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Technische Information
Thermoplastische Polyurethan-Elastomere (TPU)Elastollan®–Verarbeitungs-hinweise
2
Inhaltsübersicht
Allgemeine Hinweise
VerarbeitungsverfahrenSpritzgießen
VerarbeitungsverfahrenExtrusion
Spanlose Bearbeitung
Lagerung 4
Trocknung 5
Einfärbung 6
Additive 6
Regeneratverwertung 6
Nachbehandlung 7
Arbeitshygienischer Hinweis 8
Entsorgung 8
Maschinenauslegung 9
Verarbeitungsparameter 10
Werkzeuggestaltung 12
Schwindung 14
Einlegeteile 14
Sonderverfahren 15
Verarbeitungsfehler 15
Maschinenauslegung 16
Verarbeitungsparameter 17
Werkzeuggestaltung 18
Kühlung und Kalibrierung 19
Extrusionsverfahren 20
Sonderverfahren 22
Verarbeitungsfehler 22
Schweißen 23
Kleben 23
Oberflächenbearbeitung 23
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Inhaltsübersicht
Spanende Bearbeitung
Qualitätsmanagement
Sachwortregister
Bearbeitungsparameter 24
Bohren 24
Drehen 25
Fräsen 25
Sägen 25
Schleifen 25
Stanzen 25
26
27
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Allgemeine Hinweise
Elastollan ist das geschützte Waren-zeichen unserer thermoplastischenPolyurethan-Elastomere (TPU). Siewerden für das Spritzgieß-, Extru-sions- und Blasverfahren eingesetzt.
Für die Verarbeitung von Elastollansind die folgenden Hinweise zubeachten:
Elastollan wird als naturfarbenesWürfel-, Zylinder- oder Linsen-granulat ausgeliefert. Es isthygroskopisch: das heißt, beimLagern in offenen Gebinden nimmttrockenes Elastollan schoninnerhalb kurzer Zeit Feuchtigkeitaus der Umgebungsluft auf.
Die Abbildungen 1 und 2 zeigen denVerlauf der Feuchtigkeitsaufnahme,wobei zu erkennen ist, dassElastollan auf Polyetherbasisschneller Feuchtigkeit aufnimmt alsQualitäten auf Polyesterbasis. EineLagerung des Granulates introckenen Räumen, möglichst beiRaumtemperatur, ist daher ange-raten.
Empfohlen wird, kühl gelagertesMaterial vor dem Öffnen des Gebin-des auf Raumtemperatur zu bringen.Hierdurch kann einer möglichenFeuchtigkeitskondensationvorgebeugt werden.
Gebinde sind nach jeder Produkt-entnahme wieder dicht zuverschließen. Das Granulat soll nurso lange wie unbedingt notwendigder umgebenden Luft ausgesetztwerden. Wichtig ist daher auch dasAbdecken der Einfülltrichter an denVerarbeitungsmaschinen. Nachmehrfachem Öffnen der Gebinde isteine Trocknung anzuraten.
Lagerung
Feuchtigkeitsaufnahme:Polyester-TPUHärte 80 Shore A – 64 Shore D
Abb. 1
1
2
1 – Normklima 40 °C/92% rLf2 – Normklima 23 °C/50% rLf
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
Zeit [h]
Feuc
hte
[%]
Feuchtigkeitsaufnahme:Polyether-TPUHärte 80 Shore A – 64 Shore D
Abb. 2
1
2
1 – Normklima 40 °C/92% rLf2 – Normklima 23 °C/50% rLf
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
Zeit [h]
Feuc
hte
[%]
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Allgemeine Hinweise
Granulat mit zu hohem Feuchtig-keitsgehalt führt zu Verarbeitungs-schwierigkeiten und zur Qualitäts-minderung am Fertigteil.
Das Aufschäumen des plastifiziertenMaterials oder die Bildung von Gas-bläschen in der Schmelze könnenAnzeichen dafür sein, dass derFeuchtigkeitsgehalt zu hoch ist. Beider Extrusionsverarbeitung sindDurchsatzschwankungen häufigUrsache einer nicht ausreichendenVortrocknung.
Zur Erzielung optimaler Gebrauchs-eigenschaften der Fertigteile ausElastollan ist es erforderlich, vor derVerarbeitung zu trocknen. DerWassergehalt des Granulatessollte unter 0,02% liegen!
Für die Trocknung sind handels-übliche Umluft-, Vakuumtrocken-geräte und Trockenlufttrocknergeeignet. Empfohlene Trocknungs-parameter siehe Tabelle 1.
Die Schichthöhe des Granulatessollte bei Umlufttrockengeräten nichtmehr als 4 cm betragen. Bei Trocken-lufttrocknern kann die vorhandeneKapazität voll ausgenutzt werden.
Bei Verwendung von Farb-konzentraten und Additiven ist zubeachten, dass diese gleicher-maßen trocken sein müssen. DasAufbereiten der Granulate geschiehtdaher zweckmäßigerweise vor demTrocknungsprozess. Damit ist sicher-gestellt, dass die gesamte Waretrocken ist.
Trocknung
Trocknungsempfehlungen
Elastollan Härte Trockenzeit TrocknungstemperaturUmluft Trockenluft
Shore A 78 bis 90 2 bis 3 Stunden 100 bis 110°C 80 bis 90 °C
härter alsShore A 90 2 bis 3 Stunden 100 bis 120°C 90 bis 120°C
Tabelle 1
Trocknungsdiagramm für Elastollan
Abb. 3
Res
tfeu
chte
[%]
0 30 60 90 120 150 180
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
Trocknungsdauer [min]
Trockenlufttrockner,110°C
Umlufttrockner,110°C
Umlufttrockner,90 °C
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Allgemeine Hinweise
Alle naturfarbenen Typen unseresElastollan-Sortiments können ein-gefärbt werden. Hierfür eignen sicham besten Farbkonzentrate aufTPU-Basis. Die Zugabemenge dermit Elastollan als Basismaterialgefertigten Farbkonzentrate beträgtnormalerweise 1 bis 2%.
Bei bereits mit Additiven (wie z. B.Flammschutzmittel) versehenenElastollan-Typen kann ein höhererProzentsatz zur besseren Farb-gebung erforderlich sein.
