Kunststoffbearbeitung

1. UMFORMEN - SPANLOSE BEARBEITUNG VON KUNSTSTOFFEN

Es können nur thermoplastische Kunststoffe umgeformt werden. Es werden vorwiegend thermoplastische Kunststoff - Halbzeuge in Temperaturbereichen in denen die Kunststoffe im thermoelastischen Zustand vorliegen umgeformt. Dies ist also eine Warmumformung.
Bei amorphen Thermoplasten, liegt die Umformtemperatur oberhalb des Erweichungstemperaturbereiches. Wo hingegen die Umformtemperatur bei teilkristallinen Thermoplasten im Kristallitschmelzbereich liegt. Ein großer Vorteil der Warmumformung ist, dass nur kleine Kräfte aufgebracht werden müssen, um eine große Umformung zu erreichen. Ein Nachteil ist allerdings, dass die Umformkraft nach dem Umformen solange weiter auf das Werkstück einwirken muss, bis es durch Einfrieren wieder in einen festen Zustand versetzt worden ist. Wird das Werkstück wieder erhitzt werden die, beim Umformen entstandenen, Spannungen und erzeugten Orientierungen der Kettenmoleküle wieder frei und das Werkstück hat das Bestreben sich wieder in seine ursprüngliche Form zurück zu verändern (z.B.: Joghurtbecher). Dieses Verhalten wird Rückstellbestreben genannt.



1.1. VERFAHRENSüBERBLICK







1.2. BIEGEN UND ABKANTEN VON TAFELN

Das Biegen und Abkanten von Tafeln erfolgt als Warmumformung im thermo - oder gummielastischen Temperaturbereich. Mit Heizelementen (mechanische Berührung), Heizstrahlern oder Warmgas erfolgt die Erwärmung der umzuformenden Zone. Bei dünnwandigen Tafeln (bis ca. 3 mm) genügt meist eine einseitige Erwärmung auf der Biegezugseite. Ist die Tafeldicke größer muss beidseitig erwärmt werden. Vorrichtungen, die zum Biegen und Abkanten verwendet werden sind zum Beispiel aus Holz, Schichtpreßstoffen oder Metall, je nach der Anzahl der umzuformenden Teile. Die Abkühlzeiten hängen von der Vorrichtung ab. So ist die Abkühlzeit bei einer Vorrichtung aus Metall kürzer als bei einer nichtmetallischen, wie z.B.: Holz. Aufgrund der Rückfederung, die nach dem Einfrieren auftritt, müssen die Biegewinkel entsprechend größer sein als für das fertige Werkstück gefordert ist. Zum Biegen und Abkanten gibt es geeignete Maschinen, allerdings kann auch von Hand gearbeitet werden.
Eine weitere Möglichkeit des Biegens von Tafeln ist das Formbiegen. Es werden aus ebenen Tafeln zylindrisch oder sphärisch gekrümmte Flächen erzeugt. Das Formbiegen eignet sich vor allem für kleine Stückzahlen großflächiger Formteile bei geringem Werkzeugaufwand.
Zur Herstellung von Rohren mit großen Druchmessern können Tafeln durch Rundbiegen mit nachfolgendem Verschweißen der Längskanten verwendet werden. Es sind auch Vierkantrohre möglich.


1.3. BIEGEN UND AUFWEITEN VON ROHREN

Stehen bei der Rohrverlegung keine geeigneten Formstücke zur Verfügung, kann man für die handwerkliche Verarbeitung von Kunststoffrohren Rohrbogen und Rohrmuffen auf eine einfache Weise selbst herstellen. Hauptsächlich wird diese Methode auf PVC - hart - Rohre angewandt. Die Umformung erfolgt hier ebenfalls im thermoelastischen Bereich. Das beim Umformen der Querschnitt im Rohrbogen erhalten bleibt, füllt man das Rohr vorher mit Sand, Schaumgummi, Schraubenfedern oder aufgeblasenen Gummischläuchen. Anschließend erwärmt man die Rohrstücke in einem Wärmeschrank oder örtlich an der Biegestelle durch Warmgas. Zur Muffenherstellung kann die Erwärmung auch durch eintauchen in heiße Flüssigkeiten (z.B.: Paraffin, Glyzerin) erfolgen. Das erwärmte Rohr wird dann von Hand oder in einer Vorrichtung gebogen und bis zur Formstabilität abgekühlt.


