PVC kann über Erfolg oder Misserfolg entscheiden. Es ist zwar äußerst lukrativ, aber auch extrem schwierig zu verarbeiten. Benötigen Sie Teile, die auch bei Minustemperaturen Ihre Erwartungen übertreffen, ist PVC-Spritzguss die Lösung.
Doch wenn PVC bei der Verarbeitung nicht richtig behandelt wird, wird es Sie enttäuschen. Lesen Sie weiter, um die besten Strategien für erfolgreiches PVC-Spritzgießen kennenzulernen.
Was ist PVC (Polyvinylchlorid)?
Fast ein Jahrhundert lang galt Vinylchlorid als Abfallprodukt der Chlorindustrie. 1926 entdeckte Waldo Semon weichgemachtes PVC bei der Arbeit mit PVC in einem hochsiedenden Lösungsmittel.
Die großtechnische Herstellung von PVC erfolgt heute durch die Reaktion von Ethylen und Chlor. Dabei entsteht das Vinylchlorid-Monomer, das anschließend durch Hitze und Chemikalien weich gemacht wird.
PVC ist feuerbeständig, chemikalienbeständig und für den jahrelangen Einsatz geeignet. Die Verarbeitung von PVC im Spritzgussverfahren kann jedoch eine Herausforderung darstellen. Das Material reagiert sehr empfindlich auf Temperaturen und kann Korrosion an den Formen verursachen. Daher ist eine strenge Prozesskontrolle erforderlich – dazu später mehr.
Arten und Güteklassen von PVC
Es gibt zwei Hauptarten von PVC: Hart-PVC (uPVC) und Weich-PVC (PVC-p). Hart-PVC wird für starre Anwendungen wie Rohre verwendet, während Weich-PVC für Dichtungen und Schläuche zum Einsatz kommt.
| PVC | Eigenschaften im Vergleich | Verwendung |
| PVC-U (uPVC) | Unplastifiziert und hart | Wasserleitungen, Fensterrahmen und Türen |
| PVC-P (flexibel) | Weichmacher und weich | Kabelisolierung und medizinische Schläuche |
| Chloriertes PVC (CPVC) | Beständiger gegen höhere Temperaturen als Standard-PVC | Sprinkler |
| Orientiertes Polyvinylchlorid (PVC-O) | Robust und dehnbar | Hochdruckwassersysteme |
| Modifiziertes Polyvinylchlorid (PVC-M) | Robust und rissbeständig | Gasleitungen, industrielle Chemikalienleitungen |
Bei PVC-Typen wird das K-Wert-System verwendet, wobei jeder Wertebereich die Verarbeitbarkeit des jeweiligen Typs und seine primären Anwendungsgebiete angibt.
| K-Wert-Bereich | Notentyp | Eigenschaften im Vergleich | Anwendungen |
| K50 – K55 | Spezial - Special | Am einfachsten zu verarbeiten, geringere mechanische Festigkeit. | Batterieseparatoren, Mischharze. |
| K57 – K60 | Niedrig | Hohe Fließfähigkeit, leichtes Schmelzen, niedrige Viskosität. | Spritzguss, Blasformen und transparente Folien. |
| K65 – K68 | Medium | Perfekte Balance zwischen Festigkeit und einfacher Fertigung. | Standardrohre, Fensterprofile und allgemeine Verwendung. |
| K70 – K75 | Hoch | Höchste Festigkeit, am schwierigsten zu verarbeiten. | Hochdruckrohre, Industrieböden und Kabelisolierung. |
Wichtigste Merkmale und Eigenschaften von PVC
PVC ist in vielen Anwendungsbereichen zuverlässig, da es inert ist. Es reagiert nicht bei Kontakt mit Säuren und Laugen.
Es besitzt eine überlegene Durchschlagsfestigkeit, was es zu einem hervorragenden Isolator macht.
PVC leitet Wärme nicht gut. Es ist eines der kostengünstigsten und gleichzeitig hocheffizientesten Wärmedämmstoffe, die der Mensch kennt.
Neben dem Schutz vor Elektrizität und Hitze bietet es auch eine außergewöhnlich hohe Zugfestigkeit. Obwohl das Material selbst leicht ist, kann es hohen mechanischen Belastungen standhalten.
Vorteile von PVC
- Spart Geld, da es nicht rostet oder verrottet.
