Der Protolis-Leitfaden zum Spritzgießen

Werkstoffe für das Formpressen

• Geeignete Elastomere für das Formpressen

Der Erfolg des Formpressens hängt nicht nur von der Präzision des Verfahrens ab, sondern auch von der Auswahl geeigneter Materialien. Elastomere eignen sich aufgrund ihrer Fähigkeit, hohem Druck und hoher Hitze standzuhalten und gleichzeitig die gewünschten mechanischen und chemischen Eigenschaften beizubehalten, besonders gut für diese Fertigungstechnologie. Jede Art von Elastomeren bietet einzigartige Leistungsmerkmale, weshalb die Materialauswahl entscheidend dafür ist, dass das Endprodukt die vorgesehenen Anforderungen hinsichtlich Funktion und Einsatzbedingungen erfüllt.

Werkstoffe für das Formpressen

Beim Formpressen kommen verschiedene Elastomere zum Einsatz, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften und Vorteile bieten und sich somit für unterschiedliche Anwendungen eignen. Hier ein Überblick über die für diese Technik besonders geeigneten Werkstoffe:

• 1. Naturkautschuk (NR): Naturkautschuk wird hauptsächlich aus Latex gewonnen und zeichnet sich durch eine hohe Dehnbarkeit und hervorragende Elastizität aus. Er vereint Festigkeit mit wasserabweisenden Eigenschaften und wird daher in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt.
• 2. Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-(EPDM)-Kautschuk: EPDM zeichnet sich durch seine Beständigkeit gegen Hitze, Licht und Ozon aus und übertrifft in diesen Bereichen viele natürliche und synthetische Elastomere. EPDM wird häufig für Dichtungsanwendungen verwendet und ist aufgrund seiner Wetterbeständigkeit und Isolierfähigkeit aus der Automobil- und Bauindustrie nicht mehr wegzudenken.
• 3. Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR): SBR ist für seine hervorragende Abriebfestigkeit bekannt und kommt häufig dort zum Einsatz, wo es auf Langlebigkeit ankommt. Dank seiner Beständigkeit gegen Quellung und Druckverformung eignet es sich ideal für industrielle Anwendungen mit starken Belastungen.
• 4. Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (auch: Nitrilkautschuk, NBR): Aufgrund seiner Robustheit eignet sich NBR für Anwendungen, bei denen Öl- und Chemikalienbeständigkeit gefragt ist. Seine hervorragende Druckfestigkeit und mechanische Festigkeit werden in der Automobilindustrie und bei industriellen Dichtungsanwendungen geschätzt.
• 5. Silikonkautschuk: Dieses Elastomer zeichnet sich durch außergewöhnliche Temperatur- und Abriebfestigkeit sowie chemische Stabilität und Langlebigkeit aus. Dank seiner Vielseitigkeit ist Silikonkautschuk ein bevorzugtes Material in der Medizin-, Automobil- und Lebensmittelindustrie.
• 6. Butylkautschuk (Isobuten-Isopren-Kautschuk, IIR): Butylkautschuk zeichnet sich durch seine außergewöhnliche Flexibilität und Gasundurchlässigkeit aus und eignet sich daher ideal für Anwendungen, bei denen Luft und Feuchtigkeit ferngehalten werden müssen.
• 7. Fluorkautschuk (FKM): Fluorelastomer zeichnet sich durch seine hervorragende Beständigkeit gegen Flüssigkeiten und Gase aus und ist unverzichtbar für Anwendungen, die eine hohe Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit erfordern.

Jeder dieser Werkstoffe bietet spezifische Vorteile für das Gummi-Formpressen, sodass sich Hersteller je nach den Leistungsanforderungen und Umgebungsbedingungen des Endprodukts für das geeignetste Elastomer entscheiden können.

• Technische Eigenschaften

Produkt	Dichte (g/cm²)	Zugfestigkeit (MPa)	Härte (Grad, Shore A)	Temperaturbereich (°C)
Naturkautschuk (NR)	1.15	17	50 (±5)	-20 bis+70
Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM) Kautschuk	1.11 bis 1.13	15.3	65 (±5)	-54 bis +150
Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)	1.55	3.4 bis 20	65 (±5)	-40 bis +70
Nitrilkautschuk (NBR)	1.2	15	65 (±5)	-25 bis +90
Silikonkautschuk	1.17 bis 2.10	7 bis 10	30 bis 80 (±5)	-60 bis +230
Butylkautschuk (IIR)	1.35	8	65 (±5)	-40 bis +120
Fluorelastomer-Kautschuk	1.85	3.4 bis 13.7	70 (±5)	-1 bis +300

