Welcher Kunststoff für Spritzguss? – PP und PE im Vergleich

Die Wahl des richtigen Kunststoffs ist entscheidend für den Erfolg eines Spritzgussprojekts. Zwei der am häufigsten verwendeten Thermoplaste sind Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE). Dieser Artikel beleuchtet die wichtigsten Eigenschaften und Verarbeitungsparameter beider Materialien und hilft Ihnen bei der Entscheidung für den passenden Kunststoff.

Polypropylen (PP) im Spritzguss

PP, allgemein bekannt als Polypropylen, wird aufgrund seiner ausgezeichneten Biegefestigkeit auch als „unzerbrechlicher Gummi“ bezeichnet. Es zählt zu den vielseitigsten Kunststoffen im Spritzguss.

Eigenschaften von PP

PP ist ein transluzenter, teilkristalliner Thermoplast mit hoher Festigkeit, guter Isolationsfähigkeit, geringer Wasseraufnahme, hoher Wärmeformbeständigkeit, niedriger Dichte und hoher Kristallinität. Übliche modifizierte Füllstoffe umfassen Glasfasern, mineralische Füllstoffe und thermoplastischen Kautschuk. Diese Eigenschaften machen PP zu einem idealen Werkstoff für technische Anwendungen im Spritzguss.

Fließfähigkeit und Einfärbung

Die Fließfähigkeit von PP variiert je nach Anwendung erheblich; im Allgemeinen liegt sie zwischen der von ABS und PC. Reines PP ist transluzent elfenbeinweiß und kann in verschiedenen Farben eingefärbt werden. Auf herkömmlichen Spritzgießmaschinen können zum Einfärben von PP Farbmasterbatches verwendet werden.

Auf Maschinen mit separaten Weichmachern, die den Mischprozess verbessern, kann auch Farbpulver zum Einsatz kommen. Für Produkte im Außenbereich werden üblicherweise UV-Stabilisatoren und Ruß als Füllstoffe eingesetzt. Der Anteil an Recyclingmaterial sollte 15 % nicht überschreiten, da es sonst zu Festigkeitsverlusten, Zersetzung und Verfärbung kommen kann. PP benötigt im Allgemeinen keine spezielle Trocknungsbehandlung vor dem Spritzgießen.

Wichtige Verarbeitungsparameter für PP

Für die Auswahl der Spritzgießmaschine gelten keine besonderen Anforderungen. Aufgrund der hohen Kristallinität von PP ist eine computergesteuerte Spritzgießmaschine mit hohem Einspritzdruck und mehrstufiger Steuerung empfehlenswert. Die Schließkraft beträgt üblicherweise 3800 t/m², das Einspritzvolumen 20–85 %.

Werkzeugtemperatur und Angussgestaltung

Die Werkzeugtemperatur sollte zwischen 50 und 90 °C liegen. Höhere Werkzeugtemperaturen werden für Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit eingesetzt. Die Kerntemperatur sollte mindestens 5 °C unter der Kavitätstemperatur liegen. Der Angusskanaldurchmesser sollte 4–7 mm und die Angusslänge 1–1,5 mm betragen.

Die Form muss über gute Entlüftungseigenschaften verfügen, mit 0,025–0,038 mm tiefen und 1,5 mm breiten Entlüftungslöchern. Um Schrumpfungsmarken zu vermeiden, sollten große, runde Angüsse und kreisförmige Verteilerkanäle verwendet werden. Die Stärke der Verstärkungsrippen sollte gering sein (etwa 50–60 % der Wandstärke).

Temperaturführung beim PP-Spritzgießen

PP hat einen Schmelzpunkt von 160–175 °C und eine Zersetzungstemperatur von 350 °C. Die Spritzgießtemperatur sollte jedoch 275 °C nicht überschreiten; die optimale Temperatur in der Schmelzzone liegt bei 240 °C. Produkte aus Homopolymer-PP sollten eine Dicke von 3 mm nicht überschreiten, da sonst Lufteinschlüsse entstehen können. Dickwandige Produkte können nur aus Copolymer-PP hergestellt werden.

Einspritzdruck und Nachdruck

Um innere Spannungen und Verformungen zu reduzieren, sollte Hochgeschwindigkeitsspritzgießen gewählt werden. Dies ist jedoch für einige PP-Typen und Formen ungeeignet und kann zu Lufteinschlüssen und Schlieren führen. Ein Schmelzegegendruck von 5 bar ist möglich; der Gegendruck für Farbpulver kann entsprechend erhöht werden.

Verwenden Sie einen höheren Einspritzdruck (1500–1800 bar) und einen höheren Nachdruck (etwa 80 % des Einspritzdrucks). Schalten Sie bei etwa 95 % des Gesamthubs auf Nachdruck um und verlängern Sie die Nachdruckzeit. Um durch Nachkristallisation verursachte Schwindverformungen zu vermeiden, sollte das Produkt in der Regel in heißem Wasser eingeweicht werden.

Polyethylen (PE) im Spritzguss

PE ist ein kristalliner Rohstoff mit extrem geringer Hygroskopizität (maximal 0,01 %), daher ist vor der Verarbeitung keine Trocknung erforderlich. PE-Moleküle weisen eine gute Kettenflexibilität, schwache intermolekulare Kräfte, eine niedrige Schmelzviskosität und eine ausgezeichnete Fließfähigkeit auf, wodurch sich dünnwandige Produkte mit langen Fließwegen bereits bei niedrigem Druck herstellen lassen.

Schrumpfung und Kristallinität bei PE

PE weist einen großen Schrumpfungsbereich, hohe Schrumpfungswerte und eine ausgeprägte Schrumpfungsrichtung auf. LDPE hat eine Schrumpfungsrate von etwa 1,22 %, HDPE hingegen von etwa 1,5 %. Daher neigt PE zu Verformungen und Verzug. Die Kühlbedingungen der Form haben einen signifikanten Einfluss auf die Schrumpfungsrate; die Formtemperatur muss sorgfältig kontrolliert werden, um eine gleichmäßige und stabile Kühlung zu gewährleisten.

PE besitzt eine hohe Kristallinität. Die Formtemperatur hat einen signifikanten Einfluss auf die Kristallinität des Formteils. Höhere Formtemperaturen führen zu einer langsameren Abkühlung der Schmelze, höherer Kristallinität und somit zu höherer Festigkeit des Bauteils.

Besonderheiten bei der PE-Verarbeitung

PE hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt, aber eine hohe spezifische Wärmekapazität. Daher ist für die Plastifizierung dennoch eine beträchtliche Wärmemenge erforderlich, was eine Plastifizierungseinheit mit hoher Heizleistung notwendig macht, um die Produktionseffizienz zu verbessern. PE hat einen engen Erweichungsbereich, und seine Schmelze oxidiert leicht. Während des Formprozesses sollte der Kontakt zwischen der Schmelze und Sauerstoff daher so weit wie möglich vermieden werden, um eine Verschlechterung der Qualität des Formteils zu verhindern.

Fazit – PP oder PE für Ihren Spritzguss?

Sowohl PP als auch PE sind vielseitige Kunststoffe für den Spritzguss. Die Wahl zwischen ihnen hängt von den spezifischen Anforderungen an das Endprodukt ab:

PP eignet sich besonders für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Biegefestigkeit, Wärmeformbeständigkeit und Maßgenauigkeit.

PE hingegen überzeugt durch ausgezeichnete Fließfähigkeit, niedrige Kosten und gute chemische Beständigkeit. Ein fundiertes Verständnis der jeweiligen Verarbeitungsparameter ist der Schlüssel zu hochwertigen Spritzgussteilen.