- Man kann es zur Gewichtsreduzierung nutzen, um Energie- und Arbeitskosten zu sparen.
- Es ist porenfrei und daher hygienisch unbedenklich für Anwendungen in der Medizin und Lebensmittelverarbeitung.
- Seine Verfügbarkeit ist auch bei Schwankungen der Ölmärkte gewährleistet – es basiert nicht zu 100 % auf Erdöl (57 Gewichtsprozent Salz).
- PVC ist vollständig recycelbar
Nachteile und Überlegungen
- PVC verträgt keine hohen Temperaturen – es wird weich.
- Wenn PVC während der Verarbeitung überhitzt oder sich zersetzt, kann es HCl freisetzen, das Schnecken, Zylinder und Formen korrodieren kann.
- Durch die jahrelange Einwirkung hoher mechanischer Belastung verändert es seine Form
Konstruktionsrichtlinien für PVC-Spritzguss
Überlegungen zur PVC-Produktgestaltung
Die Wände müssen gleichmäßig sein. Bei PVC führt eine ungleichmäßige Wandstärke unweigerlich zu inneren Spannungen und Einfallstellen.
Runden Sie alle Innenecken um mindestens 25 % der Wandstärke des Bauteils ab. Scharfe Ecken mögen zwar ästhetisch ansprechend sein, verringern aber die Stabilität von PVC-Teilen.
PVC hat einen hohen Reibungskoeffizienten. Um Schleifspuren zu vermeiden, sollte ein großzügiger Entformungswinkel von mindestens 2–3 Grad eingehalten werden. Andernfalls muss das Teil möglicherweise mühsam aus der Form herausgemeißelt werden.
Dünnere Wände sind zwar gut für die Bilanz, da sie Kosten sparen. Bei PVC ist das jedoch nicht der Fall. Aufgrund seiner hohen Scherempfindlichkeit besteht die Gefahr von thermischer Zersetzung und Biegeversagen. Verwenden Sie daher dickere Wände, die Sie aushöhlen und mit inneren Rippen versehen.
Vermeiden Sie enge Hinterschnitte, da das Material zum Anhaften neigt. Achten Sie außerdem darauf, dass die Rippen 50–60 % der nominellen Wandstärke aufweisen, um Einfallstellen zu vermeiden.
PVC-Form- und Anguss-Design
Verwenden Sie einen breiten Anguss, damit das Material ungehindert und nicht mit Gewalt durchfließen kann. Bei PVC führt die durch kleine Angüsse verursachte hohe Scherkraft zu einer chemischen Zersetzung, die das Material korrosiv macht. In diesem Fall sind Fächerangüsse besser geeignet als Stiftangüsse.
Eine komplexe Form ist letztendlich günstiger als fünf einfache. Die Annahme, man könne komplexe Teile vereinfachen, indem man sie in separate Formen aufteilt, ist falsch.
Durch die Integration aller Komponenten in eine einzige Form werden menschliche Fehler und kostspielige Montageprozesse vermieden.
Ein PVC-Teil mit strukturierter Oberfläche ist einem glatten Teil vorzuziehen. Durch die Strukturierung ist das Material entspannter und somit formstabiler. Verwenden Sie gezielt mikrostrukturierte Oberflächen. Dies ermöglicht es Ihnen, den Einspritzdruck und damit auch die Spannungen im Formteil sowie den Verzug zu reduzieren.
Wie bereits erwähnt, kann PVC bei hohen Temperaturen korrosiv werden. Werden keine hochwertigen Stahlformen (420 oder S136) verwendet, besteht die Gefahr, dass die Investition durch Lochfraß und Rost verloren geht.
Im Inneren der Form kann eingeschlossene Luft die Oberflächen Ihrer PVC-Teile verbrennen. Durch das Anbringen von Entlüftungsöffnungen am Ende jedes Fließwegs können die Gase jedoch entweichen, und die Ausschussquote wird reduziert.
Schrittweiser PVC-Spritzgießprozess
Schritt 1. Materialvorbereitung
PVC sollte nicht stundenlang in der Hitze getrocknet werden. Es ist nicht hygroskopisch. Der Trocknungsprozess sollte jedoch nicht vollständig ausgelassen werden. Trocknen Sie es zügig und schonend.
Schritt 2. Die Maschine befüllen.