1.4. STRECKFORMEN VON FOLIEN UND TAFELN

Dieses Verfahren ist selbstverständlich nur für thermoplastische Kunststoffe geeignet. Die Verformung muss im thermo - oder gummielastischen Bereich als Warmumformung durchgeführt werden. Der Folien - oder Tafelzuschnitt ist in einem Spannrahmen fest eingespannt. Damit eine Faltenbildung verhindert wird, erfolgt die Verformung zweiachsig durch Zugspannung. Da der Werkstoff durch die feste Einspannung nicht nachfließen kann, erfolgt die Verformung aus der Wanddicke heraus, die Wanddicke wird daher kleiner mit zunehmender Formungstiefe.

Verfahrensablauf beim Streckformen:

♦ Zuschneiden von Tafeln und Folien oder Arbeiten von der Rolle
♦ Einspannen
♦ Erwärmen in den thermoelasitschen Bereich
♦ Umformen (mechanisch - pneumatisch)
♦ Abkühlen (Einfrieren) unter Einwirkung der Umformkraft
♦ Ausformen
♦ Nacharbeiten (Randbeschneiden, Rollieren von Becherrändern usw.)

Alle diese Vorgänge können halbautomatisch oder vollautomatisch im Durchlaufverfahren auf entsprechenden Maschinen bzw. Anlagen durchgeführt werden.
Zur Erwärmung werden Wärmeöfen (eher selten, da lange Heizzeiten), Kontaktheizungen (für dünne Folien) und Infrarotstrahlungsheizungen (häufigste Art mit Keramik - oder Quarzstrahlern) verwendet. Je nach Formteilgestalt und Wanddickenverteilung ist auf gleichmäßige oder gezielt unterschiedliche Temperaturverteilung zu achten. Das Umformverfahren hängt vom Kunststoff, der Gestalt des Formteils, der Wanddickenverteilung und der Stückzahl ab.

Gebräuchliche Verfahren sind:

♦ Vakuumformen: positiv und negativ möglich; die Maschinen sind preiswert, die Werkzeuge billig. Die Negativ - Verformung benötigt meist einen Stempel, sonst erhält man dünne Ecken und dicke Flansche. Positiv - Verformung ist meist nur für flache oder reliefartige Teile zweckmäßig.
♦ Druckluftformen: Maschinen sind teurer, beim Werkzeug ist höherer Aufwand notwendig, allerdings sind bessere Konturenschärfen und hohe Taktfolge erreichbar.
♦ Vakuumformen mit mechanischer oder pneumatischer Vorstreckung



Verpackungsbehälter und Trinkbecher werden in Mehrfachmetallwerkzeugen nach mechanischem Vorstrecken mit Filzstempeln durch Druckluft geformt.
Großflächige Formteile können in Holzwerkzeugen oder Werkzeugen aus verstärkten Epoxidharzen hergestellt werden. Es kann pneumatisch oder mechanisch mit filz - oder stoffbelegten Holzstempeln vorgestreckt werden. Um die Abkühlzeit zu verkürzen wird die Oberfläche der Formteile in der Maschine mit Preßluft oder Preßluft - Wassernebel - Gemischen besprüht.



2. SPANENDE BEARBEITUNG VON KUNSTSTOFFEN

Die spanende Bearbeitung von Kunststoffen kommt vor allem bei folgendem in Frage:

♦ zur Nacharbeit bei Spritzguß, - Preß - und umgeformten Teilen
♦ bei der handwerklichen Verarbeitung zur Herstellung von Einzelstücken (Prototypen, Ersatzteilen)
♦ zur Vorbereitung von Schweißnähten im Apparatebau
♦ zum Zerschneiden von Halbzeug

Allgemein sind Kunststoffe nach allen gängigen Verfahren spanend bearbeitbar. Allerdings muss bezüglich Werkzeuggeometrie und Maschinenauslegung (Drehzahl, Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, usw.) auf die grundsätzlich anderen Eigenschaften der Kunststoffe gegenüber den Metallen geachtet werden. Diese Eigenschaften sind schlechte Wärmeleitung, große Wärmeausdehnung, kleinerer Elastizitätsmodul, gegebenenfalls niedrige Erweichungstemperatur, Rückdeformation starker Verschleiß der Werkzeuge durch Füllstoffe, Staubentwicklung bei Duroplasten und gegebenenfalls Freiwerden von Zersetzungsprodukten.



