Urethan-Spritzguss

Leitfaden zum Urethan-Spritzgießen

Urethan ist ein Polymertyp, der im Prototypenbau, in Autos, robusten Rädern und Förderbandkomponenten verwendet wird, was das Urethan-Spritzgießen sehr wertvoll macht. 

Der Urethan-Spritzguss unterscheidet sich vom Urethan-Guss dadurch, dass anstelle einer haltbaren Metallform eine kostengünstige Silikonform verwendet wird.

Dieser Leitfaden befasst sich eingehend mit dem Urethan-Spritzgussverfahren und seinen Vorteilen. Am Ende gibt es einen kleinen Tipp, der Ihnen bei der Entscheidung hilft, wann Sie Urethan-Spritzguss verwenden können. 

Was ist Urethanmaterial?

Polyurethan ist eine Klasse von Polymeren, die flexibel wie Schaumstoff oder starr wie zäher Kunststoff sein können. Die Eigenschaften von Urethan lassen sich durch die Zugabe von Katalysatoren verändern, weshalb es in vielen Branchen weit verbreitet ist. 

Urethan ist langlebig und widersteht Verschleiß und chemischen Einflüssen besser als herkömmliche Kunststoffe und Gummi. Je nach Urethantyp lässt es sich biegen und verformen, ohne zu reißen. 

Urethan wird durch eine chemische Reaktion zwischen Diisocyanaten und Polyolen (Zuckeralkohol) unter Hitze oder UV-Licht für einige spezielle PU-Beschichtungen hergestellt. 

Es gibt zwei verschiedene Arten von Urethan: thermoplastisches Polyurethan und duroplastisches Polyurethan.

Spritzgießen Maschinen erfordern das Erhitzen von Urethan und zu diesem Zweck wird thermoplastisches Urethan (TPU) verwendet. 

Titel: Urethan-Materialteile

Was ist Urethan-Spritzguss?

Urethan-Spritzguss ist ein Massenfertigungsverfahren, bei dem TPU oder Polyurethan unter Druck in eine Form gespritzt und abgekühlt wird, um die Form des Bauteils zu erhalten. 

Polyurethan-Spritzguss (Reaktionsspritzguss)

Beim Polyurethan-Spritzgießen werden Polyol und Isocyanat in flüssiger Form verwendet, bevor sie zu Polyurethan (PU) gemischt und in eine Form gespritzt werden.

TPU-Spritzguss

Beim TPU-Spritzgießen wird das TPU mithilfe eines herkömmlichen Spritzgusszylinders und einer Schnecke in die Form gespritzt und die Teilegeometrie erstellt. 

Polyurethan-Spritzgussverfahren: Schritt-für-Schritt-Anleitung

Reaktionsformung Prozess von PU. Quelle: Science Direct

Beim Polyurethan-Spritzgießen werden Kolben, Pumpen und Vorratstanks verwendet, wodurch der Prozess im Vergleich zum Spritzgießen und Druckformen etwas komplexer und zeitaufwändiger wird. 

Schritt 1: Lagerung des Harzes

Im ersten Schritt des Prozesses wird das Polyol in einem Lagertank und das Isocyanat in einem separaten Tank gelagert. Über Rohrleitungen vom Tank gelangt das Polymer in die Form und wird über separate Leitungen zurück zum Lagertank geleitet.

Schritt 2: Injektion

Vor dem Einspritzen des Polyurethans wird das Zweikomponentenharz in einem Mischkopf gemischt. Ein kleiner Kolben fährt zurück, um das gemischte Harz (PU) in die Form fließen zu lassen. Polyurethan-Spritzguss erfordert hohen Druck, um eine korrekte Mischung des Harzes zu gewährleisten. 

Schritt 3: Aushärten

Beim PU-Spritzgießen wird kein spezieller Werkzeugstahl oder hochfester Stahl für die Formkavität benötigt. Das Verfahren verwendet üblicherweise Aluminiumformen, da die Polymere vor dem Einspritzen nicht auf hohe Temperaturen erhitzt werden müssen. 

Die Aushärtezeit hängt von der Fülldichte und der Größe des Teils ab. Die Polyurethan-Herstellung ist ein exothermer (wärmeerzeugender) Prozess. Das Material wird gemischt und in die Form eingespritzt. Die Erhöhung der Formtemperatur unterstützt die Aushärtung des Teils. 

Die Wandstärke ist ein wesentlicher Faktor für den Temperaturanstieg. Bei dünnwandigen Teilen erhöht sich die Temperatur um 25 °C, bei größeren Teilen und beim Formen großer Volumina kann die Temperatur auf über 100 °C steigen.