Füllen Sie den Trichter nur halb voll, damit das Gewicht des Materialhaufens den Materialfluss nicht behindert. Geben Sie der Maschine nur so viel Material, wie sie pro Stunde benötigt, da sonst der Druck und damit auch die Teilequalität schwankt.
Schritt 3. Schmelzen
Erhöhen Sie die Hitze, aber nicht so, dass das Material flüssig wie Wasser wird. Bei hohen Temperaturen setzt PVC ätzende Säuren frei. Die optimale Schmelztemperatur für PVC liegt zwischen 160 °C und 190 °C.
Verwenden Sie mehr Scherwärme und weniger Zylinderwärme. Zylinder erhitzen nur die Außenseite und nicht das Innere des Harzes, wodurch die Oberfläche verbrennt.
Schritt 4. Injektion
Wenn PVC abkühlt, verformt es sich nicht mehr. Die Injektion muss erfolgen, sobald das Material geschmolzen ist. Es sollte schnell erfolgen, damit die Ecken verdichtet werden können, bevor das Harz schrumpft. Verwenden Sie einen Injektionsdruck von 70 bis 150 MPa.
Schritt 5. Halten
Sie müssen einen Nachdruck ausüben, damit das Material nicht zurückfließt oder schrumpft. Beginnen Sie mit dem Nachfüllen bei 50 % des Einspritzdrucks. Diesen können Sie später leicht auf 80 % erhöhen. Ohne diesen Schritt verlieren Sie die Festigkeit und Maßgenauigkeit Ihres Bauteils.
Schritt 6. Kühlung und Ausstoß
Man könnte das Teil zwar so lange in der Form lassen, bis es sich kalt anfühlt, aber das würde Unmengen an Geld kosten. Deshalb muss man das Teil auswerfen, sobald es fest und warm ist.
Kühlen Sie das Werkstück gegebenenfalls außerhalb der Form in einem Wasserbad. Dadurch halbieren sich Ihre Maschinenstundenkosten und Verformungen werden vermieden.
Empfohlene PVC-Verarbeitungsparameter
- Die Schmelztemperatur sollte für Hart-PVC zwischen 160 °C und 190 °C und für Weich-PVC zwischen 140 °C und 190 °C liegen.
- Der Einspritzdruck sollte für flexibles PVC 70 bis 100 MPa und für starres PVC 100 bis 150 MPa betragen.
- Die ideale Formgebungstemperatur liegt bei 20 °C bis 50 °C für flexibles PVC und bei 40 °C bis 60 °C für starres PVC.
- Die Einspritzgeschwindigkeit sollte 20 bis 50 mm/s betragen.
Herausforderungen und Fehlerbehebung
Schwarze Flecken
Stellen Sie sicher, dass die Temperatur im empfohlenen Bereich für das Material liegt. Prüfen Sie außerdem Schnecke und Angusskanal auf Verstopfungen. Verwenden Sie stets eine saubere und gut polierte Form. Wenn sich das Harz nicht ausbreiten kann, kann es auch nicht verbrennen.
Weitere praktikable Lösungen für schwarze Flecken beim PVC-Spritzgießen:
- Reduzieren Sie die Zykluszeit
- Die Hitze im Fütterungsbereich reduzieren
- Der Gegendruck sollte zwischen 800 und 1000 psi liegen.
Schwache Bindenähte
An der Stelle, wo zwei Materialströme aufeinandertreffen, entsteht eine Nahtstelle. Sollte diese Schweißnaht jedoch unerwartet brüchig sein, empfiehlt es sich, den Anguss so zu versetzen, dass die Materialströme in einem dickeren Bereich des Bauteils zusammentreffen. Versuchen Sie nicht, die Temperatur zu erhöhen, da dies die PVC-Verbindungen nur schwächt.
Einfallstellen
Einfallstellen entstehen dort, wo die schwersten Rippen und Ansätze verwendet wurden. Diese Einfallstellen können eine Erhöhung des Anpressdrucks bzw. der Haltezeit sowie Anpassungen am Bauteildesign, wie z. B. die Reduzierung der Rippen-Wandstärke, erfordern.
Sie können Einfallstellen auch verhindern, indem Sie:
- Sicherstellen, dass Rippen und Ansätze 60 % der nominellen Wandstärke nicht überschreiten.