2.1. SCHNEIDEN, SäGEN, TRENNEN

Beispiele:

♦ Zuschneiden von Tafeln auf der Schlagschere
♦ handwerkliches Sägen mit speziellen Sägeblättern für Kunststoffe
♦ maschinelles Sägen auf der Bandsäge mit speziellen Sägeblättern (je weicher der Kunststoff ist, um so größer ist die Zahnteilung)

Da die Schnitte verhältnismäßig rauh werden müssen sie gegebenenfalls nachbearbeitet werden. Bei der spanenden Bearbeitung von thermoplastischen Kunststoffen müssen die Bandgeschwindigkeiten so gewählt werden, dass im Sägespalt keine zu große Erwärmung und damit auch Klemmwirkung auftritt. Beim maschinellen Sägen auf der Kreissäge sind Sägeblätter mit hartmetallbestückten Zähnen und besonderem Schliff je nach dem zu trennendem Kunststoff angebracht.




Liegen besonders harte Werkstoffe bzw. Füllstoffe mit Wasserkühlung vor, so ist das Trennen mit Trennscheiben (Diamanttrennscheiben) zu empfehlen.



2.2. ABGRATEN, FEILEN, HOBELN

Beispiele:

♦ Abgraten mit Ziehklinge oder spezieller Kunststoffeile
♦ Feilen und Hobeln als handwerkliche Bearbeitung von einzelnen
Flächen mit Kunststoffeilen bzw. - hobeln, die große Spanrillen
aufweisen
♦ maschinelles Hobeln auf Hobelmaschinen mit üblichen Stählen für die Kunststoffbearbeitung



2.3. BOHREN, SENKEN

Der wichtigste Faktor ist, dass der Spiralbohrer einen Spanwinkel um 0° hat, damit eine schabende Wirkung ausgeübt wird.




Es können spezielle Bohrer für Kunststoffe mit steilerem Drall und kleinerem Spitzenwinkel eingesetzt werden. Es ist auch möglich neue scharfe geschliffene Bohrer für Stahl einzusetzen. Die Bohrer, die zum Einsatz kommen, müssen mindestens die Qualität eines HSS - Bohrers aufweisen. Werden harte oder gefüllte Kunststoffe bearbeitet sollten Bohrer mit Hartmetallschneiden verwendet werden. In Kunststoff gebohrte Löcher fallen im allgemeinen kleiner aus als dem entsprechenden Bohrdurchmesser. Beim Senken von Kunststoffen können nur spezielle, zylindrische Senker verwendet werden.



2.4. FRäSEN

Es ist sowohl Gleichlauffräsen als auch Gegenlauffräsen möglich. Die verwendeten Fräsmaschinen sollten schnellaufend, also mit Schnittgeschwindigkeiten bis 2000m/min, sein. Es können aber auch schnellaufende Bohrmaschinen mit eingesetzten Fräsern verwendet werden. Fräser für Kunststoffe haben eine kleine Schneidenzahl und sind zweckmäßig mit Hartmetall bestückt. Je dünner das Werkstück ist, desto mehr sollte der Spanwinkel gegen 0° gehen, um ein Haken zu vermeiden. Wegen der starken Neigung zur "Bartbildung" am Werkstück sind die zu bearbeitenden Werkstücke an der Seite und im Fräserauslauf mit Beilagen aus gleichem oder ähnlichem Kunststoff zu spannen.
Zum Nutenfräsen können zweischneidige Fräsmesser verwendet werden, die man auch selbst herstellen kann.





