Belagsanalyse im Spritzgießprozess

Ursachen erkennen, Probleme nachhaltig lösen

Beläge in Spritzgießwerkzeugen sind mit verschiedenen Fehlerbildern verknüpft und können die Produktivität von Werkzeugen wesentlich einschränken. Beispielsweise führen größere Ansammlungen von Belägen zu einem Prozessabbruch und einer Reinigung, wenn inakzeptable Abdrücke oder Glanzstellen in den Oberflächen von Formteilen auftauchen. Aber auch dünnste, nicht sichtbare Beläge können kritisch sein und ein Kleben im Werkzeug und damit Entformungsprobleme auslösen.

Die materialbedingten Ursachen von Ablagerungen, etwa Additive, Verunreinigungen oder Zersetzungsprodukte, können analytisch untersucht und identifiziert werden.

Eine Belagsanalyse schafft die Grundlage, um nicht nur Symptome zu beseitigen, sondern die eigentliche Ursache der Belagsbildung zu verstehen und gezielt anzugehen.

Wann ist eine Belagsanalyse sinnvoll?

In der Praxis zeigt sich immer wieder: Nicht jedes Belagsproblem lässt sich mit einer Beschichtung oder Oberflächenbehandlung lösen. Wenn der gewünschte Selbstreinigungseffekt nicht zuverlässig eintritt, kann eine Optimierung des Materials hilfreich sein.

Praktische Erfahrungen zeigen, dass Kunststoffhersteller die eingesetzten Rezepturen zwar kennen, die tatsächlich belagsbildenden Komponenten jedoch häufig nicht eindeutig identifizieren können.

Dies gilt insbesondere dann, wenn:

Beläge erst nach langen Laufzeiten oder in geringen Mengen auftreten
komplexe Additivmischungen eingesetzt werden
die Belagsbildung chargenabhängig schwankt

In solchen Fällen ist eine Analyse oft der schnellste und wirtschaftlichste Weg zu belastbaren Erkenntnissen und einer nachhaltigen Lösungsstrategie.

Unser Ansatz: Systematische Ursachenanalyse als Grundlage nachhaltiger Lösungen

Eine erfolgreiche Belagsanalyse erfordert die Kombination aus werkstoffwissenschaftlicher, analytischer und prozesstechnischer Expertise.

Ziel unserer Belagsanalyse ist es, belagsbildende Komponenten eindeutig zu identifizieren und den zugrunde liegenden Mechanismus zu verstehen. Erst auf dieser Basis lassen sich geeignete Maßnahmen ableiten – von der Material- oder Prozessanpassung bis hin zu einer gezielt abgestimmten Oberflächen- oder Beschichtungsstrategie.

Unser Vorgehen umfasst:

Nachstellung der Belagsbildung im Labor ohne thermische Schädigung
Analyse und Identifikation der wichtigsten belagsbildenden Substanzen
Screening geeigneter Werkzeugbeschichtungen
Ableitung technischer Maßnahmen, zum Beispiel durch:
- Optimierung von Materialauswahl oder Additivpaketen
- Anpassung von Werkzeug- oder Prozesskonzepten
- gezielte Auswahl geeigneter Beschichtungen

Analytische Methoden

Die Auswahl der analytischen Methoden erfolgt immer belagsspezifisch und abhängig von der Fragestellung. Je nach Fall stehen verschiedenste Analysemethoden zur Verfügung, wie beispielsweise:

FTIR
GC-MS
ToF-SIMS
PiFM (nanoIR)
XPS

Der Fokus liegt auf einer zielgerichteten und kosteneffizienten Analytik, die zu einer belastbaren Ursache-Wirkungs-Kette führt. Dadurch lassen sich nicht nur Ablagerungen beschreiben, sondern ihre Entstehung technisch nachvollziehen.

Konkrete Anwendungsbeispiele

Use Case 1: Additivbedingte Belagsbildung

Bei einem Spritzgießprozess führte eine Belagsbildung zu sehr hohem Reinigungsaufwand. Durch die Analyse der Beläge konnten Fettausscheidungen aus einem eingesetzten Additiv als Hauptursache identifiziert werden.

Beläge auf einer Werkzeugoberfläche — © Fraunhofer IFAM
Lichtmikroskopisches Bild von Belägen auf einer Werkzeugoberfläche (links) und ToF-SIMS-Verteilungsbilder des Belagsbildners Fett (rechts)

Use Case 2: Klebende PMMA-Bauteile durch Wachsablagerungen

Ein rot eingefärbtes PMMA-Formteil neigte zum Kleben und zeigte oberflächliche Defekte. Die Ursache war eine Belagsbildung durch ausgasendes LDPE-Wachs. Das Wachs wurde als Dispegierhilfe im Farbbatch eingesetzt und enthielt teilweise sehr leichte und damit flüchtige Wachs-Moleküle, die zu einem wenige Nanometer dünnen, aber klebrigen Belag und Partikeln geführt haben.

Belagsbildung PMMA-Teil — © Fraunhofer IFAM
Rot eingefärbtes PMMA-Teil (links). Wachspartikel auf der Oberfläche (rechts) haben zu Fließmarken und einer Mattierung geführt. Das Werkzeug klebte infolge eines flächigen Wachsfilms.

Ihr Mehrwert

Eine fundierte Belagsanalyse bietet mehrere Vorteile:

Entscheidungen auf Basis gesicherter Daten statt Vermutungen
nachhaltige Reduktion von Belagsbildung
stabilere Prozesse und längere Reinigungsintervalle
Vermeidung unnötiger Beschichtungs- oder Materialwechsel
belastbare Grundlage für technische und wirtschaftliche Optimierungen

Eine Belagsanalyse schafft Klarheit und damit die Voraussetzung für wirksame Lösungen im Spritzgießprozess.

Belagsanalyse und Beschichtungen sinnvoll kombinieren

Werkzeugbeschichtungen stellen häufig einen sehr wirksamen Ansatz zur Reduktion von Belagsbildung dar. Voraussetzung ist jedoch, dass ein stabiler Selbstreinigungseffekt entsteht und aufkommende Beläge bei jedem Zyklus zuverlässig vom Formteil mitgenommen werden.

Ist dies aufgrund der Eigenschaften der belagsbildenden Komponente nicht möglich, stößt die Oberflächenoptimierung an ihre Grenzen. In solchen Fällen empfehlen wir eine Belagsanalyse.

Belagsanalyse und Beschichtung sind daher keine konkurrierenden Ansätze, sondern aufeinander abgestimmte Bausteine einer nachhaltigen Lösungsstrategie.