch die hautähnliche Oberfläche sind 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 einen größeren Dichtebereich erreichen und sind resistenter gegen Chemikalien. Zu den Anwendungen, bei denen Hartschaumstoffe zum Einsatz kommen, gehören Auftriebshilfen.
- Dicyclopentadien: Dieses Material, auch DCPD genannt, wird aus erhitztem Gasöl hergestellt. Sie weisen eine sehr hohe Schlagfestigkeit auf und werden zur Herstellung von Schutzschilden für Militär- und Verteidigungszwecke sowie für schwere 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 chemischen Reaktionen zugesetzt werden, um diese zu beschleunigen oder den Druck und die Temperatur zu senken, die für den Ablauf der Reaktionen erforderlich sind. Als Katalysatoren bei der Herstellung von Polyurethanen wurden Amine, Zinn, Zink, Wismut und sogar Zirkonium verwendet.
- Surfactants: Diese Verbindungen verringern die Oberflächenspannung zwischen flüssigen, gasförmigen und festen Bestandteilen. Bei RIM helfen sie dem Polyurethanschaum, sich zu stabilisieren und auszuhärten, indem sie verhindern, dass der Schaum zusammenfällt. Sie tragen auch dazu bei, die Größe der Zellen zu kontrollieren und die Schrumpfung nach dem Aushärten zu begrenzen.
- Treibmittel: Diese Substanzen produzieren Gase, die wiederum die Zellen innerhalb der RIM-Teile bilden. Ein Treibmittel kann entweder chemisch oder physikalisch sein. Zu den häufig verwendeten Treibmitteln gehören Wasser und verflüssigtes Kohlendioxid.
- Antioxidantien und UV-Stabilisatoren: Diese werden hinzugefügt, um die Verschlechterungsrate des Endteils zu begrenzen.
- Pigmente: Diese werden hinzugefügt, um dem Produkt eine bestimmte Farbe zu verleihen.
- Weichmacher: Weichmacher können hinzugefügt werden, um das Endteil flexibler zu machen.
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Prozess von RIM
Der grundlegende Reaktionsspritzgussprozess beginnt mit der Lagerung von zwei Flüssigkeiten in zwei separaten Tanks. Diese Flüssigkeiten werden getrennt aufbewahrt und können während der Lagerung zwei unterschiedliche Temperaturen haben. Wenn es an der Zeit ist, den RIM-Prozess zu starten, werden die folgenden Schritte ausgeführt.
Schritt 1: Komponenten messen oder dosieren
Aus den Lagertanks werden die zu vermischenden Flüssigkeiten in exakten Mengen entnommen. Die Menge der verschiedenen verwendeten Komponenten muss streng kontrolliert werden, da sich dies auf die Eigenschaften des Endprodukts auswirkt. Hierzu werden Dosiergeräte eingesetzt.
Schritt 2: Mischen
Die beiden wohldosierten Flüssigkeiten werden mit Hilfe eines Rührgeräts unter hohem Druck vermischt auftreffender Mischer. Dabei werden alle flüssigen Komponenten inklusive aller notwendigen Zusatzstoffe gründlich vermischt.
Schritt 3: Mischung in die Form verteilen
Die Abgabe der flüssigen Mischung in den Formhohlraum erfolgt kurz nach dem Mischen, da die chemischen Reaktionen zwischen den Komponenten beim Mischen beginnen.
Die Flüssigkeit wird durch den Nachmischer in die erhitzte Form abgegeben, wodurch die Flüssigkeit gut vermischt bleibt und gleichzeitig der Druck gesenkt wird. Auch die Temperatur der Mischung ist im Vergleich zu niedriger traditionelles Spritzgießen in diesem Stadium (140 – 248℉).
Wenn sich die flüssige Mischung in der Form befindet, reagieren die Komponenten exotherm. Das Material bleibt lange genug in der Form, damit der Expansions- und Aushärtungsprozess stattfinden kann. Dadurch kann der geformte Feststoff die Form der Form annehmen und beibehalten.