2.5. DREHEN

Drehen ist ein sehr häufig verwendetes Verfahren sowohl in der Einzelfertigung als auch in der Serienfertigung. Bei der Automatenbearbeitung werden Drehen, Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden, Rändeln usw. kombiniert. Es sind schnellaufende Drehmaschinen, mit Schnittgeschwindigkeiten bis 500 m/min, erforderlich und sie sollten, wenn möglich eine Einrichtung zur Luftkühlung haben. Die Schneidengeometrie der Drehmeißel richtet sich nach den zu bearbeitenden Kunststoffen. Die Werkzeuge sollten aus HSS oder Hartmetallen sein. Der Vorschub ist so zu wählen, dass die Wärme weitgehend mit dem Span abgeführt werden kann. Der Spanwinkel liegt um 0°, zum Teil auch negativ, dass heißt, man erreicht eine schabende Wirkung. In Ausnahmefällen, bei weichen Thermoplasten, werden ein positiver Spanwinkel und Hohlkehle verwendet, damit ein sogenannter Fließspan entsteht, das heißt eine stetige Spanabfuhr aus dem Schneidenbereich gewährleistet ist.






2.6. SCHLEIFEN, POLIEREN

Schleifen wird insbesondere zum Einstellen genauer Maße bei Halbzeugschnitten oder Schweißnahtvorbereitungen angewandt. Bandschleifmaschinen mit Bändern verschiedener Körnung sind zweckmäßig. Je weicher ein zu bearbeitender Kunststoff ist, desto gröber muss die Körnung der Bänder sein, da sonst eine Neigung zum Schmieren und Aufschmelzen besteht. Die Staubabsaugung ist unbedingt erforderlich. Beim Arbeiten mit Schwingschleifern muss naß geschliffen werden.

Polieren kommt nur in Ausnahmefällen in Frage, zum Beispiel wenn eine geschliffenen Oberfläche noch mattes Aussehen hat. Polieren kommt hauptsächlich im Modellbau vor. Das Polieren erfolgt mit Filzscheiben und Poliermittelzusatz naß oder trocken. Bei Thermoplasten besteht dabei die Gefahr des Anschmelzens und Verschmierens.



3. FüGEN VON KUNSTSTOFFEN

Fügeverfahren dienen zum Verbinden von Formteilen oder Halbzeugen. Diese Verbindungen können lösbar oder nicht lösbar sein. Man unterscheidet Kleben, Schweißen sowie die Herstellung von Schnapp -, Schraub - und Nietverbindungen.
3.1. KLEBEN

Das Kleben von Kunststoffen ist ein Fügeverfahren, bei dem gleiche oder unterschiedliche Werkstoffe mit speziellen Klebstoffen, die im allgemeinen unlösbar sind, miteinander verbunden werden. Durch das Kleben entsteht eine gleichmäßige Spannungsverteilung in der Klebefuge, die Struktur der Fügeteile wird allerdings meist nicht verändert. in den meisten Fällen wird gleichzeitig eine Abdichtung erreicht. Die Klebeverfahren sind leicht zu erlernen und benötigen nur einen geringen Aufwand an Investitionen, deswegen sind sie auch für die Einzel - und Serienfertigung geeignet. Ein Nachteil allerdings ist die niedrige Festigkeit der Verbindungen, deshalb ist eine Überlappung der Fügeteile angebracht; die Klebeverbindung wird dann auf Scherung und nicht auf Zug beansprucht. Mit einer Alterung des Klebstoffs und somit auch einer Versprödung sollte gerechnet werden.



3.1.1. WICHTIGE EINFLUßFAKTOREN AUF DIE GüTE DER KLEBEVERBINDUNG

Wichtig für eine gute Klebeverbindung sind eine hohe innere Festigkeit des Klebstoffs (Kohäsion) und eine hohe Haftfestigkeit des Klebstoffs an den beiden Fügeteiloberflächen (Adhäsion).
Eine hohe Kohäsion wird bei thermoplastischen Klebstoffen durch langkettige Moleküle erreicht (zum Beispiel: Kautschukklebstoffe), durch eine Polymerisation der Ausgangskomponenten des Klebstoffs oder durch eine Vernetzung bei duroplastischen Klebstoffen. Je dünner die Klebstoffschicht ist, desto höher ist die Kohäsion.
Wichtigste Einflußgröße auf die Adhäsion ist die Sauberkeit der Oberflächen. Um diese Sauberkeit zu erreichen, müssen die Fügeflächen gründlich gereinigt und entfettet werden.Durch ein eventuelles Aufrauhen der Fügeflächen wird die Oberfläche vergrößert und es wird in vielen Fällen ein "mechanisches Verhaken" des Klebstoffs im Fügeteil erreicht. Um die Benetzung der Fügeflächen mit Klebstoff zu verbessern, können die Fügeteile nach dem Klebstoffauftrag zusammengedrückt werden und gegebenenfalls erhitzt werden. Bei Kunststoff - Fügeteilen wird dadurch vielfach eine Diffusion der Klebstoffmoleküle in die Fügeteile erreicht.
Durch Weichmacher und Füllstoffe werden die Kohäsion und die Adhäsion ebenfalls beeinflußt.
3.1.2. KLEBSTOFFARTEN

