Die wichtigen Charakteristika von Materialien, die berücksichtigt werden müssen, wenn eine Klasse von Thermoplasten ausgewählt wird.
Die Kristallinität des Materials identifiziert den Zustand des Polymers bei Verarbeitungstemperaturen und kann von amorph bis kristallin reichen. Amorphe Polymere sind frei von Schichtenbildung und bleiben auch bei Umgebungsbedingungen in diesem Zustand. Kristalline Polymere verfügen über eine geordnete Anordnung von Kunststoffmolekülen, wodurch die Moleküle enger aneinander passen.
Der Grad der Kristallinität ist abhängig von Temperatur und Zeit. Hohe Abkühlraten hängen zusammen mit einem niedrigeren Kristallisierungsgrad und umgekehrt. In Spritzgussteilen kühlen dickere Bereiche relativ langsamer als dünnere Bereiche und haben daher einen höheren kristallinen Gehalt und volumetrische Konzentration.
Die Werkzeugtemperatur ist die Temperatur auf der Werkzeugoberfläche, die mit dem Polymer in Kontakt kommt. Die Werkzeugtemperatur beeinflusst die Abkühlrate des Kunststoffs und kann nicht höher sein als die Entformungstemperatur eines bestimmten Materials.
Als Schmelzetemperatur wird die Temperatur des geschmolzenen Kunststoffs bezeichnet. Eine Steigerung der Schmelzetemperatur verringert die Viskosität eines Materials. Zusätzlich verringert sich die Stärke der erstarrten Schicht durch ein heißeres Material. Wird die Stärke der erstarrten Schicht reduziert, verringert dies die Scherspannungen, da der Fluss weniger behindert wird. Dies führt zu einer geringeren Materialausrichtung während des Fließens.
Die spezifische Wärme (Cp) eines Materials ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um die Temperatur einer Masseneinheit des Materials um ein Grad Celsius zu erhöhen. Dabei handelt es sich eigentlich um ein Maß für die Fähigkeit eines Materials, Wärme in eine tatsächliche Temperaturerhöhung umzuwandeln. Dies wird im drucklosen Zustand und in einem bestimmten Temperaturbereich bis zur maximalen Verarbeitungstemperatur des Materials gemessen.
Die Wärmeleitfähigkeit ( k ) eines Materials ist die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung pro Längeneinheit und Grad Celsius. Bei der Wärmeleitfähigkeit handelt sich im Prinzip um ein Maß für die Geschwindigkeit, mit der ein Material Wärme ableiten kann. Diese Geschwindigkeit wird unter Druck und in einem bestimmten Temperaturbereich gemessen. Die Maßeinheit ist W/M-C Watt je Meter-Celsius.
Die Viskosität eines Materials ist ein Maß für seine Fließfähigkeit unter einem angewendeten Druck. Die Polymerviskosität hängt ab von Temperatur und Schergeschwindigkeit. Im Allgemeinen wird die Viskosität bei steigender Temperatur und Schergeschwindigkeit des Polymers abnehmen und so eine größere Fließfähigkeit unter einem angewendeten Druck anzeigen. Die Materialdatenbank stellt, unter der Registerkarte Rheologische Eigenschaften, einen Viskositätsindex für Materialien bereit, mit dessen Hilfe Sie die Fließfähigkeit vergleichen können. Grundlage für die Berechnung des Viskositätsindexes ist eine Schergeschwindigkeit von 1000 reziproker Sekunden und die in Klammern angegebene Temperatur.
Autodesk stellt pvT-Modelle bereit, um die Komprimierbarkeit von Materialien während einer Füll- oder Füll- und Nachdruckanalyse berücksichtigen zu können. Ein pvT-Modell ist ein mathematisches Modell, das verschiedene Koeffizienten für verschiedene Materialien benutzt und so eine Kurve mit Druck, Volumen und Temperatur erstellt.
Eine auf pvT basierende Analyse ist exakter, benötigt aber auch mehr Rechenzeit aufgrund der vielen Iterationen für Temperatur und Druck für jeden Punkt des Modells. Dadurch ist sie jedoch für komplexe Modelle mit plötzlichen und großen Dickeänderungen gut geeignet.
Beim Abkühlen von Kunststoffen ergibt sich aufgrund der Volumenkontraktion eine signifikante Änderung in den Abmessungen. Die Hauptfaktoren, die die Schwindung beeinflussen, sind Kälteausrichtung, Kristallinität und Wärmekonzentrationen.
Verbundmaterialien enthalten Füllstoffe, die den Polymeren für den Spritzguss hinzugefügt wurden. Dadurch erhöht sich die Festigkeit des Polymers und es kann sichergestellt werden, dass hochwertige Formteile gefertigt werden. Die meisten handelsüblichen Verbundmaterialien enthalten einen Faseranteil von 10-50 Gew.-%. Sie sind dementsprechend als konzentrierte Suspensionen zu betrachten, wenn sowohl mechanische als auch hydrodynamische Wechselwirkungen zwischen den Fasern bestehen. Bei Spritzgussteilen aus Verbundmaterialien weist die Faserausrichtungsverteilung Schichten auf, wobei diese durch die Einfüllgeschwindigkeit, die Verarbeitungsbedingungen und das Materialverhalten beeinflusst wird.
Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Umwelteinflüsse. Die Polymerfamilie, zu der ein Material gehört, kann einen ersten Hinweis auf die Verarbeitbarkeit und die mögliche Wiederverwendbarkeit eines Materials geben. Der Recycling-Code eines ausgewählten Materials wird bereitgestellt, um bei der Bestimmung der Polymerfamilie zu unterstützen.
Die Minimierung des Energieverbrauchs beim Spritzgießverfahren bietet sowohl Vorteile im Kosten- als auch im Umweltbereich. Basierend auf dem prognostizierten Einspritzdruck und der Abkühlzeit für eine bestimmte Formteilgeometrie und -stärke wurde eine Energieverbrauchsanzeige für jedes Material in der Datenbank der Thermoplaste entwickelt. Dies gibt einen Hinweis auf den relativen Energiebedarf zur Herstellung eines Formteils aus einem bestimmten Material.
Sowohl der Recycling-Code als auch die Energieverbrauchsanzeige sind in den Daten zu den Thermoplasten gespeichert.