- Kernbohrung dickerer Abschnitte
- Großzügige Radien zur Vermeidung von Spannungsaufbau
Verziehen
Wenn sich ein PVC-Teil verzieht, ist die häufigste Ursache eine zu schnelle Abkühlung. Erfolgt die Abkühlung zu schnell, erstarrt die äußere Schicht des Teils, während der Kern flüssig bleibt. Dies führt zu ungleichmäßiger Schrumpfung, die später den Verzug verursacht.
Allerdings müssen auch Druckschwankungen berücksichtigt werden. Bei ungleichmäßigem Druck kann das Material den Hohlraum beim Schrumpfen nicht vollständig ausfüllen.
Weitere Möglichkeiten, das Verziehen von PVC zu verhindern, sind:
- Die Tore in den dicksten Abschnitten anbringen.
- Durch das Hinzufügen von Rippen und Knotenblechen wird die Wandfestigkeit verbessert
- Mithilfe von Auswurfstiften, die auf die dicksten Abschnitte drücken.
Formhaftung
Teile können aufgrund von Materialermüdung oder zu hoher Schließkraft an der Form kleben bleiben. PVC ist scherempfindlich und neigt daher noch stärker zum Anhaften als andere Kunststoffe. Folgende Lösungen stehen zur Verfügung:
- Niedrigere Zylinder- oder Formtemperatur
- Den Haltedruck reduzieren, um ein Überfüllen zu vermeiden.
- Verlängern Sie die Abkühlzeit, damit das Teil vollständig aushärten kann.
- Größere Entfaltungswinkel verwenden
- Verwenden Sie ein Trennmittel auf Silikonbasis.
Industrielle Anwendungen von PVC-Spritzguss
Chemische Anlagen
Im PVC-Spritzgussverfahren werden Ventile und Armaturen hergestellt, die für die Funktionsfähigkeit von Anlagen zur chemischen Verfahrenstechnik benötigt werden. Diese Teile sind beständig gegen Säuren, Laugen und Alkohole.
Elektrische Isolierung
Die Elektro- , Automobil- und Bauindustrie setzen zunehmend auf PVC-Spritzguss, um komplexe Isolationsherausforderungen zu meistern. PVC ist kostengünstig und besitzt eine hohe Durchschlagsfestigkeit. Es wird verwendet zur Herstellung von:
- Anschlussdosen
- Rohrverbindungsstücke
- Rohrverschraubungen
- Kabelverbinder und Schutzabdeckungen
- Innenverkleidungen und Armaturenbretter
Medizinische Ausrüstung
Durch PVC-Spritzgießen lassen sich porenfreie Teile herstellen, in denen sich Bakterien nicht ansiedeln können. Antimikrobielle Zusätze können dem Material beigemischt werden, um es dauerhaft resistent gegen mikrobielles Wachstum zu machen. Dadurch eignet es sich zuverlässig für die Herstellung biokompatibler Komponenten und medizinischer Geräte , darunter:
- Schläuche und Verbindungsstücke für die Dialyse
- Blutbeutel und Blutkomponenten
- Schläuche für medizinische Pumpen
- Beatmungsgeräte und Atemmasken
- Konnektoren für Katheter
Meereserkundung
PVC ist beständig gegen Korrosion durch Meerwasser. Es übersteht längere Einwirkung von Chemikalien und UV-Strahlung. PVC-Spritzguss ist daher wichtig für die Herstellung von:
- Ausrüstung für die maritime Öl- und Gasexploration,
- Ozeanographische Sensoren
- Ausrüstung für die Küstenforschung
Industriemaschinen
In der Schwerindustrie stellen Vibrationen ein hartnäckiges Problem dar und beeinträchtigen die Effizienz und Lebensdauer von Anlagen. Glücklicherweise lassen sich die für die Vibrationsdämpfung benötigten Bauteile im PVC-Spritzgussverfahren herstellen, das die viskoelastischen Eigenschaften des Materials nutzt. Beispiele hierfür sind:
- Maschinenfüße und Nivellierhalterungen
- Spulenstifte für Motoren und Pumpen
- Puffer, Pads und Anschläge
- Gehäuse und Paneele für industrielle Gehäuse
Mögliche Alternativen zu PVC-Kunststoff
Thermoplastische Elastomere (TPE)
- TPE eignet sich hervorragend für Gerätegriffe und Dichtungen.