Man unterscheidet physikalisch abbindende und chemisch reagierende Klebstoffe.

Physiklisch abbindende Klebstoffe: Die Kleblösungen sind organische Lösiungsmittel, die vielfach mit Kunststoffen eingedickt sind. Durch Verdunsten des Lösungsmittels wird die Klebfestigkeit erhöht, allerdings besteht die Gefahr der Spannungsrißbildung in den Fügeteilen.

Klebedispersionen bestehen aus thermoplastischen Bindemitteln, die in Wasser dispergiert werden. Das Wasser muss dabei durch mindestens ein Fügeteil verdunsten können.
Beispiel: Milch - oder Weißleim für Holz
Kontaktklebstoffe bestehen aus synthetischem Kautschuk, der in Lösungsmitteln gelöst ist. Nach dem Klebstoffauftrag auf beide Fügeflächen und kurzem "Ablüften" werden die Klebeflächen zusammengedrückt.
Beispiel: Kautschukspezialklebstoffe
Heißsiegelklebstoffe bestehen aus thermoplastischen Bindemitteln, die über Lösungsmittel oder direkt auf die Fügeteiloberfläche aufgetragen werden. Sie werden späater durch Wärme aufgeschmolzen und durch Druck verklebt.
Beispiel: heißsiegelfähige Pappen in der Verpackungsindustrie
Schmelzklebstoffe sind thermoplastische Klebstoffe ohne Lösungsmittel, die auf die Schmelztemperatur erhitzt werden und auf ein Fügeteil aufgetragen werden. Im geschmolzenen Zustand wird die zweite Fügefläche aufgedrückt.

Chemisch reagierend Klebstoffe:
Bei Einkomponentenklebstoffen, meist sogenannte Schnellklebstoffe, erfolgt die chemische Vernetzung der Ausgangskomponenten durch Erwärmung auf eine gestimmte Temperatur oder durch die katalytische Wirkung der Fügeteiloberflächen
Zwei - oder Mehrkomponentenklebstoffe bestehen aus niedermolekularen Substanzen, die vor dem klebstoffauftrag in einem bestimmten Verhältnis gemischt werden. Die Vernetzung erfolgt durch eine chemische Reaktion, eingeleitet durch beigemischte Katalysatoren. Nach der Abbindezeit, je nach Temperatur bis zu mehreren Stunden, erhält man hohe Festigkeit der Klebeverbindung.
Beispiel: EP - Harze für Kunststoff - und Metallklebungen
3.1.3. AUSFüHRUNG VON KLEBVERBINDUNGEN

Klebeverbindungen sind so zu gestalten, dass keine wesentlichen Scherkräfte auf die Klebstelle wirken. Stumpfstoß - Verbindungen sind nur bei großen Klebeflächen und kleinen Beanspruchungen zulässig.Wegen der einfachen Ausführung und guten Festigkeit wird bevorzugt die einschnittige Überlappung angewendet. Bei der Laschung, insbesondere bei der zweischnittigen Laschung werden Schälkräfte weitgehend vermieden.







4. SCHWEIßEN

Das Schweißen von Kunststoffen als werkstoffgerechtes Fügeverfahren ist definiert als das Vereinigen von themoplastischen Kunststoffen unter Anwendung von Wärme und Druck mit oder ohne Zusatzwerkstoffe. Die Verbindung erfolgt durch Aufschmelzen und Ineinanderfließen der Grenzschichten. Durch Schweißen erhält man stoffschlüssige unlösbare Verbindungen.
Der Grundsätzliche Verfahrensablauf beim Schweißen ist:

