Die Vorteile von PVD-Beschichtungen für Kunststoffformanwendungen
Sind Sie daran interessiert, Ihre Produktivität und Maschinenverfügbarkeit beim Kunststoffspritzguss zu steigern? Der Schutz Ihrer Formen und Werkzeuge vor Verschleiß mit den PVD-Beschichtungen von Ionbond ist ein guter Ausgangspunkt! Lesen Sie unseren Artikel, um mehr zu erfahren.
Das Kunststoffspritzgießen ist eine wichtige Wachstumsbranche, die den Erfolg vieler Sektoren wie Verpackung, Automobil, Sport und Freizeit, Unterhaltungselektronik und Kosmetik ermöglicht. Um die Kosten in diesem wettbewerbsintensiven Sektor niedrig zu halten, sind hohe Produktivität und Maschinenverfügbarkeit entscheidend. Ein weiterer wichtiger Aspekt für die Kosteneffizienz ist die Erhöhung der Lebensdauer Ihrer Werkzeuge: Die in Großserienverfahren wie dem Kunststoffspritzguss und der Folienextrusion verwendeten Matrizen und Formen sind in der Regel sehr komplex in ihrer Form, zeitaufwändig in der Herstellung und daher teuer.
Oberflächenbehandlungen und -beschichtungen, die die Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Produktivität von Gesenken und Formen für die Kunststoffumformung erhöhen, wie z. B. PVD-Beschichtungen, können einen erheblichen technologischen und wirtschaftlichen Mehrwert bieten. Diese Behandlungen tragen häufig auch zur Verringerung des Wartungsaufwands bei, da sie leicht zu reinigende Oberflächen schaffen und die Produktqualität durch enge Toleranzen und eine sehr hohe Oberflächenqualität verbessern.
Viele Verschleiß- und Schädigungsmechanismen während der Kunststoffverarbeitung
Die Kunststoffverarbeitung ist ein komplexes tribologisches System, was bedeutet, dass viele verschiedene Verschleiß- und Schadensmechanismen im Spiel sind. Nehmen wir eine Extruderschnecke für die Kunststoff-Spritzgießverarbeitung von Polypropylen (PP) als Beispiel. Typischerweise gibt es drei Zonen auf der Schnecke (Förderung - Verdichtung - Dosierung), in denen jeweils unterschiedliche Schadensmechanismen in unterschiedlichen Anteilen vorhanden sind (siehe Abbildung 1).
- Abrasiver Verschleiß wird durch harte, in den zu bearbeitenden Kunststoff eingebettete Partikel wie Glasfasern (600 HV), TiO2 (1.200 HV) oder Cr2O3 (2.300 HV) verursacht. Diese eingebetteten Partikel wirken selbst wie winzige Werkzeuge und formen die Form oder das Werkzeug in einem Prozess, der als Mikrobearbeitung bezeichnet wird.
- Erosion wird durch abrasive Partikel in der fließenden Kunststoffschmelze verursacht, die über die Oberfläche schaben.
- Der adhäsive Verschleiß (Aufbau) beruht auf Kaltverschweißung, chemischen Bindungen, elektrostatischen Kräften, Benetzung und Mikrokraterbildung. Dies führt zu abrasivem Verschleiß und Tribo-Oxidation.
- Kavitation wird durch lokalen Unterdruck in der fließenden Kunststoffschmelze verursacht. Die während der Bearbeitung gebildeten Blasen implodieren, wenn der Druck in der Nähe der Wand ansteigt, und beschädigen so die Werkzeugoberfläche.
- Korrosion wird durch korrosive Substanzen verursacht, die bei der Kunststoffverarbeitung entstehen, z. B. HCl bei der Verarbeitung von Polyvinylchlorid (PVC).
PVD-Beschichtungen haben eine Vielzahl von Vorteilen beim Schutz von Formen und Werkzeugen.
PVD-Beschichtungen haben eine chemisch gesättigte Funktionsoberfläche, die den Klebstoffverschleiß und die Bildung von Ablagerungen reduziert. Dies verbessert das Fließverhalten der Kunststoffschmelze und trägt dazu bei, Stick/Slip-Effekte sowie Einbrenner oder Schlieren auf dem Produkt zu vermeiden.
Die hohe Härte der Beschichtung erhöht die Verschleißfestigkeit der beschichteten Düse oder Form und schützt sie vor abrasivem Verschleiß durch harte, eingebettete Partikel im Kunststoff. Dies trägt dazu bei, die Integrität der Oberfläche während der täglichen Produktion, der Reinigung (z. B. zwischen zwei Kunststofffarben) und der Handhabung zu erhalten.
Zu guter Letzt helfen PVD-Mehrschichtbeschichtungen, den katalytischen Zerfall des Plastiks zu verhindern, indem sie den Kontakt mit Eisen (Fe) verhindern. Sie schützen auch die Formen und Werkzeuge vor Korrosion, die durch chemische Verbindungen verursacht wird, die während des Verarbeitungsprozesses entstehen.
Unglaubliches Kosteneinsparungspotenzial
Diese schützenden Eigenschaften summieren sich im Laufe der Zeit zu einem enormen Kosteneinsparungspotenzial. Gehen wir von einem Bewertungszeitraum von 6 Jahren für die zuvor besprochene Extruderschnecke aus. Wir vergleichen die Ionbond™ 30 (CrN) PVD-Beschichtung mit einer Hartauftragsschweißung, einer gängigen Oberflächenbehandlung. Wie in Abbildung 2 zu sehen ist, führt dies zu Einsparungen von 60 %.
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