Verarbeitungsbelastung und werkstoffliche Gebrauchstauglichkeit von spritzgegossenen Mikroelementen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Forschungsvorhabens galt es, die Zusammenhänge zwischen den Verarbeitungsparametern, der Werkstoffschädigung, der inneren Struktur und den resultierenden Gebrauchs- und Langzeiteigenschaften zu untersuchen. In der ersten Projektphase konnte bereits aufgezeigt werden, dass diese signifikant durch die Abkühlbedingungen und die Bauteildimensionen beeinflusst werden. Die verarbeitungsbedingte Werkstoffschädigung ist dagegen eher von nachrangiger Bedeutung. In der zweiten Projektphase galt es die prozessbedingte innere Strukturausbildung auf die Bauteileigenschaften bei weiterer Verringerung der Bauteildimensionen zu untersuchen. Neben der Optimierung der Leistungsfähigkeit von Bauteilen durch die Verwendung gering wärmeleitender Werkzeugwerkstoffe galt es auch Fragen zum erreichbaren Aspektverhältnis und zur Abformung von mikrostrukturierten Bauteilen nachzugehen. Durch die weitere Skalierung der Probekörperdimensionen konnte eine verminderte Kristallisation und Ausbildung kristalliner Strukturen festgestellt werden. Damit einhergehend verringern sich die mechanischen Gebrauchseigenschaften wie Steifigkeit und Festigkeit von Mikrobauteilen. Für PA66 wurde bei 1:32 skalierten Zugstäben eine Verringerung des E-Moduls auf 50 % und der Steckspannung auf 75 % der Herstellerangaben festgestellt. Mit steigender Kristallisationsgeschwindigkeit und -vermögen des Polymers (z.B. bei POM) nimmt dieser Einfluss ab. Durch Korrelation der mechanischen Eigenschaften mit dem schichtbezogenen Kristallisationsgrad konnte deutlich die Abhängigkeit der Bauteileigenschaften vom Kristallisationsgrad aufgezeigt werden, unabhängig von Bauteildimension bzw. der Herstellbedingungen. Die Verwendung von gering wärmeleitenden Werkzeugwerkstoffen, wie Keramik- oder Kunststoff-Materialien, bietet das Potenzial durch eine langsame Abkühlung der Polymerschmelze die Morphologieausbildung in Mikrobauteilen zu begünstigen. So lassen sich insbesondere bei langsam kristallisierenden Werkstoffen das Werkstoffpotenzial besser ausnutzen und die mechanischen Eigenschaften in Mikrobauteilen begünstigen. Durch die langsamere Abkühlung und die höhere Kontakttemperatur der Schmelze an der Werkzeugwand können so auch die Füllbedingungen der Kavität sowie die Abformung von Mikrostrukturen bzw. deren Morphologie begünstigt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Schmachtenberg, E.: Durchschaut - Strukturanalyse von spritzgegossenen Mikroteilen. Plastverarbeiter 60 (2009) 7, S. 36-38
Jungmeier, A.; Hülder, G.
- Thermally low conductive moulds for micro injection moulding of thermoplastics. In: Proceedings of 4M/ICOMM 2009 Conference, Karlsruhe, 2009, S. 91-94
Jungmeier, A.; Vetter, K.; Ehrenstein, G. W.
- New Aspects of Process-Induced Properties of Micro Injection Molded Parts. Plastics, Rubber and Composites: Macromolecular Engineering 39 (2010) 7, S. 308-314
Jungmeier, A.; Ehrenstein, G.W.; Drummer, D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1179/174328910X12691245470392) - Struktur und Eigenschaften spritzgegossener, thermoplastischer Mikroformteile – Struktur-Eigenschaftsbeziehungen und Verarbeitung. Dissertation. Universität Erlangen-Nürnberg, 2010
Jungmeier, A.
- Alternating Temperature Technology Controls Parts Properties. Kunststoffe International 101 (2011) 4, S. 25-27
Drummer, D.; Gruber, K.; Meister, S.
- Dauergebrauchseigenschaften von Mikrobauteilen - Einfluss von Herstell und Einsatzbedingungen. 5. Kolloquium Mikroproduktion und Abschlusskolloquium SFB 499, Karlsruhe, 2011
Drummer, D.; Meister, S.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.5445/KSP/1000024378) - Einfluss von Herstell- und Umgebungsbedingungen auf die Eigenschaften spritzgegossener Mikrobauteile aus Polyamid. Technomer 2009, 22. Fachtagung über Verarbeitung und Anwendung von Polymeren, Chemnitz, 2011
Drummer, D.; Meister, S.
- Long Term Properties of Injection Moulded Micro-Parts: Influence of Part Dimensions and Cooling Conditions on Ageing Behaviour. Macromolecular Materials and Engineering
Drummer, D.; Jungmeier, A.; Meister, S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/mame.201100379) - Meister, S.: Wechseltemperierung steuert Bauteileigenschaften. Kunststoffe 101 (2011) 4, S. 46-49
Drummer, D.; Gruber, K.
- Optimierungsstrategien für Mikroteile. Kunststoffe 101 (2011) 7, S. 62-65
Jungmeier, A.; Drummer, D.; Ehrenstein, G.W.
- Optimization Strategies for Micro Parts. Kunststoffe 101 (2011) 7, S. 50-53
Jungmeier, A.; Drummer, D.; Ehrenstein, G.W.
