Prozesssicherheit

Kleinstteile aus PEEK spritzgießen

Prozesssicherheit trotz hoher Temperaturen sicherstellen. Polyetherkethone (PEEK) sind Kunststoffe mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften auch bei hohen Einsatztemperaturen, deren Verarbeitung im Spritzguss stellt jedoch einige spezielle Anforderungen.

Diodenhalter aus PEEK stellen aufgrund der sehr dünnen Stege hohe Anforderungen an die Prozessqualität und –stabilität beim Spritzgießen. (Bild: Boy)

Die hohe Festigkeit bietet bei kleinen, dünnwandigen Funktionsbauteilen eine wichtige Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion. Auch die hervorragende Biokompatibilität ist zu erwähnen. Damit eignet sich das Material zur Fertigung hoch belastbarer Implantate.

Allerdings stellt die Verarbeitung dieses hochwertigen Materials an Verarbeiter und Maschine besondere Anforderungen. Das Temperaturniveau bei der Verarbeitung liegt an der oberen Grenze das in der Kunststoffverarbeitung Üblichen. Die Plastifiziereinheit der Spritzgießmaschine arbeitet im Temperaturbereich um 400 Grad Celsius und das Spritzgießwerkzeug wird auf Temperaturen an die 200 Grad Celsius gebracht. Das Vortrocknen geschieht meist jenseits der 150 Grad Celsius. Oft sind deshalb Modifikationen an der Spritzgießmaschine und den Peripheriegeräten nötig, um im Produktionsbetrieb Schäden durch Abwärme zu vermeiden.

Versuche zur PEEK-Verarbeitung wurden unter anderem auf einer Spritzgießmaschine des Typs Boy XS gefahren. (Bild: Boy)

Für ein Projekt in diesem Bereich fiel die Wahl auf das PEEK Ketaspire KT 880 natur von Solvay, dass von Albis Plastic zur Verfügung gestellt wurde. Die Plastifiziereinheit sollte den Fertigungsbedingungen angepasst sein. Dem Durchsatz entsprechend muss die geeignete Größe gewählt werden, wobei zu beachten ist, dass das außergewöhnlich hohe Temperaturniveau sicher erreicht wird, das Material aber nicht zu lange im Plastifizierzylinder verweilt. Sehr gute Ergebnisse seien mit den kleinen Plastifiziereinheiten der Spritzgießautomaten Boy XS und XXS erzielt worden. Hier wurde auf die langjährigen Erfahrungen aus dem Mikrospritzguss sowie der Fertigung komplexer Kleinteile zurückgegriffen. Besonders die Gestaltung von Schneckenvorraum und Düse eignete sich laut Unternehmensangaben gut für die Verarbeitung von Hochtemperatur-Thermoplasten. Mit einem möglichst geringen Schneckengangvolumen wird die Verweilzeit in den kleinsten Plastifizierzylindern der Boy-Spritzgießautomaten deutlich minimiert. So lässt sich eine Vielzahl von Materialien auch bei hohen Temperaturen ohne thermische Schädigungen verarbeiten.

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Aufgrund der recht hohen Materialpreise der Polyetherkethone ist gerade bei medizintechnischen Anwendungen eine weitgehend abfallfreie Produktion anzustreben. Heißkanalwerkzeuge oder Werkzeuge, die mit kompakten Angusssystemen (Formteil- und Kavitätenzahl-abhängig) auskommen, sind vorzuziehen. Werkzeuge mit kleiner Kavitätenzahl sind deshalb typisch, was oft auch aufgrund komplexer Formteilkonturen erforderlich wird. Entsprechend niedrige Schussgewichte führen zu kleinen Plastifiziereinheiten, so dass man oft kleine Spritzgießmaschinen in der PEEK-Verarbeitung bevorzugt. Auch in diesem Punkt überzeugen die kompakten Spritzgießautomaten des Herstellers aus Neustadt-Fernthal. Die beiden schon genannten Typen Boy XS und der neuen Boy XXS seien auch vor diesem Hintergrund geeignete, adäquate und effiziente Verarbeitungsmaschinen für die PEEK-Verarbeitung.

Werkzeug mit Kühlplatte für die Produktion des Diodenhalters. (Bild: Boy)

Im Prozess erweist sich das Material zwar thermisch als recht robust, die Scherbelastungen können aber zu Materialschädigungen führen. Sehr kleine Anschnitte und dünnwandige Stege können unter bestimmten Randbedingungen die Ursache von Verfärbungen sein, die auf Materialschädigungen schließen lassen. Gerade in der Medizintechnik sind deshalb dunkle Spots ein direktes Ausschusskriterium. Der Verarbeiter muss also die idealen Einspritzbedingungen finden und diese prozesssicher konstant halten. Die Maschine sollte deshalb im optimalen Arbeitsbereich laufen. Sind diese Verarbeitungsbedingungen entsprechend gegeben, ist der eigentliche Spritzgießprozess dann relativ unspektakulär.

Fakuma 2017, Halle A7, Stand 7101

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