ABS Spritzgießen
Was haben Legosteine, Smartphones, Stoßdämpfer und Staubsauger gemeinsam? Wie viele andere Bauteile bestehen all diese zumindest außen aus dem Kunststoff ABS. ABS steht für Acrylnitril-Butadien-Styrol. Dabei nimmt das Copolymer Styrol mit meist um die 50% den größten Anteil ein, gefolgt von dem Butadien-Kautschuk mit ca. 10-30% und dem Acrylnitril. Es würde für diesen Blog zu weit führen, wenn wir auf die Eigenschaften jedes seiner Bestandteile gesondert eingingen, aber in der Masse ergeben sich ausgezeichnete Fähigkeiten.
Sie machen diesen Kunststoff zum Allrounder. In der Herstellung des Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisats kann man die einzelnen Monomere im sogenannten Propfverfahren nacheinander an die erste Polymerkette anfügen. Man kann sie in der Emulsion auch nach und nach zum Polymerisationsprozess hinzugeben oder führt sie von Anfang an im Masseverfahren gemeinsam durch den Prozess. Das klingt genauso kompliziert wie es für die Nicht-Chemiker unter uns ist. Daher sind wir bei der Stocker Kunststoff GmbH auch immer froh, wenn wir den fertig hergestellten Kunststoff in Granulatform beziehen bzw. geliefert bekommen.
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Eigenschaften des ABS
Das fertige ABS ist als Material wie gesagt als Allrounder für viele Produkte unverzichtbar. Folgende Eigenschaften zeichnen das ABS für den Spritzguss wie übrigens auch für den 3D Druck aus.
- Seine Dichte liegt bei ca. 1.100 kg/m³.
- Die Dauergebrauchstemperatur liegt zwischen 85° und 100° Celsius, bevor es schmilzt.
- Die Zugfestigkeit und die Schlagfestigkeit sind sehr gut, 40 bis 50 N/mm² sind normal.
- Daraus ergibt sich auch eine gute Steifigkeit und generell eine hohe Belastbarkeit.
- Ein Nachteil besteht in der relativen Kälteempfindlichkeit, die es bei unter minus 30° Grad Celsius möglicherweise spröde werden lassen, was sich jedoch durch Zusatzstoffe nach unten auf der Celsius-Skala ausweiten lässt.
Wenn man die glänzende und gut bearbeitbare Oberfläche beim ABS einrechnet, ist es kein Wunder, dass das preislich im mittleren Bereich liegende ABS zu den am häufigsten eingesetzten technischen Kunststoffen zählt.
Hart, kratzfest und mattglänzend, so verhält sich das Endprodukt nach dem Spritzgießen. ABS-Produkte widerstehen Fetten und Ölen und sind gesundheitlich unbedenklich. Wer je im Dunkeln barfuß auf Legosteine getreten ist, weiß, dass das ABS als Material viel aushält.
Den gleichen Vorteil nutzt man im Automobilbau, bei Kantenbändern, also den Umleimern in der Möbelindustrie und bei allen möglichen Gehäusen, bei denen man diese Kunststoffe für technische Geräte in Kundenhand verwendet.
Die Nachbearbeitung des ABS nach dem Spritzguss
ABS lässt sich wie gesagt nach dem Spritzguss gut bearbeiten, bevor man das Material endgültig verwendet. Man kann die Produkte fräsen, schleifen oder drehen, wenn man dabei die Temperaturgrenzen nicht überschreitet. Außerdem kann man diese Kunststoffe sauber und fest verkleben, allerdings ist der Kleber mit Keton gesundheitsschädlich.
Dem ABS macht das nichts aus, es ist recht widerstandsfähig gegenüber flüssigen Chemikalien. Nach dem Spritzgießen der Produkte erfolgt häufig die Fertigstellung in anderen Betrieben. Hier werden dann die Oberflächen behandelt und für den eigentlichen Zweck fertig bearbeitet. Man kann das ABS sehr gut mit anderen Polymeren oder Metallen wie Chrom beschichten.