Für Farbkonzentrate, die nicht aufTPU-Basis gefertigt sind, ist dasRisiko der Unverträglichkeit mitElastollan nicht auszuschließen.Dies äußert sich in Verarbeitungs-problemen und unzureichenderPigmentverteilung mit ungenügenderFarbdeckung bis hin zu mangelhafterOberflächenausbildung und mög-lichen Qualitätseinbußen.
Je nach Qualitätsanforderung an dasFertigteil kann dem Originalmaterialbis zu 30% an Regenerat zugemischtwerden. Materialtype und Shore-Härte müssen mit dem Original-Elastollan übereinstimmen und freivon Fremdbestandteilen sein.
Das Regenerat soll möglichst ohneZwischenlagerung zerkleinert undtrocken dem Verarbeitungsprozesszugeführt werden.
Verunreinigtes sowie thermischgeschädigtes Material ist für dieWiederverabeitung nicht geeignet.
Mehrfache Verarbeitung von Regene-rat führt zu Qualitätseinbußen derFertigteile. Bestimmte, durch Spezifi-kationen festgelegte Qualitätsanfor-derungen schließen Regenerat-zugabe aus.
Durch die Zugabe von Additivenkönnen besondere Eigenschaftenerreicht werden, die im Grund-material zunächst nicht in gewünsch-tem Maße vorhanden sind.
Folgende Additive stehen alsElastollan-Konzentrate zur Ver-fügung:
● Abstandshalter als Antiblock-mittel
● Entformungshilfsmittel
● UV-Stabilisatoren
Einfärbung
Additive
Regeneratverwertung
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Allgemeine Hinweise
Teile aus Elastollan erreichen einhohes mechanisches Niveau erstnach mehrwöchiger Lagerung beiRaumtemperatur. Zur Erzielung opti-maler Gebrauchseigenschaften isteine Temperung der Fertigteile er-forderlich. Diese Wärmebehandlungkann in einem Umluftofen vorge-nommen werden.
Tabelle 2 zeigt typische Werte fürden Einfluss der Temperung auf dieEigenschaften von Elastollan-Typen.
Artikel mit geringer Dimensionsstabi-lität sollten während der Temperungso gelagert werden, dass eineVerformung vermieden wird.
Eine Temperung von Extrusions-artikeln wird nur in besonderenFällen durchgeführt.
Nachbehandlung
Temperung:Empfohlene Dauer undTemperatur: 20 h bei 100 °C
Einfluss der Temperung auf die Eigenschaften von Elastollan
Prüfung Einheit DIN ge- unge- unge- unge-tempert tempert tempert tempert
20 h 20 h 7 d 35 d100°C 23 °C 23°C 23°C
Elastollan C 90 A 55
Härte Shore A 53505 91 91 92 92
Zugfestigkeit MPa 53504 48 42 44 46
Reißdehnung % 53504 580 570 550 500
Weiterreiß- ISOwiderstand N/mm 34-13b 98 80 83 85
Abrieb mm3 53516 22 54 30 29
Druck-verformungs-rest bei 70 °C % ISO 815 33 60 53 50
Elastollan 1190 A 55
Härte Shore A 53505 90 89 91 91
Zugfestigkeit MPa 53504 48 43 45 46
Reißdehnung % 53504 550 560 530 500
Weiterreiß- ISOwiderstand N/mm 34-13b 85 74 73 79
Abrieb mm3 53516 19 48 34 27
Druck-verformungs-rest bei 70 °C % ISO 815 36 70 65 65
Tabelle 2
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Allgemeine Hinweise
Die Be- und Verarbeitung vonElastollan kann je nach Typ in einemweiten Temperaturbereich erfolgen.
Wie bei allen natürlichen oder synthe-tischen organischen Stoffen ist eineZersetzung oberhalb bestimmterTemperaturen möglich. Der Zer-setzungsgrad ist abhängig von derangewandten Temperatur und vondem verwendeten Materialtyp.Grundsätzlich ist mit beginnender
Zersetzung ab einer Temperatur vonca. 230°C zu rechnen. Belastungendes Arbeitsplatzes durch die unterdiesen Bedingungen freiwerdendenDämpfe sind insbesondere dort zuerwarten, wo Elastomerschmelzenoffen ins Freie treten.
Es wird aus diesem Grund generelleine effektive Absaugung empfoh-len, insbesondere im Bereich desSchmelzeaustritts.
Aufgrund der Beschaffenheit vonElastollan ist eine Gefährdung derUmwelt nicht gegeben! Abfälle kön-nen aus diesem Grunde auf einerkommunalen Deponie abgelagertoder aber Müllverbrennungsanlagenzur Beseitigung zugeführt werden.Die örtlich geltenden Bestimmungeneiner Abfallbeseitigung sind zubeachten.
Für weitere Informationen verweisenwir auf unsere Sicherheitsdaten-blätter.
Arbeitshygienischer Hinweis
Entsorgung
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VerarbeitungsverfahrenSpritzgießen
Für die Verarbeitung von Elastollaneignen sich Schneckenspritzgieß-maschinen, ausgerüstet mit eingän-gigen 3-Zonen-Schnecken. Wegender hohen Scherbeanspruchungsind Kurz-Kompressionsschneckennicht geeignet.
Folgende Schneckenkonstruktionhat sich bewährt (siehe Abbildung 4):
Das Kompressionsverhältnis sollte1:2 betragen und auf keinen Fall 1:3übersteigen. Die in Abbildung 5aufgeführten Gangtiefen werdenempfohlen.
Eine eingebaute Rückstromsperre istnotwendig. Bevorzugt sollten offeneund hydraulisch verschließbareDüsen eingesetzt werden. Es istdarauf zu achten, dass der Düsen-kanal strömungsgünstig ausgelegtist und keine schlecht durchströmtenBereiche aufweist, in denen dieSchmelze verweilen und sich unterthermischer Schädigung ablagernkann.