Tabelle 1: Technische Eigenschaften verschiedener Elastomere für das Formpressen

• Die richtige Wahl des Elastomers für das Kompressionsformen

Bei der Auswahl eines Elastomers für das Formpressen sind verschiedene wichtige Faktoren zu berücksichtigen, um die optimale Leistung und Wirtschaftlichkeit des Endprodukts sicherzustellen:

• Materialeigenschaften: Bewerten Sie die Zugfestigkeit, Härte, den Betriebstemperaturbereich und die Abriebfestigkeit des Elastomers. Diese Eigenschaften bestimmen, wie gut sich das Material unter den jeweiligen Betriebsbelastungen und Umgebungsbedingungen verhalten wird.
• Anwendungsbedingungen: Der Verwendungszweck des Endprodukts hat einen erheblichen Einfluss auf die Materialauswahl. Einige Elastomere eignen sich hervorragend für Hochtemperaturumgebungen, während andere besser für hohe Luftfeuchtigkeit oder den Kontakt mit Chemikalien geeignet sind. Die Bewertung der mechanischen Belastungen und Beanspruchungen, denen das Erzeugnis ausgesetzt sein wird, ist von entscheidender Bedeutung.
• Kostenoptimierung: Auch Budgetbeschränkungen spielen bei der Materialauswahl eine entscheidende Rolle. Berücksichtigen Sie nicht nur die Kosten für das Material selbst, sondern auch die damit verbundenen Verarbeitungs- und Wartungskosten. Die Entscheidung für ein teureres Elastomer kann aufgrund seiner geringeren Langzeitkosten gerechtfertigt sein, da es eine höhere Lebensdauer aufweist und weniger Wartungsaufwand erfordert.
• Umweltverträglichkeit: Die Auswahl von Materialien, die sich für die Umgebungsbedingungen eignen, unter denen das Produkt verwendet werden soll, ist unerlässlich. Dabei spielen Faktoren wie UV-Belastung, Ozonbeständigkeit und möglicher Kontakt mit aggressiven Substanzen eine Rolle.

Durch die Berücksichtigung dieser Faktoren stellen Sie sicher, dass das ausgewählte Elastomer alle funktionalen, wirtschaftlichen und ökologischen Anforderungen für Ihr Gummi-Formpressprojekt erfüllen wird.

• Shore-Härte

Die Shore-Härte misst die Härte (bzw. Elastizität) von Elastomeren und Kunststoffen. Folglich ist das Verständnis der Shore-Härte beim Formpressen wichtig, da Gummiteile im Vergleich zu typischen Kunststoffteilen typischerweise geringere Härten aufweisen. Dies ist einer der Hauptgründe, warum das Formpressen verwendet wird.

Die Shore-Härte wird mit einem Durometer gemessen, einem Prüfmittel, das einen standardisierten Eindringkörper in die Materialoberfläche drückt. Der Shore-Härtewert wird durch den Widerstand bestimmt, den das Material beim Eindrücken leistet.

Die Shore-Härte beim Formpressen beeinflusst:

• Flexibilität: Höhere Shore-Werte weisen auf einen steiferen, festeren Werkstoff hin, während niedrigere Werte einen weichen, flexiblen Werkstoff anzeigen.
• Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit: Härtere Materialien weisen oft eine bessere Verschleißfestigkeit auf, wodurch sie sich für Anwendungen unter hohem Druck oder abrasiven Bedingungen eignen.
• Elastizität: Weichere Materialien mit niedrigeren Shore-Werten sind elastischer und kehren nach Verformung in ihre ursprüngliche Form zurück, was für Dichtungen, Dichtungsringe und andere flexible Teile besonders wichtig ist.

Es existieren verschiedene Shore-Skalen für unterschiedliche Werkstoffarten. Für formgepresste Gummi- und Elastomermaterialien werden am häufigsten die Shore-A- und Shore-D-Härteskalen verwendet.