♦ Bearbeiten der Fügeflächen (kann zum Teil entfallen)
♦ Reinigen der Fügeflächen
♦ Erwärmen der Fügeflächen
♦ Zusammenpressen der Fügeflächen
♦ Abkühlen unter Druck

Das Erwärmen beim Kunststoffschweißen erfolgt durch:

♦ erhitztes Gas beim Warmgasschweißen
♦ erhitztes Metallelement beim Heizelementschweißen, Heizelement - Schwenkbiegeschweißen, Heizelement - Muffenschweißen und Heizwendelschweißen, auch beim Heizelement - Wärmeimpuls - schweißen und Heizelement - Trennahtschweißen für Folien
♦ Reibung bei Rotations -, Vibartions -, Winkel - und Reibkegelschweißen
♦ Beschallung beim Ultraschallschweißen und Ultraschallnähen für Gewebe mit mindestens 65% Synthesefasern
♦ Hochfrequenz beim Hochfrequenzschweißen für polare Kunststoffe


Fehlerquellen beim Schweißen von Kunststoffen:

♦ thermische Schädigung, deshalb immer rasch arbeiten
♦ zu geringe Schweißdrücke ergeben Bindefehler und Lunker
♦ zu hohe Schweißdrücke führen unter Umständen zu Spannungen
♦ Bindefehler durch Einschluß von Luft oder zersetztem Kunststoff
♦ Spannungen durch unvollständige und/oder ungleichmäßige Erwärmung oder Zug - oder Druckausübung beim Warmgasschweißen mit Zusatzdraht

Die Güte von Schweißnähten ist von folgenden Punkten abhängig:

♦ konstruktions -, verfahrens - und werkstoffbedingten Faktoren
♦ Form der Scweißnaht
♦ Anzahl der Schweißlagen (besser wenige dicke als viele dünne)
♦ Sauberkeit der Verbindungsflächen
♦ Einhaltung empfohlener Bedingungen (Temperatur, Drücke, Zeiten)

Bei Schweißverbindungen gelten folgende allgemeinen Gesichtspunkte für das Gestalten:

♦ Schweißnähte nicht an Stellen maximaler Beanspruchung
♦ Kreuznähte vermeiden




♦ schroffe Querschnittsübergänge und Kerben vermeiden



4.1. WARMGASSCHWEIßEN W

Der Zusatzstab (meist ∅ 2 mm bis ∅ 4 mm) darf weder gestaucht noch gedehnt werden und ist meist aus artgleichem Kunststoff. Als Wärmeträger wird meist elektrisch beheizte Luft oder bei oxidationsempfindlichen Kunststoffen auch Stickstoff oder Kohlendioxid verwendet. Die Schweißtemperatur muss bei beiden Verbindungspartern gleich sein. Folgende Nahtformen sind möglich:






4.2. HEIZELEMENTSCHWEIßEN H

Das Heizelementschweißen kann in verschiedenen Bereichen und auf verschiedene Arten erfolgen.

♦ Heizelementstumpfschweißen HS
♦ Heizelement - Schwenkbiegeschweißen HB




♦ Heizelementnutschweißen HN



♦ Heizkeilschweißen HH für Folien
♦ Heizelement - Muffenschweißen HD für Rohrverbindungen
♦ Heizelement - Wärmekontaktschweißen HK in der Verpackungsindustrie

Anwendung findet das Heizelementschweißen bei Tafeln, Rohren, Profilen, Folien und Formteilen.



4.3. REIBSCHWEIßEN FR

Durch Bewegung des einen Fügeteils und Abbremsen auf dem anderen etnsteht Wärme, die den Kunststoff in einen schweißbaren Zustand überführt. Die Erkaltung erfolgt unter Druck.

♦ Das Rotationsschweißen eignet sich nur für rotationssymetrische Teile, wenn die Winkelstellung der beiden Fügeteile zueinander gleichgültig ist.Die unverschweißten Teile sollen sich "satt" gegeneinander drehen lassen und auf dem gesamten Umfang der Naht gut anliegen. Die Rotationsgeschwindigkeiten betragen 80...200m/min.
♦ Das Reibkegelschweißennach BASF für dicke Tafeln aus Polyolefinen ist ein Sonderverfahren.
♦ Beim Vibrationsschweißen können beliebig gestaltete Formteile verschweißt werden, wenn eine bestimmte Lage der Formteile zueinander vorgeschrieben ist. Man unterscheidet je nach Formteilgeometrie zwischen Linear - und Winkelschweißen. Teilweisce genügen ebene Flächen als Nahtvorbereitung, es entsteht dann aber durch Austrieb ein Wulst. Die gängigen Vibrationsfrequenzen liegen zwischen 100 und 120 Hz. Die Verschweißung erfolgt durch kleine Bewegungen der Fügeteile zueinander bei Vibrationswegen bis zu 5mm, die durch eine lineare Bewegung oder eine schwingende Winkeländerung, je nach Gestalt der Formteile, hervorgerufen werden.