Vor dem Aushärten wird außerdem ein Schmiermittel aufgetragen, um zu verhindern, dass sich PU an der Formbasis festsetzt. 

Schritt 4: Auswurf

Nach dem Aushärten kühlt die Form ab und das hergestellte Teil wird mithilfe von Auswerferstiften aus der Form gelöst. 

Schritt 5: Beschichtung

Die meisten Formteile werden nachbearbeitet. Oft genügt schon ein einfacher Anstrich, um die Optik zu verbessern und für etwas Glanz zu sorgen. 

Polyurethan vs. thermoplastisches Polyurethan (TPU)-Spritzguss

TPU-Spritzguss

Beim TPU-Spritzguss werden TPU-Pellets in einen beheizten Zylinder gefüllt. Die Pellets werden mithilfe einer herkömmlichen Schnecke und eines Zylinders in die Nähe der Form transportiert und schmelzen so zu einer gleichmäßigen Konsistenz. 

Während des Mischens und Erhitzens können Sie auch beliebige Farben und Farbstoffe hinzufügen. Für das TPU-Spritzgießen sind präzisionsgefertigte Formen aus Aluminium oder gehärtetem Stahl erforderlich. 

Das Formwerkzeuge ist teuer, und alle komplizierten Details, Designs und Kerne müssen in dieser Phase integriert werden. Die Schnecke dient gleichzeitig als Injektor, baut Druck auf und spritzt das geschmolzene TPU mit 1500 bar ein. Sie verharrt in dieser Position, um Druck aufzubauen und jegliches Schrumpfen zu vermeiden. 

Nach der Verfestigung wird das TPU-Teil ausgeworfen und alle Fichten oder Grate werden von der Außenfläche entfernt. 

Beim Polyurethan-Spritzgießen wird eine RIM-Maschine mit zwei Tanks und einer Formpresse verwendet, was sich vom Aufbau mit Pellets und beheiztem Zylinder beim TPU-Spritzgießen unterscheidet. 

Hauptunterschiede:

• Beim Polyurethan-Formen wird flüssiges PU verwendet, das unmittelbar vor dem Spritzgießen entsteht, während beim TPU-Spritzgießen thermoplastische Pellets verwendet werden.
• Beim Polyurethan-Spritzgießen wird ein niedrigerer Druck von etwa 20–150 Bar verwendet, während beim TPU-Spritzgießen bis zu 1500 Bar erforderlich sein können. 
• PU-Harz ist ein duroplastischer Kunststoff, der nicht wieder eingeschmolzen und wiederverwendet werden kann, TPU hingegen ist ein thermoplastisches Material, das wiedererhitzt und recycelt werden kann. 
• Für Polyurethan ist ein völlig anderer Aufbau des Flüssigpolymer-Lagertanks erforderlich, beim TPU-Kunststoff-Spritzgießen werden jedoch ein Zylinder und eine Schnecke verwendet. 

Wichtige Anwendungen des Urethan-Spritzgusses

Polyurethan-Spritzgussanwendungen

Mit dem PU-Spritzgussverfahren lassen sich Duroplastteile mit einfacheren Formen und oft geringeren Werkzeugkosten herstellen. Zu den Anwendungsgebieten des Urethan-Spritzgusses gehören:

• Außenteile von Autos wie Frontstoßstangen und Armaturenbretter. Das hier verwendete Urethan benötigt einen Katalysator und eine spezielle Aushärtung, um ihm eine weiche Schaumwirkung zu verleihen und so kostengünstig gepolsterte Kunststoffverkleidungen in Autos herzustellen. 
• Zu den medizinischen Anwendungen des Urethan-Spritzgusses gehören starre, leichte Gehäuse für MRT-Geräte zur Geräuschreduzierung. 
• Isolierung
• Viele Schutzhelme, Fahrradhelme und Sporthelme verwenden flexible, geformte Urethanpolster, die sich leicht in individuelle Formen bringen lassen. 

TPU-Spritzgussanwendungen

TPU-Spritzguss ist schneller und präziser und erzeugt festen Thermoplast. TPU-Spritzgussanwendungen umfassen:

• TPU ist elastisch, flexibel und langlebig. Es ist außerdem wasserdicht und eignet sich aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften ideal für Schuhlaufsohlen. 
• Viele Handyhüllen bestehen aus TPU.
• TPU spielt bei Motorbaugruppen eine ganz besondere Rolle. Dichtungen werden häufig aus TPU hergestellt und sorgen für eine gute, feste Abdichtung. 
• Die Räder bestehen aus spritzgegossenem TPU. Insbesondere Förderbandrollen 

Häufige Herausforderungen beim Urethan-Spritzgießen und wie man sie bewältigt

TPU-Teil

Beim Urethan-Spritzgießen treten dieselben Mängel und Herausforderungen auf wie bei jedem anderen Spritzgussrohstoff. 

