Mikrospritzgießen gasbeladener Thermoplaste

Rieck, Michael Christian; Dahlmann, Rainer; Hopmann, Christian

doi:42376

Mikrospritzgießen gasbeladener Thermoplaste = Micro injection moulding of gas-loaded thermoplastics

Rieck, Michael Christian^RWTH*

2023

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Michael Christian Rieck

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : Verlagsgruppe Mainz GmbH 2023

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-95886-485-6

ReiheIKV-Berichte aus der Kunststoffverarbeitung ; 332

Dissertation, RWTH Aachen University, 2023

Druckausgabe: 2023. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Hopmann, Christian (Thesis advisor)^RWTH* ; Dahlmann, Rainer (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-02-24

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-07517
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/962634/files/962634.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Kunststoffverarbeitung (417810)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Mikrospritzgießen (frei) ; Thermoplastschaumspritzgießen (frei) ; Verfahrensentwicklung (frei) ; foam injectionmoulding (frei) ; micro injection moulding (frei) ; process development (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Physikalische Treibmittel beeinflussen die rheologischen und kalorischen Eigenschaften von Kunststoffen. So kann die Glasübergangstemperatur und die Viskosität der Schmelze verringert werden. Ziel der Arbeit ist es, durch Gasbeladung von Thermoplasten die Fließfähigkeit in dünnen Querschnitten ≤ 1 mm zu verbessern und die Temperaturbelastung während der Verarbeitung zu verringern. Basis für die Untersuchungen ist die Kombination des Thermoplastschaumspritzgießens mit dem Mikrospritzgießen. Dazu wird eine Mikrospritzgießmaschine für die Verarbeitung gasbeladener Kunststoffe modifiziert. Das Beladungsverhalten mit Kohlenstoffdioxid wird in Desorptionsversuchen für technische amorphe und teilkristalline Thermoplaste sowie für thermisch empfindliche bioresorbierbare Polylactide untersucht. Bei gegebener Rieselfähigkeit werden die Materialien mit den höchsten Treibmittelkonzentrationen – POM und PC – in Spritzgießversuchen hinsichtlich des Einflusses des Treibmittels auf die Verarbeitungs- und Formteileigenschaften und bioresorbierbare PLLA und PLDLLA in Bezug auf die Verarbeitungstemperaturen an dünnwandigen Fließspiralen und Vielzweckprüfkörpern untersucht. Es werden die direkte Verarbeitung in Treibmittelatmosphäre (Online-Beladung) und die Beladung des Feststoffs durch zusätzliche Vorbeladung unterschieden. POM zeigt anhand der Formteilmasse und der Werkzeuginnendrücke einen positiven Effekt der Online-Beladung auf die Fließfähigkeit. Die Verarbeitung von PC wird hingegen ebenfalls signifikant durch die Treibmittelkonzentration im Feststoff beeinflusst, sodass durch Vorbeladung anhand des Werkzeuginnendrucks eine erhöhte Fließfähigkeit nachgewiesen wird. Auch bei Verarbeitung bioresorbierbarer Polylactide kann die Viskosität durch Gasbeladung signifikant verringert werden. Für PLDLLA wird eine Absenkung der Glasübergangs- und der Schmelzetemperatur von 25 K nachgewiesen. Der Materialabbau ist gemessen am Molekulargewicht um mehr als 50 % reduziert. Die mechanischen Eigenschaften treibmittelbeladener Mikroformteile werden an skalierten Prüfkörpern im Kurzzeitzugversuch für POM und PLDLLA untersucht. Exemplarisch ist die Zugfestigkeit von POM gegenüber der unbeladenen Referenz herabgesetzt. Die geringere Festigkeit kann mit einer Zellstruktur im Prüfbereich begründet werden. Eine verringerte Verarbeitungstemperatur von PLDLLA steigert die Festigkeit, die sich an das Referenzniveau annähert. Die Abhängigkeit der Morphologie vom Viskositätsniveau wird für PLDLLA bei der Absenkung der Verarbeitungstemperatur deutlich, sodass die Zellbildung ist in niedrigeren Temperaturniveaus unterbunden ist.

Physical blowing agents influence the rheological and caloric properties of plastics. In this way, the glass transition temperature and the viscosity of the melt may be reduced. The objective of this thesis is to improve the flowability in thin cross-sections ≤ 1 mm and to reduce the temperature load during processing by gas-loading of thermoplastics. This research is based on the combination of thermoplastic foam injection moulding with micro injection moulding. For this purpose, a micro injection moulding machine is modified to process gas-loaded plastics. The loading behaviour with carbon dioxide is investigated in desorption experiments for technical amorphous and semi-crystalline thermoplastics as well as for thermally sensitive bioresorbable polylactides. At a given flowability, the materials with the highest blowing agent concentrations - POM and PC - are investigated in injection moulding tests with regard to the influence of the blowing agent on the processing and moulded part properties, and bioresorbable PLLA and PLDLLA are investigated with regard to the processing temperatures on thin-walled flow spirals and multi-purpose test specimens. It is differentiated between direct processing in blowing agent atmosphere (online-loading) and loading of the solid by additional pre-loading. POM shows a positive effect of online-loading on the flowability based on the moulded part mass and the cavity pressures. In contrast, the processing of PC is also significantly influenced by the blowing agent concentration in the solid, resulting in an increased flowability through pre-loading based on the cavity pressure. When processing bioresorbable polylactides, the viscosity can also be significantly reduced by gas-loading. For PLDLLA, a reduction of the glass transition temperature and the melt temperature of 25 K is demonstrated. The material degradation is reduced by more than 50 % measured by molecular weight. The mechanical properties of blowing agent-loaded micro-moulded parts are investigated on scaled test specimens in the short-time tensile test for POM and PLDLLA. Exemplarily, the tensile strength of POM is reduced compared to the plain reference. The lower strength can be explained by a cell structure in the tensile area. A reduced processing temperature of PLDLLA increases the strength, bringing it closer to the reference level. The dependence of the morphology on the viscosity level is evident for PLDLLA when the processing temperature is lowered, so that cell formation is prevented at lower temperature levels.

OpenAccess:
PDF
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