5. BESCHICHTEN UND OBERFLäCHENBEHANDLUNG

Die durchgehende Einfärbung von Kunststoffen und die Strukturierung von Oberflächen bietet vielfältige Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und ist preislich vorteilhaft. Trotzdem werden gelegentlich weiter, zusätzliche Behandlungen zur Verbesserung oder Veränderung von Oberflächen durchgeführt. Sie kommen dann in Frage, wenn aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen die gewünschte oder erforderliche Oberflächengestaltung bie der Formgebung nicht möglich ist. Gründe zur Oberflächenbehandlung können folgend sein:

♦ nur bestimmte Stellen eines Formteils sollen verändert werden (Bedrucken, Heißprägen)
♦ nicht ausreichend glatte Oberfläche oder schlierige Strukturen (Spachteln, Lackieren)
♦ die Oberfläche eines Formteils soll leitfähig sein (Bedampfen, Galvanisieren)
♦ die Oberfläche soll ohne Strukturierung matt werden (Lackieren)
♦ die Oberfläche soll griffiger werden (Beflocken)
♦ Schutz gegen Witterungs - oder Lichteinflüsse (Lackieren)
♦ Anbringen von Informationen und Hinweisen (Bedrucken, Heißprägen)
♦ Möglichkeit der Kennzeichnung (Bedrucken, Heißprägen)

Aus Kostengründen ist jedoch immer anzustreben, so wenig wie möglich nachträglich zu behandeln, vor allem dann, wenn es sich nur um Verschönerungseffekte handelt. Bei allen nachstehend kurz besprochenen Oberflächenbehandlungsverfahren spielt die Beschaffenheit der Ausgangsoberflächen eine wesentliche Rolle. In jedem Fall ist auf eine entsprechende Vorbereitung der Oberfläche, insbesondere Entfettung, zu achten.



5.1. LACKIEREN

Ãœblich sind besondere Kunststofflacksysteme, die auf den zu lackierenden Kunststoff, den gewünschten Farb - und Oberflächeneffekt abgestimmt sind. Wichtig für die Haftung ist die Vorbehandlung, zumindest Entfettung. Der Lackauftrag erfolgt durch Farbspritzen, Streichen, elektrostatisches Spritzlackieren und Tauchlackieren. Die Schichtdicken betragen meistens 10...20μm. Ein besonderes Problem stellt die Gefahr der Spannungsrißbildung bei verschiedenen Kunststoffen dar, die durch ungeeignete Lösungsmittel in den Lacken ausgelöst werden kann.

5.2. METALLISIEREN

Bringt man metallische Schichten auf Kunststoffe auf, so lassen sich zum Beispiel folgende Wirkungen erzielen:

♦ Herstellung von Leitfähigkeit und Verhinderung elektrostatischer Aufladung
♦ Verbesserung von Festigkeit und Verschleißwiderstand
♦ Versiegelung der Oberfläche gegenüber Aufnahme von Medien
♦ Schutz gegen Alterung
♦ dekorative Effekte



5.2.1. VAKUUMBEDAMPFEN

Im Hochvakuum lassen sich Kunststoff - Formteile oder Halbzeuge mit metallischen Schichten teilweise oder ganz bedampfen, wobei vor allem Reinaluminium verwendet wird. Die Bedampfung erfolgt zum Beispiel auf der Innenseite von durchsichtigen Teilen (Leuchten, Zierleisten). Die dünne Metallschicht von 0,1...1μm wird dabei selbst durch den Kunststoff vor Oxidation und Abrieb geschützt. Die freiliegende Seite der Metallschicht wird durch Lack oder SiO₂ - Aufdampfung zusätzlich geschützt. Anwendung findet das Vakuumbedampfen bei Zierleisten, Werbeartikeln, Bezeichnungsschildern, Prägefolien, Kondensatorfolien usw.