Maschinenauslegung
Schneckengeometrie (schematisch)
Abb. 4
L = 18–22 D
D
Abhängigkeit: Schneckendurchmesser – Gangtiefe Einzug
Abb. 5
Gan
gtie
fe E
inzu
g [m
m]
Schneckendurchmesser [mm]
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
14
12
10
8
6
4
Austragszone
0,25 L
Kompressionszone
0,35 L
Einzugszone
0,40 L
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VerarbeitungsverfahrenSpritzgießen
Verarbeitunsparameter
Richtwerte für Zylindertemperaturen in °C
Shore-Härte Heizzonentemperatur Düsentemperatur
60 A–80 A 170–210 200–21085 A–95 A 190–220 210–22598 A–74 D 210–230 220–240
Tabelle 3
Richtwerte für Massetemperaturen in °C
Elastollan Härte 60 Shore A – 80 Shore A 190–205Elastollan Härte 85 Shore A – 95 Shore A 205–220Elastollan Härte 98 Shore A – 74 Shore D 215–235
Tabelle 4
Abhängigkeit: max. Schneckendrehzahl – Schneckendurchmesser
Abb. 6
Sch
neck
end
rehz
ahl [
U/m
in]
Schneckendurchmesser [mm]
max. Umfangsgeschwindigkeit 0,2 m/s
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
100
80
60
40
20
Für eine strömungsfreie Verarbeitungvon Elastollan zu Teilen einer gleich-mäßig hohen Qualität ist die exakteund konstante Temperaturführungim Spritzgießzylinder und in der Düseerforderlich.
Die Temperatur soll von der Einzugs-zone zur Austragszone um etwa10 bis 20 °C ansteigen. Die Düsen-temperatur ist der Massetemperaturanzugleichen.
Die Tabelle 3 zeigt die empfohlenenZylindertemperaturen für unter-schiedliche Härtebereiche.
Es empfhielt sich, eine Kontrolle derTemperaturregelung durch Messung
der Massetemperatur vorzunehmenund ggf. nachzuregeln (siehe Tabelle 4).
Da Elastollan-Schmelzen scher-empfindlich sind, können zu hoheSchneckendrehzahlen die Produkt-eigenschaften beeinträchtigen.
Empfohlene Schneckendrehzahlenin Abhängigkeit vom Schnecken-durchmesser siehe Abbildung 6.
Bei längeren Arbeitsunterbrechun-gen wird das im Zylinder verblei-bende Material thermischgeschädigt. Es muss dann vor Wieder-aufnahme der Produktion abge-spritzt werden.
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VerarbeitungsverfahrenSpritzgießen
Verarbeitungsparameter
Schematischer Druckverlauf während der Verarbeitung
Abb. 7
ps Spritzdruck 100–1000 barpn Nachdruck 100–1000 barpst Staudruck 5– 20 bar
(Systemdruck)
Einspritzgeschwindigkeit: so niedrig wie möglich, jedochabhängig von Anschnitt,Wanddicke und Fließweg
ps
pn
pst
Zeit[s]
Dru
ck [b
ar]
Zykluszeiten in Abhängigkeit von der Wanddicke
Abb. 8
Zei
t [s]
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
Wandstärke [mm]1 2 3 4 5 6 7 8 9
60 Shore A
85 Shore A
64 Shore D
Für die Verarbeitung von Elastollansind außerdem folgende Maschinen-parameter von Bedeutung (sieheAbbildung 7):
Spritzdruck und NachdruckSie beeinflussen Maßhaltigkeit undEntformbarkeit der Fertigteile. Zuniedriger Nachdruck führt zu Einfall-stellen, zu hoher Spritzdruckerschwert die Entformbarkeit.
StaudruckDieser bewirkt die Homogenisierungder Schmelze, sollte aber wegen derScherempfindlichkeit des Materialsnicht zu hoch gewählt werden.
EinspritzgeschwindigkeitDie richtige Einspritzgeschwindig-keit ist abhängig von Anschnitt,
Wanddicke und Fließweg. Sie sollteso niedrig wie möglich gehaltenwerden.
In der Abbildung 7 ist ein typischerZyklusverlauf für Elastollan schema-tisch dargestellt.
ZykluszeitenDie Spritzzykluszeit wird hauptsäch-lich durch das Erstarrungs- und Ent-formungsverhalten bestimmt. Siehängt im Wesentlichen von derHärte des Materials, der Wanddickedes Teils und der Werkzeug-temperatur ab.
Die Abbildung 8 zeigt die Zykluszeitin Abhängigkeit von der Wanddickefür Typen unterschiedlicher Shore-Härte.
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VerarbeitungsverfahrenSpritzgießen
Werkzeuggestaltung
Verteilersysteme
Abb. 9
Abb. 10
Rechteck- Halbrund- Trapez- Trapezrund- Rundkanalkanal kanal kanal kanal
ungünstig günstig gut
Werkstoffe für den FormenbauDie üblicherweise für die Spritzgieß-verarbeitung verwendeten Werk-zeuge aus Stahl bzw. Stahllegierun-gen sind auch für die Elastollan-Verarbeitung geeignet. Auch Werk-zeuge aus Nichteisenmetallen, vor-zugsweise Aluminium-Legierungen,werden mit Erfolg eingesetzt. In derSchuhindustrie finden diese kosten-günstigeren Formen häufig Verwen-dung.
AngusskegelDer größte Durchmesser desAngusskegels ist der größtenWanddicke der Teile anzupassen.Ebenso ist die Düsenbohrung aufden Durchmesser des Angusskegelsabzustimmen. Sie muss mindestens0,5 mm kleiner sein als der Kegel.Die Anspritzstelle sollte im Bereichder größten Wanddicke liegen.
Der Angusskegel soll möglichst kurzausgeführt sein und eine Gesamt-konizität von mindesten 6° auf-weisen. Eine Ausziehkralle ist für diebessere Entformung zu empfehlen.
VerteilerkanäleDie rheologischen Eigenschaftenvon Elastollan erfordern eine mög-lichst große Dimensionierung derVerteilerkanäle. Man vermeidetdadurch lokale Scherbereiche underzielt eine bessere Drucküber-tragung für die Formfüllung.
Am günstigsten für das Fließ-verhalten von Elastollan ist ein kreis-runder Verteilerkanalquerschnitt(Abbildung 11).
Beim Einsatz von Heißkanalwerk-zeugen sollten außenbeheizte
Systeme eingesetzt werden.Innenbeheizte Systeme sind nichtgeeignet.
