Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
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Reduktion von Entformungskräften im Spritzguss

Klebende Bauteile, hohe Auswerferkräfte oder instabile Entformungsprozesse, insbesondere durch Belagsbildung, zählen zu den häufigsten Herausforderungen im Spritzguss. Besonders bei hochglänzenden Oberflächen, Mikrostrukturen, technischen Kunststoffen oder engen Prozessfenstern entstehen oft hohe Entformungskräfte oder Beläge, die zu Ausschuss, Werkzeuganpassungen und ungeplanten Stillständen führen.

Mit plasmabasierten UltraPLAS®-PECVD-Trennschichten lassen sich Adhäsion und Reibung gezielt beeinflussen, um Entformungsprobleme dauerhaft zu reduzieren – ohne Übertragung auf das Bauteil und ohne Veränderung der Werkzeuggeometrie. Zudem eröffnet sich die Möglichkeit, das Prozessfenster beim Spritzguss zu erweitern.

Ursachen hoher Entformungskräfte

Die Entformungskraft ergibt sich aus dem Zusammenspiel mehrerer Effekte, insbesondere aus:

  • Adhäsion zwischen Kunststoffschmelze und Werkzeugoberfläche
  • Reibung entlang der Formteiloberfläche
  • Mechanische Verhakungen (z. B. durch Mikrostrukturen oder Geometrie)
© Fraunhofer IFAM

Ein entscheidender Einflussfaktor ist die Temperaturführung im Prozess:

  • Hohe Werkzeugtemperaturen → Adhäsion dominiert (z. B. lokale Hotspots)
  • Niedrige Temperaturen → stärkere Schwindung, geringere Adhäsion, aber erhöhte Flächenpressung → dadurch steigende Reibung

In vielen industriellen Anwendungen ist die Adhäsion der dominierende Einflussfaktor und damit der zentrale Hebel für eine nachhaltige Reduktion der Entformungskräfte.

 

Belagsbildung als zusätzlicher Einflussfaktor:

Ein zusätzlicher, häufig unterschätzter Faktor ist die Belagsbildung (Plate-out): Selbst ultradünne, oft visuell nicht erkennbare Filme können die Oberflächenenergie verändern und die Klebeneigung signifikant erhöhen.

Kritische Anwendungen für Entformungsprobleme

Erhöhte Entformungskräfte treten besonders häufig auf bei:

  • Elastomeren und weich eingestellten Thermoplasten
  • Hochleistungskunststoffen (z. B. PEEK, PPS, PA mit Additiven)
  • hochglanzpolierten und mikrostrukturierten Kavitäten
  • Prozessen mit engem thermischem Fenster
  • geringen Entformungsschrägen
  • suboptimaler Werkzeugtemperierung
  • Materialien mit starker Belagsbildung (z. B. Rezyklate, flammgeschützte Typen)

In solchen Fällen stoßen klassische prozess- oder werkzeugseitige Maßnahmen häufig an ihre Grenzen.

Wirkprinzip von Werkzeugbeschichtungen

Werkzeugbeschichtungen greifen gezielt in die Grenzfläche zwischen Polymer und Werkzeug ein. Entscheidend sind zwei Parameter:

  1. Oberflächenchemie: beeinflusst Adhäsion, Benetzungsverhalten, Klebeneigung und Trenncharakteristik
  2. Topografie und Rauheit: bestimmen Reibkoeffizient, realen Kontaktflächenanteil, tribologisches Verhalten und Entformungsdynamik

Durch die gezielte Anpassung dieser Eigenschaften lassen sich Entformungsbedingungen stabilisieren und reproduzierbar verbessern. Am Fraunhofer IFAM wurden hierfür plasmabasierte PECVD-Trennschichten entwickelt, die unter dem Markennamen UltraPLAS® eingesetzt werden.

