Verarbeitung transparenter Kunststoffe

Klarheit und Durchblick bei transparenten Kunststoffen

Die Spritzgießfertigung transparenter Kunststoffe ist sehr anspruchsvoll. Ob Einschlüsse, Schlieren oder Trübungen – die Palette der Qualitätseinbußen, die sich dem Verarbeiter hier bietet, ist groß. Diesen Herausforderungen in der Spritzgießfertigung allgemein und im Mikrospritzguss im Besonderen, inklusive der Qualitätssicherung, stellt sich das KUZ seit vielen Jahren.

Bei der Entwicklung und Optimierung von Kundenprodukten oder bei der Herstellung von Prüf- und Probekörpern ist höchste Qualität und lupenreine Transparenz oberste Priorität. Um schnellstmöglich qualitätsgerecht produzieren zu können, profitieren unsere Kunden von den Erfahrungen und der Prozesskompetenz bei der Verarbeitung unterschiedlichster Materialien. Die Bandbreite der transparenten Materialien reicht von COC, PC, PET, PMMA und PS bis hin zu diversen Spezialtypen.

Gezielte Modifizierung transparenter Kunststoffe

Mit der vorhandenen Compoundiertechnik ist das KUZ in der Lage, Materialien in Mengen von 10 bis ca. 200 kg zu Spritzgießgranulat aufzubereiten.

Die transparenten Kunststoffe betreffend, ist unser Haus auf die Entwicklung und Produktion von Blends fokussiert. Der gezielten Modifikation von Eigenschaften durch diverse Additive und Füllstoffe bis hin zu Nanopartikeln sind praktisch keine Grenzen gesetzt.

Von der Prüfplatte bis zum komplexen Formteil

Rund um die Verarbeitung profitieren unsere Kunden von unseren Erfahrungen bezüglich der Aggregatauslastung im Zusammenhang mit der materialspezifisch zulässigen Verweilzeit oder bezüglich geeigneter Reinigungssysteme, um schnellstmöglich qualitätsgerecht produzieren zu können. So bietet das KUZ bei der Verarbeitung von COC die Fertigung mit einer Stickstoffversiegelung an, um die Formteilqualität zu verbessern und Defekte wie Verkohlung, Verbrennung und Verfärbung in den Produkten zu vermeiden.

In der Regel werden für die nachfolgenden Messungen Prüfplatten benötigt. Diese können wir in verschiedenen Abmessungen oder Ausführungen mit matten oder polierten Oberflächen fertigen.

Katalog für Prüf- und Probekörper Download

Exzellente Optik prüfen

Klar und durchsichtig ist das optische Erscheinungsbild von transparenten Kunststoffen. Mit einer Transparenzmessung kann im akkreditierten Prüflabor des KUZ die Klarheit oder Durchsichtigkeit von Kunststoffteilen überprüft werden. Hierbei wird Licht durch eine Probe geschickt und das eingehende Licht auf der anderen Seite spektral gemessen. Vom übertragenen Spektrum können z.B. Farbwerte wie CIE L * a * b * oder Farbabstände bei Vergleichsmessungen gegenüber einer Referenz abgeleitet werden. Mit der Transmissions-Kammer des KUZ ist es möglich opake, transluzente und transparente Materialien in Form von Festkörpern wie Formteilen, Platten und Folien aber auch als Flüssigkeit oder Paste zu vermessen.

Spektralphotometer CM-5 mit Transmissionskammer

Mikrooptiken für präzisen Durchblick

Bei optischen Bauteilen führen bereits kleinste Stippen, Bläschen oder Kratzer zu Fehlstellen, die nicht toleriert werden können. Für Mikrooptiken verschärfen sich die Qualitätsanforderungen um ein Vielfaches, da selbst kleinste mit bloßem Auge nicht sichtbare Verunreinigungen, die Funktion der Mikrooptik negativ beeinflussen. Hinzu kommt, dass sehr kleine optische Komponenten mit teilweise zu großen Angusssystemen auf konventioneller Maschinentechnik gefertigt werden und ein großer Teil der Einspritzdynamik im Angussanteil verloren geht. Darunter leidet dann die Abformgenauigkeit an der optischen Kontur. Abhilfe schafft die konsequente Verkleinerung des nötigen Schussvolumens im Mikrospritzguss.

Das MiKA, Applikationszentrum für Mikrokunststofftechnik am KUZ, verfügt über ein großes Know-How bezüglich der Auslegung kleiner Angussverteiler, der Werkzeugkonzeption und der technologischen Prozessführung bei der Fertigung von sehr kleinen optischen Linsen. Im Technikum sind Möglichkeiten gegeben, die Linsen unter Reinraumverhältnissen (ISO-Klasse 7) zu fertigen, automatisiert zu entnehmen und online auf Verunreinigungen vor der Verpackung in spezielle Trays zu prüfen.