Sowohl bei Heiß- als auch beiKaltkanälen gilt das Prinzip dersymmetrischen Balancierung fürMehrfachwerkzeuge.
AngüsseFür die Verarbeitung von Elastollansind die Angüsse groß anzulegen,damit ein ausreichender Nachdruckwirksam wird und Einfallstellen ver-mieden werden. Die kritische Scher-rate beträgt 25000 s-1.
Verteilerkanalquerschnitt
Abb. 11
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Für Elastollan empfohleneAngussarten
Abb. 12
Abb. 13
Abb. 14
13
VerarbeitungsverfahrenSpritzgießen
Gebräuchlich sind Kegel-, Schirm-,Ring- und Bandangüsse. Kleine Teilewerden auch über Punktangüsseangespritzt.
Tunnelangüsse sind wegen derhohen Elastizität und der möglichenScherbelastung ungünstig. Beson-ders die weichen Elastollan-Typenbereiten dieser Angussart Probleme.
EntlüftungBeim Einspritzen der Masse mussdie Luft im Werkzeugraum angeeigneten Stellen leicht entweichenkönnen, damit es nicht zu Verbren-nungen durch komprimierte Luftkommt. Entlüftungskanäle werdenzweckmäßig in der Trennebene, anEinsätzen und an Stiften mit 0,02 bis0,05 mm Tiefe angelegt.
WerkzeugoberflächeFür die Verarbeitung von Elastollan,insbesondere der weicheren Typen,sind Werkzeugoberflächen mit einerRautiefe von ca. 25 bis 35 µm füreine gute Entformbarkeit günstig.
Polierte und verchromte Formober-flächen sind weniger geeignet. Siebegünstigen speziell bei den wei-chen Typen ein Kleben der Teile ander Werkzeugoberfläche.
EntformungDie Flexibilität von Elastollan imunteren Härtebereich erlaubtgrößere Hinterschneidungen beiguter Entformbarkeit. Eine kurzzei-tige Überdehnung < 5% führt erfah-rungsgemäß zu keiner bleibendenVerformung.
Um gut entformen zu können, sinddie Auswerfer zwei- bis dreimal sogroß wie bei harten Thermoplastenauszulegen. Sie sollten mit Belüf-tungskanälen versehen sein, damitsich bei der Entformung kein Vakuumbildet.
WerkzeugtemperierungEin gutes Temperiersystem im Werk-zeug ist Voraussetzung für hoch-wertige Spritzgussteile, da dieWerkzeugtemperatur die Ober-fläche, die Schwindung und denVerzug maßgeblich beeinflusst.
Werkzeuggestaltung
Formtemperaturen von 15 bis 70 °Csind je nach Formteil und Elastollan-Typ üblich.
Durch unterschiedliche Temperie-rung der beiden Werkzeughälftenkann einem möglichen Verzug derFormteile vorgebeugt werden.
Ringanguss
Bandanguss
Kegelanguss
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VerarbeitungsverfahrenSpritzgießen
Bei der Verarbeitung von Elastollanwird die Schwindung von folgendenParametern beeinflusst:
● Formgebung des Teils● Wanddicke● Anschnittgestaltung● Verarbeitungsbedingungen,
insbesondere Massetemperatur,Spritzdruck, Nachdruck, Werk-zeugtemperatur.
Die Gesamtschwindung setzt sichzusammen aus einer Verarbeitungs-schwindung und einer geringenNachschwindung, welche bei derTemperung – aber auch bei einerlängeren Lagerung der Teile – eintritt.
Das Zusammenwirken dieser Faktorenmacht eine exakte Bestimmung derSchwindung nur bedingt möglich.
Abbildung 15 zeigt die Gesamt-schwindung in Abhängigkeit vonWanddicke und Shore-Härte fürunverstärkte Elastollan-Typen.
Bei glasfaserverstärkten Elastollan-Typen ergibt sich abhängig vomGlasfasergehalt eine Schwindungvon 0,05 bis 0,2% in Fließrichtungund von 0,1 bis 0,5% quer zurFließrichtung.
Schwindung
Einlegeteile
Schwindung in Abhängigkeit von der Wanddicke
Abb. 15
Sch
win
dun
g [%
]
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Härte 70 Shore A
Härte 95 Shore A
Härte 74 Shore D
Wanddicke [mm]
Einlegeteile können einwandfreiumspritzt werden. Hierfür sind gleit-mittelfreie Elastollan-Typen einzu-setzen.
Metallteile müssen fettfrei sein undmechanische Verankerungsmöglich-keiten haben, wie Bohrungen,Hinterschneidungen, Rändelriefen,Kerben.
Durch Verwendung von Haftvermitt-lern kann die Verbindung zusätzlichverbessert werden.
Vorteilhaft ist eine Erwärmung derEinlegeteile.
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VerarbeitungsverfahrenSpritzgießen
Eine Kombination von verschiedenenKunststoffen mit Elastollan kann infolgenden Sonderverfahren durch-geführt werden:
MehrkomponentenspritzgussBeim Verspritzen auf Mehrkompo-nenten-Maschinen kann zwischenElastollan und kompatiblen Kunst-stoffen ein guter Verbund ohneZusätze und Verankerungen erreichtwerden. Kunststoffe auf Polyolefin-basis sind für Kombinationen mitElastollan nicht geeignet.
SandwichspritzgussHierbei handelt es sich um einebesondere Form des Mehrkompo-nentenspritzgusses, bei dem ein
Material als Kernkomponente undein zweites Material als Haupt-komponente verspritzt werden.Neben dem Kombinieren unter-schiedlicher Kunststoffe ist hier dieKombination von Regenerat alsKernkomponente und Originalwareals Hauptkomponente möglich.
GasinnendruckverfahrenPrinzipiell eine Art Sandwichver-fahren, bei welchem als Kernkompo-nente Gas zur Gewichtsreduzierungeingesetzt wird.