Schritt 4: Abkühlen
Die exotherme Reaktion kann zu Temperaturen in der erhitzten Form führen, die bis zu 350 °F erreichen. Damit das Teil von Hand entnommen werden kann, 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 das Entfernen von überschüssigem Material oder das Anwenden einer Behandlung umfassen Beschichtung auf der Oberfläche des fertigen Teils auf Wunsch des Kunden.
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Vorteile und Grenzen von RIM
Das Reaktionsspritzgießen bietet im Vergleich zum herkömmlichen Spritzgießen und anderen Herstellungsverfahren eine lange Liste von Vorteilen. Zu diesen Vorteilen gehören:
- Überlegene Teileeigenschaften: Die im RIM-Verfahren hergestellten Teile können stärker, leichter und flexibler sein als Teile, die mit anderen Fertigungsmethoden hergestellt wurden. Dadurch konnte es in einigen Anwendungen sogar das Kunststoffspritzgießen ersetzen.
- Größere und dünnere Teile: Im Vergleich zum Spritzguss hat die Mischung, die beim RIM in die Form gegeben wird, eine viel geringere Viskosität. Diese Mischung lässt sich leichter fließen, sodass Hersteller größere oder dünnwandigere Teile herstellen können.
- Verwendung von Einsätzen: Ein weiterer Vorteil der niedrigen Viskosität der beim RIM verwendeten Mischungen besteht darin, dass viele Einsätze erfolgreich in der Form eingesetzt werden können. Dadurch können komplexere Formen im Teil erreicht werden.
- Geringe Werkzeugkosten: Die Einrichtung des Kunststoffspritzgusses ist teuer, da die verwendeten Werkzeuge hohen Temperaturen und Drücken standhalten müssen. Andererseits, RIM verwendet niedrigere Temperaturen und Drücke und erfordert geringere Klemmkräfte. Dies ermöglicht die Verwendung kostengünstigerer Formmaterialien, die einfacher zu bearbeiten sind 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. Spritzgussteile können in Sekundenschnelle hergestellt werden, während die Zykluszeiten für RIM-gefertigte Teile in der Regel mehrere Minuten betragen.
- Begrenzte Materialoptionen: Polyurethan ist möglicherweise eines der am häufigsten verwendeten Materialien, aber das RIM-Verfahren funktioniert derzeit nicht mit thermoplastischen Polymeren und vielen anderen Materialien.
- Schadstoffe: Einige der beim Reaktionsspritzguss verwendeten Materialien produzieren Schadstoffe flüchtige organische Verbindungen.
- Werkzeuge mit geringer Festigkeit: Die für RIM verwendeten Werkzeuge können aus kostengünstigeren Materialien hergestellt werden. Allerdings sind sie dadurch auch leichter zu beschädigen und für die Massenproduktion weniger geeignet.
Anwendungen von RIM
RIM-gefertigte Teile sind in vielen Branchen zu finden und die Liste wächst weiter. Diese Herstellungsmethode eignet sich im Vergleich zum Kunststoffspritzguss besser für Produkte mit geringerem Volumen.
Einige bemerkenswerte Beispiele für die Verwendung von RIM-Produkten sind:
- Automobilstoßstangen, Türverkleidungen, Armlehnen und Spoiler in der Transportindustrie
- Gehäuse für Geräte in der medizinischen Industrie wie CT-Scanner und MRTs.
- 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.
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Schlussfolgerung
Reaktionsspritzguss ist ein Herstellungsverfahren, bei dem Teile aus duroplastischen Polymeren hergestellt werden. Dies bietet mehrere Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Spritzgießen, einschließlich geringerer Werkzeugkosten aufgrund der niedrigeren Prozesstemperatur und des niedrigeren Drucks.
RIM-gefertigte Teile können verstärkt werden, um sie stärker oder steifer zu machen. Die Liste der kompatiblen Materialien ist noch kurz, aber sie wächst. RIM verfügt bereits über eine lange Liste von Anwendungen in Schlüsselindustrien, darunter der Medizin-, Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie.
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