Silikon und Thermoplast – erfolgreiche Symbiose im Mikrospritzguss

Der 2K-Spritzguss, bei dem thermoplastische Werkstoffe zusammen mit einem
Flüssigsilikonkautschuk verarbeitet werden, hat sich im Normalspritzguss bereits für viele Anwendungsbereiche etabliert. Im Rahmen eines kürzlich abgeschlossenen Forschungsvorhabens wurde die Umsetzung dieses Verfahrens für das Mikrospritzgießen erarbeitet.

„Entwicklung technologischer und konstruktiver Lösungen zum Mikrospritzgießen von 2K-Mikroformteilen in Kombination Thermoplast – Silikon“: Das ist der Titel eines aktuellen, inzwischen abgeschlossenen Forschungsprojektes am Kunststoff-Zentrum in Leipzig (KUZ).

Ziel der Forscher war es, durch neue technische Lösungen beim 2K-Mikrospritzgießen eine Formteilverbindung Thermoplast – Silikon in einem Spritzgießzyklus ohne zusätzliche Montageschritte an einem 2K-Mikroformteil zu realisieren. Dabei sollten kurze Zykluszeiten erreicht werden, wie sie für das Mikrospritzgießen mit seinen geringen Wandstärken typisch sind. Produktionstechnische Basis des Projektes bildete eine modulare Maschinenplattform mit Kolbenspritzeinheiten „2K-formicaPlast“, die das KUZ für das Zweikomponenten-Mikrospritzgießen mit integriertem Indexarm entwickelt hat.

Ein Schwerpunkt des Projektes stellte die Entwicklung eines Konzeptes für die thermische Trennung der Formeinsätze in der Dreheinheit dar, da der Flüssigsilikonkautschuk wesentlich höhere Werkzeugtemperaturen zum Vulkanisieren benötigt als die Thermoplastkomponente für das Erstarren. Weiterhin musste beachtet werden, dass nach der Drehung des Indexarms beide Formeinsätze schnell die entsprechend geforderte Werkzeugtemperatur annehmen können. Untersuchungen sollten zeigen, welche Kombination der beiden Komponenten für den Mikrospritzguss zu einer optimalen Verbindung führt.

Der Gesamtumfang der FuE-Arbeiten für dieses Projekt umfasste die folgenden zwei
Themenkomplexe:

·         Konstruktive und technologische Entwicklung des Werkzeugaufbaus für die Verarbeitung von Flüssigsilikonkautschuk in Kombination mit einem Standardkunststoff in einem Spritzgießzyklus

·         Systematische Untersuchung und Optimierung der beiden Komponenten durch  Variation des Flüssigsilikonkautschuks, des Thermoplasts und der Spritzgießparameter

Anwendung und Nutzen

Die Untersuchungen am KUZ konnten den Nachweis erbringen, dass selbst bei einer sehr kleinen zur Verfügung stehenden Haftfläche eine Kombination von Thermoplast und Silikon mittels Mikrospritzguss möglich ist. Haftkräfte von ca. 1,22 N/mm² bei der Kombination von PBT Anjacom 400 mit Elastosil LR3070-30 konnten nachgewiesen werden. Dies bedeutet bei einer zur Verfügung stehenden Haftfläche von 5 mm² im Falle des Demonstrationsformteiles (Variante „Haftung“) eine Haftkraft von 6,1 N.

Die Versuche haben gezeigt, dass mit angepasster Maschinentechnik und Peripherie eine Herstellung von 2K-Mikroformteilen in der Kombination Thermoplast und Flüssigsilikon möglich ist. Dies bedeutet jedoch eine höhere Sorgfalt bei der Auslegung der typischerweise für den Mikrospritzguss kleinen Werkzeuge mit der Realisierung einer thermischen Trennung auf engstem Raum.

Anwendungen dieser Technologie sind größtenteils bei Mikroformteilen mit Dichtfunktion zu sehen, die es vorrangig in der Medizintechnik gibt. Die Ausrüstung des KUZ (Maschinentechnik, Werkzeuge und Peripherie) steht nun auch interessierten Kunden für Haftungsuntersuchungen oder Testabformungen hinsichtlich ihrer Zielanwendung zur Verfügung.