Dongying (Suzhou Dongying Electronic Technology Co., Ltd.) ist ein Werkzeugbauer und Spritzgießer in Suzhou, China. Wir fertigen Werkzeuge und Spritzgussteile für Elektronikkühlung und Automobilkomponenten, darunter Lüfterräder, Lüfterrahmen und Lüfterbasen. Den gesamten Ablauf beschreibt unser Leitfaden zum Spritzgießen von Kühllüfterrädern (auf Englisch).
PBT, PA66-GF und LCP für Lüfterräder im Überblick
Kurz gesagt: PBT ist ein formstabiler Allrounder. PA66-GF ist die zähe Variante, bei der die Feuchteaufnahme einzuplanen ist. LCP eignet sich für besonders dünne, steife Schaufeln.
| Allgemeine Tendenz (typabhängig) | Glasfaserverstärktes PBT | PA66-GF | LCP |
|---|---|---|---|
| Feuchteaufnahme nach dem Spritzgießen | Gering | Hoch; das Bauteil quillt und verliert an Steifigkeit | Sehr gering |
| Einsatz bei feuchter Wärme | Hydrolyserisiko bei erhöhten Temperaturen, sofern kein HR-Typ verwendet wird | Gute Wärmebeständigkeit; die Eigenschaften ändern sich mit der Feuchte | Gut |
| Füllen dünner Schaufeln | Gut | Gut | Sehr gut |
| Orientierungseinflüsse | Die Glasfaserorientierung verursacht Verzug | Die Glasfaserorientierung verursacht Verzug | Starke Fließorientierung; schwache Bindenähte |
| Trocknung vor dem Spritzgießen | Erforderlich | Erforderlich | Erforderlich, bis zu sehr geringer Restfeuchte |
| Relative Werkstoffkosten | Niedriger | Niedrig bis mittel | Höher |
Dies sind allgemeine Tendenzen. Prüfen Sie die Datenblätter der konkret infrage kommenden Werkstofftypen.
Glasfaserverstärktes PBT: maßstabil, aber feuchte Wärme beachten
Kurz gesagt: PBT eignet sich für Lüfterräder, die in normaler Innenraumluft maßstabil bleiben müssen. Für feuchtwarme Einsatzbedingungen ist ein hydrolysebeständiger Typ erforderlich.
PBT nimmt wenig Wasser auf. Schaufelabmessungen und Auswuchtung verändern sich deshalb mit den Jahreszeiten nur wenig. Seine Schwachstelle ist die Hydrolyse. BASF erläutert, dass Feuchtigkeit insbesondere bei höheren Temperaturen PBT schädigt und dessen Eigenschaften verändert. Deshalb schreiben viele Automobilspezifikationen Prüfungen bei 85 °C und 85% relativer Luftfeuchte vor (BASF). Laut LANXESS ist Standard-PBT bis etwa 60 °C ausreichend beständig. Darüber können nicht stabilisierte Typen an Schlagzähigkeit und Dehnung verlieren (LANXESS). Hydrolysebeständige Typen (HR) sind für diese Beanspruchung ausgelegt.
Im Werkzeug richten sich die Glasfasern entlang der Strömung aus. Das Bauteil schwindet daher in Fließrichtung weniger als quer dazu. Die Verarbeitungshinweise des Distributors zu glasfaserverstärktem PBT nennen dies als Hauptursache für Verzug (Sales Plastics). Am Lüfterrad zeigt sich das in Abweichungen des Schaufelwinkels und der Schaufellage zur Ebene.
PA66-GF: zäh und wärmebeständig, Feuchteaufnahme einplanen
Kurz gesagt: PA66-GF ergibt zähe, wärmebeständige Schaufeln. Das Bauteil nimmt nach dem Spritzgießen jedoch weiter Wasser auf, sodass sich Größe und Steifigkeit mit der Zeit ändern.
Nach Daten von DuPont erreicht unverstärktes PA66 bei 23 °C und 50% relativer Luftfeuchte einen Wassergehalt von etwa 2,5%, bei Wasserlagerung etwa 7,5% (DuPont-Zytel-Leitfaden). Laut DuPonts Konstruktionshinweisen vergrößert diese Feuchteaufnahme PA66-Bauteile bei 50% relativer Luftfeuchte um etwa 0,6%. Steifigkeit und Festigkeit sinken, die Zähigkeit steigt. Die Änderung verläuft langsam und ist reversibel (DuPont-Konstruktionsmodul). Glasfasern verringern sie, verhindern sie aber nicht.
Ein am ersten Tag im spritzfrischen, trockenen Zustand vermessenes Lüfterrad befindet sich nicht im gleichen Zustand wie später im Einsatz. Vereinbaren Sie, ob Maße und Auswuchtung spritzfrisch, nach der Konditionierung oder in beiden Zuständen geprüft werden. ISO 1110 beschreibt die beschleunigte Konditionierung von Polyamid-Probekörpern bei 70 °C und 62% relativer Luftfeuchte. Der erreichte Feuchtegehalt liegt nahe dem Gleichgewichtszustand bei 23 °C und 50% relativer Luftfeuchte (ISO).
LCP: sehr dünne, steife Schaufeln bei passender Werkzeugauslegung
Kurz gesagt: LCP füllt sehr dünne Querschnitte und nimmt kaum Wasser auf. Seine Festigkeit hängt jedoch stark von der Fließrichtung und den Bindenähten ab.