Reaktivität beim Mischen

Das Mischungsverhältnis von Polyol und Isocyanat muss im Nachmischer sorgfältig abgestimmt werden. Ein ungleichmäßiges Verhältnis kann zu einer schlechten Aushärtung oder einer Polymersuspension im Feststoff führen. Um die Aushärtung zu unterstützen, muss die Form außerdem vorgewärmt werden. 

Fülldichte

Es ist relativ schwierig, die Dichte des Schaums zu kontrollieren, sobald das Harz in die Form eingespritzt ist. Parameteränderung in Druck, Treibmittel und Temperatur kann die Dichte verschieben und so die Festigkeit des Teils verändern. 

Feuchtigkeitskontrolle beim Spritzgießen

Feuchtigkeit während der Verfestigung kann zu Poren und eingeschlossenen Gasen führen und so die Integrität des Teils beeinträchtigen. TPU-Pellets werden vorgewärmt, um Feuchtigkeit zu entfernen, und anschließend getrocknet. 

Schrumpfung

Es ist wichtig, nach dem Einspritzen von TPU Druck auszuüben, da es in Übergangsbereichen zum Schrumpfen oder Verziehen neigt. Dies kann durch „Verweilen“ erreicht werden.

Viskosität

Die Viskosität jedes Materials ändert sich mit der Temperatur. Wenn das TPU keine gleichmäßige Viskosität und Temperatur aufweist, kann es zu einem schichtweisen Fließen kommen, bei dem ein Teil zu flüssig ist, während ein anderer Teil gleichmäßig fließt. 

Dies kann zu Gratbildung und unvollständiger Füllung führen. Dies lässt sich beheben, indem Sie eine einheitliche Temperatur in der Nähe des Formeingangs im Zylinder beibehalten und Pellets gleicher Größe verwenden. Viele Defekte lassen sich durch die Wahl des richtigen Materials vermeiden. Erfahren Sie mehr über die bestes Material zum Spritzgießen hier. 

Gute Qualität Spritzgussservice

Bei Pro-lean Tech haben wir Hunderte von Kunden mit Tausenden hochwertiger Spritzgussteile beliefert. Unsere Spritzgussmaterialien umfassen: 

• ABS-Spritzguss
• PEEK
• PET 
• HDPE
• TPU
• Kunststoffbälle
• Polyethylen

FAQ

Können Sie Urethan im Spritzgussverfahren herstellen?

Polyurethan kann im Spritzgussverfahren hergestellt werden, um langlebige, leichte und stabile Bauteile in großen Stückzahlen herzustellen. Polyurethan-Komponenten finden in der Automobilindustrie breite Anwendung. 

Wie läuft das Verfahren zur Urethan-Injektion ab?

Beim Polyurethan-Spritzgießen kann es sich um Reaktionsspritzgießen handeln, bei dem flüssiges Polyol und Isocyanat in eine präzisionsgefertigte Form gespritzt werden. 

Sind TPU und Polyurethan beim Spritzgießen dasselbe?

TPU ist ein Thermoplast, der wieder eingeschmolzen und im Spritzgussverfahren erneut verwendet werden kann. Polyurethan (PU), genauer gesagt Harz, ist jedoch ein Duroplast, der nach der Herstellung nicht mehr umgeformt werden kann. 

Welche Vorteile bietet das Spritzgießen von thermoplastischem Polyurethan (TPU)?

Beim TPU-Spritzguss gelten enge Geometrietoleranzen, die Zyklusgeschwindigkeit ist höher, die Anwendungsmöglichkeiten sind vielseitig und die Massenproduktion ist kostengünstig.

In welchen Branchen wird Urethan-Spritzguss üblicherweise eingesetzt?

Urethan-Spritzguss wird hauptsächlich in der Automobilindustrie und bei der Herstellung von Schuhformen eingesetzt. Urethan wird auch als Isolator verwendet, wird jedoch üblicherweise aufgesprüht und nicht geformt. 

Welche Faktoren sollte ich bei der Auswahl eines Materials für den Spritzguss berücksichtigen?

Bei der Auswahl eines Spritzgussmaterials sollten Sie die Formkosten und die Materialreaktivität mit dem Formmaterial, die Vorverarbeitung wie das Vorwärmen zum Entfernen von Feuchtigkeit und die mechanischen Eigenschaften des Materials berücksichtigen. 

Welche Defekte treten beim Urethan-Spritzgießen häufig auf?

Zu den häufigsten Defekten beim Urethan-Spritzgießen zählen Einfallstellen, Blasen, Grate, Verziehen, Schrumpfen und ungleichmäßiges Aushärten.