Sonderverfahren
Verarbeitungsfehler
Verarbeitungsfehler und mögliche Ursachen
Masse- Werk- Ein- Nach- Stau- Spritz- Zu- Kühl- Ent- Feuch- Fremd- An- Gleit- Ver-tem- zeug- spritz- druck/ druck volu- halte- zeit lüf- tig- mate- schnitt- mittel weil-pera- tem- ge- -zeit men/ kraft tung keits- rial größe zeit
tur pera- schwin- Masse- gehalttur digkeit polster
Verunreinigungen � �
Blasen/Lunker � � � � � � � � �
Verbrennungen � � � � � �
Verzug/Schwindung � � � � � �
Fließnahtbildung � � � � � �
Glanz-/Mattstellen � � � � � � � �
überspritzte Teile � � � � � � �
ungefüllte Teile � � � � � � �
Einfallstellen � � � � � � � �
Schlieren � � � � � � � �
Entformung � � � � � � �
Materialabbau � � � � � �
� Erhöhen zur Lösung des Problems� Reduzieren zur Lösung des Problems� Erhöhen oder Reduzieren zur Lösung des Problems
Tabelle 5
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VerarbeitungsverfahrenExtrusion
Für die Verarbeitung von Elastollansollten Einschneckenextruder miteinem Kompressionsverhältnis von1:2 bis 1:3, vorzugsweise 1:2,5 ein-gesetzt werden.
Nach unseren Erfahrungen eignensich am besten Dreizonenschneckenmit einem L/D-Verhältnis von25 bis 30.
Die Dreizonenschnecken sollten einedurchgehend konstante Gang-steigung von 1 D haben.
Das Spiel zwischen Schnecke undZylinder sollte 0,1 bis 0,2 mmbetragen.
Für die Verarbeitung von Elastollansind auch mehrgängige Schnecken,wie Barriereschnecken (Überström-
spalte ≥ 1,2 mm), geeignet. Nichtempfehlenswert sind dagegen Kurz-kompressionsschnecken.
In der Praxis haben sich Zylinder mitgenuteter Einzugszone bewährt.Diese bieten folgende Vorteile:
● konstantes Einzugsverhalten● besserer Druckaufbau● erhöhte Ausstoßleistung.
Beim Einsatz genuteter Buchsen isteine Kühlung der Einzugszone vor-zusehen. Außerdem ist in diesemFall die Verwendung von Schneckenmit Mischteilen erforderlich, um einebessere Homogenität der Schmelzezu erzielen. Diese Mischteile dürfenjedoch nicht als Scherteile ausgelegtsein.
Maschinenauslegung
D
Schneckengeometrie (schematisch)
Abb. 16
Kompressionszone
0,4 L
Austragszone
0,3 L
Einzugszone
0,3 L
L = 25–30 D
Abhängigkeit: Schneckendurchmesser – Gangtiefe Einzug
Abb. 17
Gan
gtie
fe E
inzu
g [m
m]
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
14
12
10
8
6
4
Schneckendurchmesser [mm]
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17
VerarbeitungsverfahrenExtrusion
Empfohlen wird die Verwendung vonLochscheiben mit Siebpaketen.Gute Erfahrungen liegen mit zweiSieben à 400 Maschen/cm2 alsStützsiebe und zwei Siebenà 900 Maschen/cm2 als Feinsiebevor. Je nach Anwendungsfall (wiez. B. Feinfolienherstellung) könnenfeinere Siebe erforderlich werden.
Die Lochscheiben sollen – abhängigvon Schneckendurchmesser undWerkzeug – mit Bohrungen von 1,5 bis 5 mm versehen sein.
Bei der Extrusionsverarbeitung vonthermoplastischem Polyurethanwerden Schneckenantriebe mithöherer Leistung als bei anderenKunststoffen benötigt. Die Leistungs-aufnahme liegt zwischen 0,3 und1 kWh/kg Ausstoß, je nach Zylinder-ausführung.
Die Verwendung von Schmelze-pumpen zur Erzielung eines gleich-mäßigeren Ausstoßes hat sich be-währt.
VerarbeitungstemperaturAbhängig von der Härte der einzel-nen Produkte werden die folgendenTemperaturbereiche empfohlen:
SchneckendrehzahlDa thermoplastische Polyurethanescherempfindlich sind, kann durch
zu hohe Schneckendrehzahlen eineBeeinträchtigung der Produkteigen-schaften erfolgen.
Die Abhängigkeit der maximalenSchneckendrehzahl vom Schnecken-durchmesser zeigt Abbildung 18.
Maschinenauslegung
Verarbeitungsparameter
Abhängigkeit: max. Schneckendrehzahl – Schneckendurchmesser
Abb. 18
Sch
neck
end
rehz
ahl [
U/m
in]
100
80
60
40
20
Schneckendurchmesser [mm]
30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
max. Umfangsgeschwindigkeit 0,15 m/s
Richtwerte für Verarbeitungstemperaturen in °C
Shore-Härte HeizzonenZylinder Adapter Kopf Düse
60 bis 70 A 140–175 160–175 165–170 160–165
75 bis 85 A 160–200 175–200 175–205 170–205
90 bis 98 A 170–210 200–220 195–215 190–210
Tabelle 6
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18
VerarbeitungsverfahrenExtrusion
MassedruckDer Massedruck ist vom Querschnittund der Spaltweite der verwendetenWerkzeuge sowie von der Masse-temperatur abhängig. Der Druck-bereich liegt zwischen 20 und 300 bar am Adapter. Bei Inbetrieb-nahme der Extrusionsanlage könnenDruckspitzen bis zu 1000 bar auf-treten. Daher ist für die Elastollan-Verarbeitung ein stufenlos regelbarerSchneckenantrieb empfehlenswert(gegebenenfalls kann „unterfüttert“angefahren werden).
Reinigung der ExtrusionsanlageBei Materialwechsel und nach mehr-tägiger Betriebsdauer empfiehlt sicheine Reinigung der Extrusions-anlage. Hierfür eignen sich Poly-propylen oder HDPE, welche miterhöhten Temperaturen verarbeitetwerden müssen. Zusätzlich sollteeine Reinigungspaste verwendetwerden.
Um einen gleichmäßigen Masseflusszu gewährleisten, ist es wichtig, mitengen Querschnitten, die einengleichmäßigen Schmelzeflussgewährleisten, und ohne tote Zonenim Werkzeug zu arbeiten. Damit wirdeine automatische Spülung desWerkzeuges sichergestellt.
