Verarbeitungsbelastung und werkstoffliche Gebrauchstauglichkeit von spritzgegossenen Mikroelementen
Final Report Abstract
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.
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