Angussverteiler mit Mikrolinse aus COP mit einem Frontdurchmesser von 0,8 mm

Eine große Herausforderung bei der Weiterverarbeitung kleiner Linsen stellt die Trennung vom Angussverteiler nach dem Spritzgießprozess dar. Innerhalb eines Forschungsprojektes konnte im KUZ das Angusstrennen mittels Ultraschall eingehend untersucht werden. Mit dem entwickelten Trennverfahren ist es möglich, kleine optische Linsen bis hin zu Mikrolinsen materialschonend, gratarm und partikelfrei von ihrem Anguss zu trennen.

Spannungsarm durch Spritzprägen

Für Mikrooptiken hoher Abbildungsgüte aus Kunststoff, wie z. B. für anspruchsvolle Applikationen in der Mess- und Medizintechnik, sind Bauteilspannungen häufig schwer zu beherrschen. Innere Spannungen und Molekülorientierungen in spritzgegossenen Kunststoffoptiken verursachen Doppelbrechungseffekte, die zu unerwünschten Polarisations- und damit Transmissionseffekten führen und nicht immer mit Deformationen der Formteile einhergehen müssen. Unerwünschte Doppelbrechungseffekte in Formteilen können in verschiedenen Phasen des Spritzgießens entstehen und werden durch Orientierungen und Eigenspannungen hervorgerufen. Diese Eigenspannungen werden dabei hauptsächlich in der Nachdruckphase, während des Schwindungsausgleichs eingefroren. Somit ist der Einsatz der Spritzprägetechnologie zur Reduzierung der Bauteilspannungen das Verfahren der Wahl bei der Fertigung von mikrooptischen Formteilen.

Darstellung des Einflusses der Spritzprägetechnologie bei optischen Mikrolinsen aus PC, Darstellung der Eigenspannungen unter polarisiertem Licht

Der Spritzprägeprozess bietet bei der Fertigung von optischen Mikroteilen eine reproduzierbare Abformung der Konturen mit einer hervorragenden Oberflächenqualität und Konturtreue sowie eine deutliche Verringerung von Orientierungen und inneren Spannungen. Am KUZ steht für die Fertigung von kleinen Formteilen eine vertikale Mikrospritzgießanlage mit Spritzprägefunktion und automatisierter Formteilentnahme zur Verfügung. Im Kundenauftrag kann nach Vereinbarung auch noch eine Prüfstation zur Onlineprüfung auf Verunreinigungen implementiert werden.

Transparente mikrostrukturierte Formteile

Im MiKA bestehen weiterhin Kompetenzen zur Herstellung von transparenten mikrostrukturierten Formteilen, wie beispielsweise mikrofluidische Bio-Chips. Hier kann auf Erfahrungen in der kunststoffgerechten Formteilauslegung und der Werkzeugkonzeption zurückgegriffen werden. Auf der zur Verfügung stehenden Maschinentechnik kann in kleinen Stückzahlen im Kundenauftrag gefertigt werden.

Mikrofluidische Bio-Chips zur RNA-Detektion

Fachtagung "Transparente Kunststoffe"

Zu der Thematik „Transparente Kunststoffe in der Spritzgießverarbeitung – Potenziale, Anwendungen, Grenzen" findet vom 27.-28.09.2021 eine Fachtagung am KUZ statt. Referenten aus der kunststoffverarbeitenden und -anwendenden Industrie und Forschung vermitteln, in welchen Bereichen transparente Kunststoffe Anwendung finden, welche Herausforderungen damit verbunden sind und wie verschiedene Branchen vom Einsatz dieser Kunststoffe und innovativen Entwicklungen profitieren können. Umfangreiche Workshops runden die zweitägige Veranstaltung ab.

Programm

Anmeldung

Ihre Ansprechpartner im KUZ

Compoundieren / Maßgeschneiderte Materialentwicklung
Christoph Thieroff: 0341 4941 608  thieroff(at)kuz-leipzig.de

Verarbeitungstechnik Spritzgießen
Kathrin Klamt: 0341 4941 606   klamt(at)kuz-leipzig.de

Mikrooptiken / Mikrostrukturierung
Steffen Jacob: 0341 4941 763  jacob(at)kuz-leipzig.de

Akkreditiertes Prüflabor - Farbmessung
Dr. Katrin Lühe: 0341 4941 810  luehe(at)kuz-leipzig.de