Im Übrigen können die Erfahrungenbei der Herstellung von Werkzeugenfür die Extrusion von Thermoplastenübertragen werden.
Die folgenden Abbildungen zeigenBeispiele üblicher Extrusionswerk-zeuge:
Verarbeitungsparameter
Werkzeuggestaltung
Draht- und Kabelummantelungswerkzeuge
Abb. 19
Druckwerkzeug Schlauchwerkzeug
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DüsenaufnahmeDornaufnahme
19
VerarbeitungsverfahrenExtrusion
Bei der Extrusion von Schläuchenund Profilen sind die Werkzeuge miteiner „Bügelzone“ auszustatten.Diese bewirkt einen Abbau derScherspannungen und dadurch
einen gleichmäßigen Austrag. DieLänge der Bügelzone sollte das zwei-bis vierfache des Düsendurch-messers betragen.
Aufgrund der relativ geringen Form-stabilität des Extrudats beim Austrittaus der Düse ist eine intensiveKühlung erforderlich und das Kühl-bad unmittelbar an das Werkzeugheranzuführen. Zum Kühlen wirdüblicherweise Wasser mit einer mög-lichst niedrigen Temperatur verwen-det. Geeignet sind Wasserbäderoder Kühlstrecken mit Sprühdüsen.
Die Länge der Bäder ist größer zuwählen als bei anderen Thermopla-sten. Sie richtet sich nach Härte,Wandstärke, Geometrie und Abzugs-geschwindigkeit des Extrudats.
Eine aktive Kalibrierung ist im Gegen-satz zur üblichen Thermoplast-verarbeitung aufgrund des hohenReibungskoeffizienten von thermo-
plasischem Polyurethan nicht mög-lich. Kalibriervorrichtungen, wie diein Abbildung 21 schematisch darge-stellte Scheibenkalibrierung, habensich zur Führung und Stützung desExtrudates bewährt.
In jedem Fall muss ein Wasserfilmzwischen Extrudatoberfläche undKalibriervorrichtung als Schmierfilmvorhanden sein. Die Benetzung desExtrudats mit Wasser wird vorEinführung in das Wasserbad durcheine dort installierte Ringdüse vor-genommen.
Eine typische Anordnung einerAnlage für die Schlauchextrusionvon Elastollan ist in Abbildung 22dargestellt.
Werkzeuggestaltung
Kühlung und Kalibrierung
Werkzeug für Schlauchextrusion
Abb. 20
Einlaufhülse Gehäuse Dornträger
Lochscheibe
DornteilDüsenteil
Scheibenkalibrierung
Abb. 21
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20
VerarbeitungsverfahrenExtrusion
Schläuche und ProfileÜblicherweise wird die Extrusion vonSchläuchen und Profilen horizontaldurchgeführt. DünnwandigeSchläuche und Manchons werdenüberwiegend vertikal extrudiert undim Kühlbad umgelenkt.
Um ein Zusammenfallen derSchläuche zu vermeiden, ist dieZuführung von Stützluft erforderlich.
Zur Unterstützung der Formstabilitätvon Hohlprofilen wird das Arbeitenmit Vakuum empfohlen.
Die Führungsrollen im Kühlbadsollten der Form des Extrudatsangepasst sein.
UmmantelungenNormalerweise erfolgt die Ummante-lung von Kabeln, Schläuchen usw.mit einem Querspritzkopf (sieheAbbildung 23), versehen mit einemDruck- oder Schlauchwerkzeug(siehe Abbildung 19). Der zu um-mantelnde Unterbau muss trockenund fettfrei sein, um Blasenbildungnach der Extrusion zu vermeidenund eine gute Haftung zu gewähr-leisten.
Kühlung und Kalibrierung
Extrusionsverfahren
Kühlbad für Schlauchextrusion
Abb. 22
Kühlwassertank
Wasserpumpe Wärmetauscher
Vakuumtank
Vakuumpumpe
Kalibrierung
Schematische Darstellung eines Querspritzkopfes
Abb. 23
Einlaufhülse (Litze)
Gehäuse
LochscheibeEinlaufhülse Düsenaufnahme Dornteil
Dornaufnahme Düsenteil
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Extruder
21
VerarbeitungsverfahrenExtrusion
FolienSpezielle Elastollan-Typen eignensich für die Herstellung von Blas-folien.
Die Abbildung 24 zeigt schematischeinen Folienblaskopf.
HohlkörperDie Herstellung von Hohlkörpern istaus bestimmten Elastollan-Typen mitden handelsüblichen Blasmaschinenmöglich.
Zur besseren Entformbarkeit emp-fiehlt sich der Einsatz von Werk-zeugen mit angerauter Oberfläche(ca. 35 µm). Zum Ausgleich derLängung des Vorformlings ist eineWandstärkenregulierung erforder-lich. Abbildung 26 zeigt einen fürdas Blasformen verwendetenPinolenblaskopf.
Extrusionsverfahren
Schematische Darstellungeines Folienblaskopfes
Abb. 24
Düse
Dorn
Dralldorn
GehäuseAntrieb
Umlenkstück
Schematische Darstellungeines Pinolenblaskopfes
Abb. 26
Pinole
Gehäuse
DornDüse
Vorformling
Schematische Darstellungeiner Breitschlitzdüse
Abb. 25
Folien größerer Wanddicke könnennach dem Flachfolienverfahren mitder Breitschlitzdüse (sieheAbbildung 25) hergestellt werden;dafür eignen sich normaleExtrusionstypen.
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22
VerarbeitungsverfahrenExtrusion
Elastollan ist für die Verarbeitungin folgenden Sonderverfahrengeeignet:
Coextrusionzur Kombination der Eigenschaftenmehrerer Kunststoffe in einem Ver-arbeitungsschritt.
Voraussetzung zur Erzielung einesguten Verbundes ist die Verträglich-keit der Materialpaarung, wobeiUnterschiede zwischen Ester- undEthertypen (Elastollan) auftretenkönnen.
Thermoplast-Schaum-Extrusion(TSE)zur Gewichtsreduzierung und Erzie-lung spezieller Eigenschaften.