Skala	Typischer Bereich (0–100)	Getestete Materialien	Härtegrade und Beispiele
Typ A	Weiche Elastomere	Gummi, TPEs (flexibel, komprimierbar)	0–30: sehr weich (gelartige Elastomere) 30–60: mittelweich (Dichtungen, Dichtungsringe, weiche Reifenprofile) 60–90: härtere Elastomere (Industriedichtungen, Riemen, Automobilabdichtungen) 90–100: zäher Gummi, kunststoffähnliche Steifigkeit
Typ D	Härtere Werkstoffe	Starre Kunststoffe, sehr harte Gummis	0–30: flexibel, aber fest (Hartgummiwalzen) 30–60: halbstarre Kunststoffe oder Hartgummi 60–90: Hartkunststoffe/starre Duroplaste (Strukturbauteile) 90–100: harte, glasartige Materialien

Shore A wird für weichere Elastomere wie Kautschuk und Thermoplaste (TPEs) verwendet. Materialien, die auf der Shore-A-Skala geprüft werden, sind in der Regel elastisch und komprimierbar. Die Skalenwerte reichen typischerweise von 0 bis 100, wobei 0 bis 30 sehr weiche Kautschukmaterialien wie gelartige Elastomere, 30 bis 60 mittelweiche Materialien wie Dichtungen, Dichtungsringe und weiche Reifenprofile und 60 bis 90 für härtere Elastomere, die in industriellen Dichtungen, Riemen und Automobilabdichtungen verwendet werden, sowie 90 bis 100 für sehr hartes Gummi, das an die Steifigkeit von Kunststoff grenzt.

Für härtere Materialien wie starre Kunststoffe und sehr harte Gummis werden Shore-D-Werte verwendet, die typischerweise zwischen 0 und 100 liegen, wobei 0 bis 30 für flexible, aber festere Materialien wie Hartgummiwalzen stehen, 30 bis 60 für halbstarre Kunststoffe oder Hartgummi, 60 bis 90 für harte Kunststoffe oder starre duroplastische Materialien, die in Strukturbauteilen verwendet werden, und 90 bis 100 für sehr harte, glasähnliche Materialien.

• ASTM-konforme Gummisorten

Die weltweit anerkannte Organisation American Society for Testing and Materials (ASTM International) entwickelt und veröffentlicht technische Standards für eine Vielzahl von Produkten, darunter auch Elastomere. Diese ASTM-Standards sind wichtig für Hersteller von Elastomeren, da sie Maßstäbe für die Bewertung der Qualität und Sicherheit ihrer Produkte bieten.

Eine wichtige Spezifikation, die ASTM D2000, ermöglicht es Käufern und Herstellern, Gummimaterialien anhand einer standardisierten Sprache zu definieren, die die physikalischen Eigenschaften beschreibt. Sie umfasst ein Zahlen- und Buchstabensystem, das Aspekte wie Revisionsjahr, Maßeinheiten, Materialqualität, Durometerhärte und Zugfestigkeit detailliert beschreibt.

ASTM-konforme Standards erleichtern die effektive Kommunikation zwischen Verbrauchern und Herstellern und gewährleisten, dass Produktspezifikationen klar und allgemein verständlich sind. Dadurch werden Konsistenz und Zuverlässigkeit in der gesamten Branche gefördert, was wiederum die Produktqualität und das Vertrauen der Verbraucher stärkt.

So lesen Sie ASTM-konforme Angabe

Das Verständnis der ASTM-Gummispezifikationen ist entscheidend für die Einhaltung der Anforderungen und Materialeigenschaften. Nehmen wir als Beispiel die Spezifikation ASTM D 2000-3 M2BG714B14EA14EF11EF31 EO14 EO34 F17. So wird sie entschlüsselt:

• ASTM D 2000: bezeichnet die angewendete Norm.
• -3: letzte Revision im Jahr 2003
• M: Angaben in metrischen Maßeinheiten
• 2: Güteklasse des Gummis
• B: Ausführung in Bezug auf Temperaturbeständigkeit
• G: Ausführung in Bezug auf Ölquellfestigkeit nach einer festgelegten Dauer und Temperatur
• 714: Angaben wie Härte und Zugfestigkeit sind hier kodiert
• B14xxx: Suffixe, die verschiedene Eigenschaften des Elastomers beschreiben, wie z. B. Wasserbeständigkeit, Wärmebeständigkeit, Zugfestigkeit, Haftung und mehr

Jeder Teil der Spezifikation enthält wichtige Informationen über die Materialeigenschaften und die erwartete Eignung des Gummis für bestimmte Einsatzbedingungen.

Erkunden Sie das Formpressen in weiteren Kapiteln :

Was ist Formpressen?

Ablauf des Formpressens

Vorteile und Grenzen des Formpressens

Formpressverfahren für Prototypen und die Kleinserienfertigung

Vergleich mit anderen Technologien

Häufige Anwendungen und Sektoren

Technischer Support für das Formpressen