- Im Gegensatz zu PVC ist es auch bei niedrigeren Temperaturen flexibel.
- Es benötigt keine Weichmacher.
Thermoplastisches Polyurethan (TPU)
- TPU wird in medizinischen Schläuchen, Automobildichtungen und Soft-Touch-Griffen verwendet.
- Es ist flexibel, langlebig und abriebfest.
- Es hält höheren Belastungen stand als PVC.
Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM)
- Es übersteht längere Einwirkung von Hitze, UV-Strahlung und Ozon.
- Gut geeignet für Dichtungen in Klimaanlagen und Kraftfahrzeugen.
- Hervorragend geeignet zur Vibrationsdämpfung und elektrischen Isolierung.
Silikon (Flüssigsilikonkautschuk – LSR)
- LSR ist in der Lage, sowohl Minustemperaturen als auch extremen Temperaturen (-50 °C bis 200 °C) standzuhalten.
- Es federt zurück, wenn es zusammengedrückt wird.
- Es ist vor allem im Gesundheitswesen und bei medizinischen Anwendungen wertvoll, hat aber auch unzählige andere Einsatzmöglichkeiten.
Naturkautschuk (vulkanisiert)
- Naturkautschuk bietet eine höhere innere Energieabsorption als PVC.
- Es kehrt beim Zusammendrücken in seine ursprüngliche Form zurück.
- Zu den wichtigsten Anwendungsgebieten gehören schwingungsdämpfende Bauteile und medizinische Geräte.
EzraMade
Benötigen Sie zuverlässige PVC-Spritzgussfertigung?
Was sind die besten Vorgehensweisen beim PVC-Spritzgießen?
Verwenden Sie eine gut polierte oder verchromte Edelstahlform und eine Schnecke mit geringer Kompressionsrate. Dies schützt die Maschine vor chemischer Lochfraßkorrosion und verhindert die Korrosion der Form.
Installieren Sie Temperaturregler in jeder Zone. Lassen Sie das Material nicht zu lange im Fass. Dies beugt dem Abbau der Polymerketten vor.
Spülen Sie die Maschine nach jedem Lauf gründlich durch. Wenn PVC in einem heißen Zylinder verbleibt, verkohlt es, was beim nächsten Lauf zu schwarzen Flecken führt.
Reduzieren Sie die Schneckendrehzahl auf 30–60 U/min. PVC reagiert empfindlich auf Reibungswärme. Bei hohen Schneckendrehzahlen zersetzt sich das PVC bereits, bevor es in die Form gelangt.
Fazit
PVC-Spritzguss ist für elektrische Isolierung, Schwingungsdämpfung und medizinische Geräte unverzichtbar. Allerdings ist das Verarbeitungsfenster eng. Um qualitativ hochwertige Ergebnisse zu erzielen, müssen die richtigen PVC-Typen ausgewählt, ein optimales Fließverhalten gewährleistet und die Temperatur streng kontrolliert werden.
Häufig gestellte Fragen
PVC reagiert sehr empfindlich auf Temperaturschwankungen. Bereits bei geringfügig höheren Temperaturen kann sich das Harz zersetzen und im Inneren der Form ätzende Säuren freisetzen.
Ja. Denn die bei der PVC-Verarbeitung freigesetzte Salzsäure kann herkömmliche Schnecken und Zylinder korrodieren.
Flexibles PVC wird durch Weichmacher weich und dehnbar gemacht. Es wird für Anwendungen eingesetzt, die Flexibilität erfordern, z. B. Dichtungen und weiche Dämpfungsmatten. Hartes PVC ist steif und enthält keine Weichmacher. Es wird für Anwendungen verwendet, die Festigkeit und Zähigkeit erfordern, z. B. Rohre und Formstücke.
Quellen
- Hersteller-Verarbeitungsrichtlinien für uPVC und PVC-P: https://www.researchgate.net/publication/237732382_Manufacturing_and_Processing_of_PVC
- Spritzgießen von PVC: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-009-5614-8_15
- PVC-Spritzguss: https://www.fictiv.com/articles/pvc-injection-molding
- Richtlinien für das PVC-Spritzgießen: https://www.scribd.com/document/604692444/PVC-Injection-Molding-Guidelines