UltraPLAS® - plasmabasierte PECVD-Trennschichten

Die am Fraunhofer IFAM entwickelten UltraPLAS®-Schichten werden mittels PECVD-Verfahren abgeschieden und sind speziell für anspruchsvolle Spritzgussprozesse ausgelegt. Sie zeichnen sich aus durch:

  • konturtreue Beschichtung (<200 nm möglich) ohne Maßänderung
  • Erhalt von Politur, Mikrostruktur und Optik
  • sehr niedrige Oberflächenenergien
  • hohe mechanische und chemische Stabilität
  • übertragfreies Trennverhalten ohne Kontamination des Bauteils und Verbrauch der Beschichtung
TPE-S ohne Trennbeschichtung
© Fraunhofer IFAM
TPE-S ohne Trennbeschichtung: Die Teile kleben und sind nur mit Verzug zu entformen
TPE-S mit UltraPLAS®-Beschichtung
© Fraunhofer IFAM
TPE-S mit UltraPLAS®-Beschichtung: Die Teile fallen aus dem Werkzeug, kein Verzug beim Entformen

Technische Effekte im Spritzgussprozess

Durch die gezielte Einstellung der Grenzfläche lassen sich:

  • Entformungs- und Auswerferkräfte signifikant reduzieren
  • höhere Entformungstemperaturen realisieren
  • adhäsionsgetriebene Problemstellungen stabilisieren
  • Mikro- und Hochglanzstrukturen prozesssicher entformen
  • tribologisch optimierte Oberflächen erzeugen

Abgrenzung zu klassischen Trennsystemen

Konventionelle Trennhilfen basieren häufig auf Silikonlacken, PTFE-Deckschichten oder Festschmierstoffen. Diese Systeme funktionieren in vielen Anwendungen zuverlässig, stoßen jedoch bei anspruchsvollen Oberflächen und hohen mechanischen Belastungen an Grenzen.

Typische Limitationen sind:

  • geringe Verschleißfestigkeit
  • Verbrauch/Abtrag der Trennschicht
  • Empfindlichkeit gegenüber Reinigung
  • Übertragung von trennaktiven Bestanteilen auf Bauteile
  • eingeschränkte Eignung für Hochglanzflächen
  • kritisch hinsichtlich regulatorischer Anforderungen

 

UltraPLAS®-PECVD-Trennschichten sind dagegen:

  • fest mit dem Substrat verbunden
  • dauerhaft stabil
  • PFAS-frei
  • übertragungsfrei
  • geeignet für anspruchsvolle Anwendungen (z. B. Medizintechnik, Hochglanzoptiken, Mikrostrukturen)

Wirtschaftliche Vorteile und Prozessnutzen

Der Einsatz von UltraPLAS®-Beschichtungen kann, abhängig von Anwendung und Randbedingungen, zu folgenden Verbesserungen führen:

  • reduzierte Entformungskräfte und geringerer Auswerferverschleiß
  • weniger Belagsaufbau durch Selbstreinigungseffekte
  • Stabilisierung der Prozessfenster
  • Reduktion von Verzug und Bauteilbeschädigung
  • vereinfachte Werkzeugtechnik (z. B. weniger Schieber)
  • verkürzte Zykluszeiten durch höhere Entformungstemperaturen

Systematisches Vorgehen: Ursachen verstehen statt Trial-and-Error

Nicht jedes Entformungsproblem hat dieselbe Ursache. Deshalb steht am Anfang immer die Analyse von Werkstoff, Bauteilgeometrie, Werkzeugoberfläche und Prozessführung.

Auf dieser Basis bewerten wir, welche Einflussgrößen die Entformung dominieren und ob eine Beschichtung einen relevanten Beitrag zur Prozessstabilisierung leisten kann. Anschließend erfolgt die Auslegung geeigneter Beschichtungssysteme, die Validierung anhand von Musterbauteilen sowie die Begleitung der Implementierung unter realen Produktionsbedingungen.

Zielgruppen und Anwendungsfelder

Unser Angebot ist insbesondere interessant für:

  • Spritzgießereien
  • Werkzeug- und Formenbauer
  • Kunststoffverarbeiter
  • OEMs technischer Kunststoffbauteile
  • Anwendungen mit Hochglanz- oder Strukturflächen

Sie möchten Entformungsprobleme gezielt lösen?

Ob klebende Bauteile, hohe Auswerferkräfte oder Belagsbildung: Eine stabile Entformung erfordert ein Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen.

Gerne unterstützen wir Sie bei der Bewertung Ihrer Anwendung und prüfen gemeinsam, ob unsere Trennschichten einen Beitrag zur Verbesserung von Entformungsverhalten, Prozessstabilität und Wirtschaftlichkeit leisten können.

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