Das sieht nicht nur gut aus, sondern schützt das ABS u.a. auch vor den UV-Strahlen. Des Weiteren kann man das ABS je nach Bedarf nach dem Spritzguss galvanisieren, lackieren und sogar bedrucken. Vor dem Spritzgießen müssen dem Kunststoff bestimmte Zusatzstoffe beigemischt werden, wenn man ihn z.B. besonders antistatisch benötigt. Die Farbe für das ABS ist nahezu frei wählbar.
ABS und die Nachhaltigkeit
Einer der ganz großen Vorteile für das ABS zeigt sich im Lichte der Ökologie und Nachhaltigkeit. Sofern es sauber sortiert und gesammelt wird, lässt sich ABS ausgezeichnet recyceln, ohne dass es nennenswert an Eigenschaften einbüßt. Wenn man diesen amorphen Thermoplast einschmilzt, verbrennt er nicht, sondern verflüssigt sich. Nach Erreichen der Temperaturschwelle beim Abkühlen verfestigt sich der Kunststoff wieder. Dieser Prozess hängt jedoch auch von den bei der Produktion des Granulats verwendeten Zusatzstoffen ab. Amorph bedeutet beim Kunststoff und generell in der Chemie, dass die Atome keine geordnete Struktur, sondern ein unregelmäßiges Muster bilden, was ihre erneute Verfestigung erleichtert.
Es besteht bereits ein interessierter Markt für Geräte, die aus recyceltem ABS hergestellt wurden. Dazu kommt die wissenschaftliche Entwicklung im Bereich der erneuerbaren Rohstoffe. Fossile Rohstoffe werden für die nachhaltige ABS-Herstellung teilweise mit bis zu 80% biologischen Rohstoffen kombiniert. Während der Polymerisation entstehen Verbindungen mit den gleichen chemischen Eigenschaften wie das rein fossile Original. Dazu lassen sich bei der chemischen Aufspaltung zur Vorbereitung z.B. gebrauchte Speiseöle oder Rückstände aus der Zellstoffproduktion verwenden. Das ergibt einen wesentlich kleineren CO2-Fußabdruck – ein gewichtiges Argument auf den modernen Märkten Europas und der USA.
ABS beim Spritzgießen
Je nach Mengenanteil der Copolymere und den beabsichtigten Eigenschaften der ABS-Produkte bzw. Kunststoffteile können die Materialien beim Spritzgießen unterschiedliche Schmelztemperaturen und z.B. Fließgeschwindigkeiten aufweisen. Das wiederum hat Folgen für die Einspritztemperatur und den Einspritzdruck beim Spritzguss. Etwas fachmännischer ausgedrückt sollte der Temperatur-Regelbereich in der Zylinder-Anwendung zwischen 180° und 230° Grad Celsius liegen, woraus sich für die Düse eine Temperatur zwischen 190° und 220° Grad Celsius ergibt.
Je nach Eigenschaften der Kunststoffteile in Bezug auf die Wandstärke, Anschnittgröße und Eigenschaften der ABS Mischung ergeben sich daraus Drücke zwischen 70 bis 150 N/mm² (oder auch Megapascal, MPa). Die Einspritzgeschwindigkeit wird niedrig bis mittel gehalten und der Ladedruck der Spritzgießmaschine bei ca. 60 N/mm² begrenzt, womit sich eine geringere innere Spannung im fertigen Bauteil ergibt. Eine Formwerkzeug-Temperatur um die 60° Grad Celsius begrenzt den Schrumpfungsprozess, hält die innere Spannung niedrig und sorgt für ein gutes Aussehen auf der Oberfläche. Allerdings sind diese Werte wirklich nur Durchschnittsangaben bzw. Schätzwerte, denn jedes neu komponierte ABS reagiert beim Spritzguss anders.