Prinzipiell unterscheidet man zweiVerfahren:
● Chemisches Auftreibender Schmelze durch Zugabe vonTreibmittelsystemen auf konven-tionellen Extrudern; Schaumdich-ten zwischen 0,4 und 1,0 g/cm3
sind erreichbar.
● Physikalisches Auftreibender Schmelze durch eine Gas-injektionsstelle im Extruder. Hier sind Schaumdichten unter0,4 g/cm3 erreichbar; dieSchaumstruktur wird über einNukleierungsmittel gesteuert.
Sonderverfahren
Verarbeitungsfehler
Verarbeitungsfehler und mögliche Ursachen
Masse-/ Düsen- Masse- Schnek- Länge Homo- Feuchtig- Fremd- Kühlung Gleit-Zylinder- tempera- druck kendreh- Bügel- geni- keits- material Einzugs- mitteltempera- tur zahl/ zone sierung gehalt zone
tur Ausstoß
Pumpen � � � � � � �
raue Oberfläche � � � � � �
schlierige Oberfläche � � � � � �
Lunker und/oder Blasen � � � � � � �
Fließlinien/Stegmarkierungen � � � � �
starkes Blocken � � � � � �
unaufgeschlossenesMaterial � � � � �
Maßschwankungen � � � � � � � � �
ungenügende Form-stabilität des Extrudates � � � � � �
Schmelzebruch � � � � � � �
Materialabbau � � � �
� Erhöhen zur Lösung des Problems� Reduzieren zur Lösung des Problems� Erhöhen oder Reduzieren zur Lösung des Problems
Tabelle 7
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23
Spanlose Bearbeitung
Für das Verschweißen von Teilen undHalbzeugen aus Elastollan eignensich unterschiedliche Schweiß-verfahren.
Spritzgussformteile werden in derPraxis meist mit dem Heizelement-,Ultraschall- (härtere Typen), Hoch-frequenz- oder Reibschweiß-verfahren verbunden.
Für Halbzeuge und Profile setzt manneben dem Heizelement- und Reib-schweißen auch das Warmgas-Extrusionsschweißen ein.
Für Folien eignen sich am besten dasWärmekontakt-, Wärmeimpuls-und das Hochfrequenzschweißen.
Ausschlaggebend für die Schweiß-nahtfestigkeit sind: die Tempera-tur, die unterhalb der Zersetzungs-temperatur ein ausreichend plasti-sches Fließen des Elastollans ermög-licht, und der Druck, der denSchmelzfluss erzeugt und das Inein-anderfließen bzw. -diffundieren derMaterialgrenzschichten bewirkt.Außerdem dient der aufgebrachteDruck zur Festigung der Schweiß-verbindung während der Erstar-rungsphase.
Bei allen Schweißvorgängen mussfür eine ausreichende Absaugungder ggf. entstehenden Dämpfegesorgt werden (siehe Seite 8 –Arbeitshygienischer Hinweis).
Zum Verkleben von Elastollan-Teilenmiteinander haben sich elastischeKlebstoffe auf Polyurethanbasisbewährt. Für die Verbindung mitMetallen und anderen harten Werk-stoffen werden Epoxidharzklebereingesetzt.
Die Klebstoffindustrie bietet hierfürentsprechende Systeme an.
Die für Verklebungen üblichen Vor-behandlungen sind durchzuführen.
Zu beachten ist, dass nur gleitmittel-freie Elastollan-Typen gut verklebtwerden können.
Bei der Verwendung von gleitmittel-freien Elastollan-Typen ist eineBedruckung bzw. Lackierungmöglich.
Hierfür geeignete Druck- und Lack-systeme werden von der Industrieangeboten.
Schweißen
Kleben
Oberflächenbearbeitung
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24
Spanende Bearbeitung
Wegen der außerordentlichen Zähig-keit und Weiterreißfestigkeit vonElastollan ist die mechanische Bear-beitung nicht unproblematisch. ImEinzelfall ist dies jedoch sehr starkvon der Härte des zu bearbeitendenMaterials abhängig. Bei allen zurZerspanung von Elastogran ein-gesetzten Werkzeugen ist daherdarauf zu achten, dass sich nurarbeitsscharfe Schneiden im Einsatzbefinden.
Während der Bearbeitung vonElastollan muss eine hohe Wärme-entwicklung vermieden werden.Daher sollte stets eine Kühlung mitPressluft bzw. Emulsionen erfolgen.
Nachfolgend einige Richtwerte fürdie spanende Bearbeitung vonElastollan:
Die Bohrung fällt allgemein kleineraus als der Nenn-Ø des Bohrersangibt. Bei Qualitäten bis 80 Shore Abeträgt die Ø-Verringerung etwa4–5%. Hohlbohrer ergeben maß-genauere Bohrungen.
Während des Bohrvorganges solltegut gekühlt und der Bohrer öfterangehoben werden.
Bearbeitungsparameter
Bohren
Bearbeitungsparameter für spanende Bearbeitung von Elastogran
Drehen Fräsen Bohren Schleifen
Freiwinkel · [°] 6–15 ~10 12–16 /
Spanwinkel Á [°] bis 25 15–25 10 /
Einstellwinkel x [°] 45–60 / / /
Spitzenwinkel ‰ [°] / / 80 /
Schnittgeschwindig-keit –v [m/min.] 100–200 200–500 40–50 30–50 m/s
Vorschub s 0,1–0,4 20–200 0,01–0,04 max. 2/3 mm/U mm/min. mm/U Schleif-
scheiben-breite
Spantiefe a [mm] bis 15 2–8 / 0,1–3
Spitzen-radius r [mm] ~ 0,5 / / /
Werkzeug HSS, SS, HSS, SS, HM HM
Bohren: Hohlbohrer, Spiralbohrer, Messerkopf
Schleifen: Schleifscheiben mit offener Struktur und weicher Härte inhochporöser Ausführung (Körnung 60–80)
Tabelle 8
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25
Spanende Bearbeitung
Die zum Drehen eingesetzten Werk-zeuge sollten schlankere Schneidenhaben als die für Metalle, um dieSchnittkräfte und die Schnittwärmezu verringern.
Zum Fräsen von Elastollan könnendie üblichen Fräsmaschinen sowieHandfräsen verwendet werden. BeiVerwendung von Messerköpfen sindnur wenige Messer einzusetzen,damit eine gute Spanbildunggewährleistet ist.