5.2.2. GALVANISIEREN

Im Gegensatz zum Galvanisieren von Metallen steht beim Kunststoffgalvanisieren zunächst keine leitfähige Oberfläche zur Verfügung. Außerdem ist das Galvanisieren auf spezielle, dafür geeignete Kunststofftypen, hauptsächlich ABS und gegebenenfalls PPO, beschränkt. Die erforderliche Leitfähigkeit wird durch das Aufbringen einer metallisch leitenden Schicht von Cu oder Ni in Bädern stromlos erzielt. Die Metallschichten sollen sich dabei in der vorgebeizten Kunststoffoberfläche gewissermaßen "mechanisch verankern". Das nachfolgende eigentliche Galvanisieren erfolgt nach den üblichen Verfahren in entsprechenden Bädern der Galvanisiertechnik. Bei Kunststoffen spielt vor allem eine ausreichende Haftfestigkeit, guter Abschälwiderstand und ausreichendes Verformungsvermögen der Metallschicht eine Rolle. Die Gestaltung der zu galvanisierenden Formteile hat großen Einfluß auf die gleichmäßige Dicke der Schichten (keine scharfen Kanten). Galvanisch aufgebrachte Metallschichten haben wesentlich größere Dicken (bis zu 30 μm) als aufgedampfte Metallschichten und sind deshalb widerstandsfähiger gegen mechanischen Abrieb. Das ist besonders wichtig, wenn die Metallschicht an den Außenseiten von Formteilen aufgeracht wird.

5.3. BEFLOCKEN

Kurzgeschnittene Fasern mit 0,3...0,7 mm Länge aus PA 6, PA 66, Kunstseide oder Baumwolle (Wildledereffekt) werden über klebstoffe auf Kunststoffober - flächen durch Vibration, Luft oder elektrostatisch aufgebracht. Die Fasern setzen sich senkrecht zur Oberfläche in der Klebstoffschicht fest, es ergibt sin ein Flor. Der Formteilgeometrie ist große Beachtung zu schenken, damit der Auftrag gleichmäßig wird. Anwendung bie Auftragswalzen, Friktionselementen der Feinwerktechnik, Schutzgittern für Mikrofone, Filtergeweben, Fensterführungen in Fahrzeugen, Auskleidungen, Polstergeweben, schallschluckenden Wandverkleidungen, Verpackungen (Etuis), Texitlbeschichtung, usw.



5.4. BEDRUCKEN

Beim Bedrucken handelt es sich im Prinzip um ein teilweises Lackieren, das heißt, Anforderungen, Vobehandlung und Lacksysteme sind ähnlich wie beim Lackieren. Es werden hauptsächlich der Hochdruck und der Siebdruck als Druckverfahren angewandt.Beim Tampoprintverfahren können von Metallklichees feinste Details und kleinste Schriften (Schrifthöhe 0,5 mm) übertragen werden. Ebene Flächen sind sehr gut zu bedrucken, wohingegen sphärisch gekrümmte Formteile schwieriger zu bedrucken sind. Hier verwendet man den sogenannten indirekten Siebdruck. Anwendungen in der Verpackungstechnik, für Skalen, in der Modellbahntechnik, in der Werbung, usw.



5.5. HEIßPRäGEN

Bei diesem Verfahren handelt es sich um eine Kombination von Oberflächenauftrag und Oberflächenverformung. Beheizbare metall - oder Siliconprägestempel drücken eine Prägefolie (Mehrschichtfolie mit Trenn - und Farbschichten) mit hohem Druck auf die Formteiloberfläche. Es löst sich dabei die Prägeschicht von der Folie und gleichzeitig wird bei Thermoplasten die Oberfläche angeschmolzen, was im allgemeinen die Haftung der Prägeschicht verbessert. Die Prägeschicht kann geliebig farbig oder metallisiert sein. Als Prägeverfahren werden Positiv -, Relief - und Konterprägung eingesetzt. Anwendungsbeispiele sind Lineale, Zeichenschablonen, Skalen, Zahlenrollen, usw.

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