Auswahl des Umspritzmaterials

Das Umspritzen, auch Sekundärumformung genannt, ist ein Verfahren zur Weiterverarbeitung von Kunststoffen. Anstatt zwei verschiedene Kunststoffmaterialien gleichzeitig in einer Maschine zu verarbeiten, werden sie nacheinander eingespritzt. Der Prozess gliedert sich in zwei Schritte: Zuerst wird das Basisprodukt geformt und aus einer ersten Form ausgeworfen. Anschließend wird dieses Teilprodukt in eine zweite Form für den nächsten Spritzgussschritt eingesetzt. Typischerweise benötigt dieses Verfahren zwei separate Formen und keine spezielle Zweifarben-Spritzgießmaschine. Es wird vorwiegend für Anwendungen eingesetzt, bei denen ein weiches Gummimaterial auf ein hartes Kunststoffsubstrat umspritzt wird. Das zuerst eingespritzte Material dient als Basismaterial oder Substrat, üblicherweise ein Hartkunststoff, während das zweite Material die Deckschicht bildet, typischerweise ein Elastomer.

Materialauswahl und Kompatibilitätsüberlegungen

Umspritzte Produkte werden im Sekundärspritzgussverfahren, oft auch als Insert Molding bezeichnet, hergestellt. Die Auswahl der geeigneten Kunststoffe für diesen Sekundärspritzguss erfordert die sorgfältige Berücksichtigung verschiedener Faktoren. Diese Auswahl hängt teils von den Eigenschaften des Basismaterials, teils von den Leistungsanforderungen des Endprodukts ab. Zu den wichtigsten Aspekten gehören:

• Chemische Beständigkeit: Gewährleistet, dass das Produkt seine Integrität und Leistungsfähigkeit auch bei Einwirkung bestimmter chemischer Umgebungen beibehält.
• Flammschutz: Die Materialien müssen den einschlägigen ökologischen, umweltbezogenen und Sicherheitsstandards entsprechen. Ein Umweltzeichen bestätigt die Einhaltung dieser Umwelt- und Sozialstandards.
• Verschleißfestigkeit: Verhindert, dass die Deckschicht durch Abrieb verschleißt, sich vertieft oder abblättert.
• Shore-Härte: Muss die geforderte Haptik oder andere spezifische physikalische Eigenschaften erfüllen.
• Schlagfestigkeit: Muss die Anforderungen an die strukturelle Festigkeit des Produkts erfüllen.
• Schmelzpunkt: Muss für die Betriebstemperaturbedingungen der Anwendung geeignet sein, um ein Erweichen oder Verformen während des normalen Gebrauchs zu verhindern.
• Bindungsmechanismus: Die Art der Materialbindung ist entscheidend. Bei inkompatiblen Materialien beruht die Bindung primär auf mechanischer Verzahnung, die häufig durch in die Form integrierte Hinterschnitte erreicht wird. Sind die Materialien hingegen gut aufeinander abgestimmt, bildet sich eine stärkere chemische Bindung. Typischerweise weisen kompatible Materialien ähnliche chemische Strukturen auf oder enthalten Komponenten, die miteinander interagieren können. Sind Basis- und Deckschichtmaterial inkompatibel, beschränkt sich die Bindung oft auf mechanische Verzahnung und es fehlt an starker chemischer Adhäsion.

Herausforderungen und Überlegungen beim Umspritzen von Hartkunststoff auf Hartkunststoff

Während weicher Gummi problemlos auf verschiedene starre Grundmaterialien umspritzt werden kann und somit eine hohe Auswahl bietet, unterliegt das Umspritzen von hartem Kunststoff auf einen anderen harten Kunststoff erheblichen Einschränkungen:

• Lokale Anwendung: Das Hart-auf-Hart-Umspritzen ist für lokalisierte Bereiche geeignet, jedoch im Allgemeinen ungeeignet für die großflächige Abdeckung oder die Herstellung geschlossener Konstruktionen.
• Vermeidung identischer Materialien: Es wird generell nicht empfohlen, das gleiche harte Kunststoffmaterial auf sich selbst zu übergießen.
• Ähnliche Schmelzpunkte: Wenn die Schmelzpunkte zweier Hartkunststoffe identisch oder sehr ähnlich sind, kann es beim Spritzgießen zu Farbverläufen oder Materialvermischungen kommen, was die optische Qualität des Produkts erheblich beeinträchtigt. Beispiel: Bestehen sowohl das Basismaterial als auch das Deckmaterial aus PA6-GF30 (30 % glasfaserverstärktes Nylon 6), sind Probleme wie Farbverläufe, zu hoher Spritzgießdruck und Defekte wie Gratbildung oder Beschädigungen des Basismaterials an der Grenzfläche sehr wahrscheinlich.
• Unterschiede beim Einspritzdruck: Harte Kunststoffe erfordern typischerweise einen um 30 % oder mehr höheren Einspritzdruck als weiche Gummis. Zu hoher Druck kann häufig zu einer mangelhaften Abdichtung an der Klebefläche führen, wodurch Grate oder Spritzguss entstehen und das darunterliegende Grundmaterial beschädigt werden kann.
• Prozesskomplexität und Kosten: Das Umspritzen von Hartkunststoffen auf andere Hartkunststoffe stellt sehr hohe Anforderungen an die Werkzeugkonstruktion und die Steuerung des Spritzgießprozesses. Es können verschiedene Defekte auftreten, die zu deutlich erhöhten Produktionskosten führen. Daher wird von Hart-auf-Hart-Konstruktionen im Allgemeinen abgeraten, es sei denn, sie sind unbedingt erforderlich.

Bedingungen für erfolgreiches Hartkunststoff-Umspritzen

Falls das Umspritzen mit anderen Hartkunststoffen unbedingt erforderlich ist, müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

• Schmelzpunktdifferenz: Zwischen den beiden Materialien muss ein deutlicher Unterschied in der Verarbeitungstemperatur (Schmelzpunktdifferenz) bestehen. Typischerweise wird eine Differenz von mindestens 30 °C empfohlen, wobei die Verarbeitungstemperatur des Basismaterials höher sein sollte als die des Deckmaterials.
• Begrenzung der Überdeckungsfläche: Die Überdeckungsfläche (bzw. Farbtrennungsfläche) für das harte Überdeckungsmaterial sollte so klein wie möglich gehalten werden. Dadurch wird das Risiko von Rissen minimiert, die durch die materialbedingte starke und ungleichmäßige Volumenschrumpfung entstehen können.
• Kontrolle der Schrumpfungsrate: Die Schrumpfungsrate des Hartdeckschichtmaterials sollte so gering wie möglich sein. Nichtkristalline oder teilkristalline Kunststoffe werden im Allgemeinen bevorzugt, da sie typischerweise eine Schrumpfungsrate zwischen 0,4 % und 0,6 % aufweisen.

Der Wert des Sekundärspritzgießens

Das Sekundärspritzgießen bietet erhebliche Vorteile. Es verleiht der Produktoberfläche nicht nur eine angenehm weiche Haptik, sondern verbessert auch Funktionalität und Gesamtwert deutlich. In den letzten zehn Jahren hat diese Technologie die Ästhetik, Designphilosophien und funktionalen Erwartungen an Konsumgüter revolutioniert. Obwohl sie vor allem für die Herstellung von „Soft-Touch-Oberflächen“ bekannt ist, sind ihre Anwendungsbereiche viel breiter. Sie ermöglicht ergonomisches Design, zweifarbige Optik, klares Branding und verbesserte Produkteigenschaften. Darüber hinaus erlaubt sie die Integration verschiedener Funktionen wie Geräuschreduzierung, Vibrationsdämpfung, Wasserdichtigkeit und Stoßfestigkeit, wodurch der Gesamtwert des Produkts erheblich gesteigert wird.