Sägeblätter mit einer kleinen Zahn-teilung und weiter Schränkung sindgeeignet.
Drehen
Fräsen
Sägen
Elastollan-Typen können geschliffenwerden.
Die Schleifscheiben sollten nicht zubreit sein, da es an der Schleifstelleleicht zu Überhitzung kommen kann(max. 20 mm). Kühlen ist daher vonVorteil und ermöglicht eine höhereSchleifleistung.
Schleifen
Die Form der gestanzten Fläche istvon der Materialhärte abhängig.Abbildung 27 zeigt das Stanz-ergebnis bei weichen und hartenElastollan-Typen.
Stanzen
Stanzergebnisse
Abb. 27
weich hart
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26
Qualitätsmanagement
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26
Lagerung
Quality Management
Leitlinien zur Qualität• Wesentliche Elemente des
Qualitätsmanagements sind die Kundenorientierung, die Prozess-orientierung und die Mitarbeiter-orientierung.
• Die Kundenanforderungen werden regelmäßig ermittelt und mit dem Ziel der Erhöhung der Kundenzu-friedenheit erfüllt.
• In allen Funktionsbereichen werden mit den Prozessverantwortlichen Ziele vereinbart und die Reali- sierung regelmäßig verfolgt.
• Ziele, Methoden und Ergebnisse des Qualitätsmanagements werden fortlaufend vermittelt, um das Bewusstsein und die Mitwirkung aller Mitarbeiter am Prozess der ständigen Qualitätsverbesserung zu fördern.
• Anstelle der nachträglichen Fehlerbehebung wird das Prinzip der Fehlervermeidung verwirklicht.
• Organisatorische und personelle Maßnahmen werden durch wirk-sames Qualitätsmanagement so ausgerichtet, dass die Verwirk-lichung der Qualitätsziele sicher-gestellt ist.
Management-Systeme / ZertifikateDie Zufriedenheit der Kunden ist die Grundlage eines nachhaltigen Geschäftserfolges. Wir wollen daher den Erwartungen der Kunden an unsere Produkte und sonstige Leistungen dauerhaft gerecht werden.Um dies zuverlässig gewährleisten zu können, wurde bei BASF Polyure-thanes Europe bereits vor mehreren Jahren ein integriertes Qualitäts- und Umweltmanagementsystem eingeführt, das alle Bereiche des Unternehmens umfasst. Jeder Geschäftsprozess wird regelmäßig anhand aussagefähiger Leistungsindikatoren bewertet und weiterentwickelt. Ziel ist eine optimale Effizienz und das nahezu fehlerfreie Ineinandergreifen aller Tätigkeiten und Abläufe. Jeder Mitarbeiter ist auf seinem Platz aufgefordert, mit seinen Fähigkeiten und Ideen zur Sicherung und zur kontinuierlichen Verbesserung der Qualität beizutragen.
Basis unseres integrierten Qualitäts- und Umweltmanagementsystems sind die Anforderungen der folgenden Regelwerke:
DIN EN ISO 9001
ISO/TS 16949 (mit Produkt- entwicklung)
DIN EN ISO 14 001 (Umweltmanage-mentsystem)
26
Qualitätsmanagement
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27
Sachwortregister
A
Additive 6
Angüsse 12
Arbeitshygiene 8
B
Bandanguss 13
Bearbeitung– Oberflächen 23– spanlose 23– spanende 24
Blasformen 21
Bohren 24
C
Coextrusion 22
D
Drehen 25
E
Einfärbung 6
Einlegeteile 14
Einspritzgeschwindigkeit 11
Entformung 13
Entlüftung 13
Entsorgung 8
Extrusion– Kalibrierung 19, 20– Kühlung 19, 20– Maschinenauslegung 16, 17– Verarbeitung 17, 18– Werkzeuggestaltung 18, 19
Extrusionsverfahren– Blasformen 21– Folien 21– Profile 20– Schläuche 20– Ummantelungen 20
F
Feuchtigkeitsaufnahme 4
Folienherstellung 21
Fräsen 25
G
Gasinnendruckverfahren 15
H
Hygroskopie 4
K
Kalibrierung 19, 20
Kegelanguss 13
Kleben 23
Kühlung 19, 20
L
Lagerung 4
M
Maschinenauslegung– Extrusion 16, 17– Spritzguss 9
Massetemperaturen– Extrusion 17– Spritzguss 10
Mehrkomponentenspritzguss 15
N
Nachbehandlung 7
Nachdruck 11
O
Oberflächenbearbeitung 23
P
Profilherstellung 20
Q
Qualitätsmanagement 26
R
Regeneratverwertung 6
Ringanguss 13
S
Sägen 25
Sandwichspritzguss 15
Schlauchherstellung 20
Schleifen 25
Schneckengeometrie– Extrusion 16– Spritzguss 9
Schneckendrehzahl– Extrusion 17– Spritzguss 10
Schneckengangtiefe– Extrusion 16– Spritzguss 9
Schweißen 23
Schwindung 14
S
Sonderverfahren– Extrusion 22– Spritzguss 15
Spritzdruck 11
Spritzgießen– Einlegeteile 14– Maschinenauslegung 9– Schwindung 14– Verarbeitung 10, 11– Werkzeuggestaltung 12, 13
Spritzzyklus 11
Staudruck 11
T
Trocknung– Trockner 5– Trocknungsparameter 5– Wassergehalt 5
Temperung 7
Temperaturen– Extrusion 17– Spritzguss 10– Trocknung 5
Thermoplast-Schaum-Extrusion 22
U
Umlufttrockner 5
Ummantelung 20
V
Verarbeitung– Extrusion 17, 18– Spritzguss 10, 11
Verarbeitungsfehler– Extrusion 22– Spritzguss 15
Verteilerkanäle 12
W
Wassergehalt 5
Werkzeuggestaltung– Extrusion 18, 19– Spritzguss 12, 13
Werkzeugoberfläche 13
Werkzeugtemperierung 13
Z
Zykluszeiten 11
Zylindertemperaturen 10– Extrusion 17– Spritzguss 10
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BASF Polyurethanes GmbH
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KU/W
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