Der Vectra-Konstruktionsleitfaden von Celanese beschreibt LCP als Werkstoff, der sowohl in der Schmelze als auch im festen Zustand eine geordnete Molekülstruktur behält. Daraus ergeben sich hohe Steifigkeit in Fließrichtung, geringe Feuchteaufnahme, geringe Wärmeausdehnung und inhärente Flammbeständigkeit. Sehr dünne Wände lassen sich mit geringerem Einspritzdruck als bei herkömmlichen teilkristallinen Kunststoffen füllen, ohne starke Neigung zur Gratbildung (Celanese).
Die Eigenschaften sind in Fließrichtung deutlich höher als quer dazu. Glas- oder mineralische Füllstoffe verringern diesen Unterschied. Bindenähte sind Schwachstellen; Celanese empfiehlt sehr schnelles Einspritzen, um ihre Festigkeit zu verbessern. Für ein Lüfterrad bedeutet das, den Anschnitt so auszulegen, dass die Schmelze jede Schaufel vom Fuß bis zur Spitze durchströmt und Bindenähte von den Schaufelfüßen fernbleiben. LCP kostet außerdem mehr und sollte dort eingesetzt werden, wo dünne, steife Schaufeln tatsächlich nötig sind.
Wie die Werkstoffwahl das Werkzeug verändert
Kurz gesagt: Schwindung, Anschnitt, Werkzeugtemperatur und Entlüftung hängen vom Werkstoff ab. Der genaue Typ sollte deshalb vor der Werkzeugkonstruktion feststehen.
| Werkzeugaspekt | Einfluss des Werkstoffs |
|---|---|
| Schwindungszugabe in der Kavität | Jeder Typ schwindet anders, sowohl im Betrag als auch in und quer zur Fließrichtung. Ein späterer Wechsel kann Nacharbeit am Werkzeugstahl erfordern. |
| Anschnittposition und -art | Bestimmen die Faser- oder Molekülorientierung in den Schaufeln und die Lage der Bindenähte. |
| Werkzeugtemperierung | Beeinflusst Kristallinität, Oberfläche und Verzug. Jeder Typ hat seinen empfohlenen Temperaturbereich. |
| Entlüftung an den Schaufelspitzen | Schnell füllende Werkstoffe wie LCP benötigen eine gute Entlüftung, um Verbrennungen und unvollständige Füllung zu vermeiden. |
| Trocknung und Materialhandhabung | Feuchtes PBT oder PA66 wird im Zylinder abgebaut. LCP benötigt eine sehr geringe Restfeuchte. |
Führen Sie die Füllsimulation mit dem tatsächlich vorgesehenen Werkstofftyp durch. Stehen noch zwei Werkstoffe zur Wahl, entscheiden Sie sich vor der Stahlbearbeitung.
Welche Angaben zur Werkstoffwahl in die Anfrage gehören
Kurz gesagt: Nennen Sie die Einsatzbedingungen und das Abnahmeverfahren, nicht nur den Werkstoffnamen.
- Betriebstemperatur und Luftfeuchte, einschließlich einer in Ihrer Spezifikation vorgesehenen Prüfung bei feuchter Wärme.
- Höchstdrehzahl, Anforderung an die Auswuchtung und ob diese trocken oder nach Konditionierung geprüft wird.
- Bevorzugter Werkstofftyp oder freigegebene Alternativen (Marke und Typ), Farbe und eine gegebenenfalls von Ihrer Produktnorm geforderte Brandklassifizierung.
- Schaufeldicke an Fuß und Spitze sowie Einlegeteile wie eine Welle oder eine Metallnabe.
- Kritische Maße und der Feuchtezustand, in dem sie gemessen werden.
- Jahresmenge und ob das Werkzeug an Sie übergeben oder zur Teilelieferung bei Dongying verbleiben soll.
Sehen Sie sich unsere Beispiele für Kühllüfterräder sowie Lüfterrahmen und Abdeckungen an und lesen Sie, wie wir Prüfung und Freigabe behandeln.
Häufige Fragen
Welcher Werkstoff ist für ein Lüfterrad am besten geeignet?
Es gibt keinen Werkstoff, der für jedes Lüfterrad am besten geeignet ist. Glasfaserverstärktes PBT passt zu Elektroniklüftern in Innenräumen, die maßstabil bleiben müssen. PA66-GF eignet sich für Schaufeln, die Zähigkeit und Wärmebeständigkeit benötigen, sofern feuchtebedingte Maßänderungen berücksichtigt werden. LCP eignet sich für sehr dünne, steife Schaufeln, wenn die höheren Werkstoffkosten gerechtfertigt sind. Der passende Typ ergibt sich aus Temperatur, Luftfeuchte, Drehzahl und Anforderungen an die Auswuchtung und muss durch Ihren eigenen Prüfplan bestätigt werden.
Ist PBT oder PA66-GF für ein Lüfterrad in feuchter Umgebung besser?
Das hängt von der Temperatur ab. PBT nimmt wenig Wasser auf und bleibt daher in feuchter Luft maßstabiler. Standard-PBT kann jedoch bei gleichzeitig hoher Temperatur und Feuchte hydrolytisch abbauen; dafür gibt es hydrolysebeständige Typen. PA66-GF hydrolysiert nicht auf die gleiche Weise, nimmt aber Wasser auf. Dadurch wird das Bauteil größer und weniger steif. Vergleichen Sie beide Werkstoffe unter Ihren tatsächlichen Feuchte- und Temperaturprüfbedingungen.
Wann ist ein Lüfterrad aus LCP sinnvoll?
LCP ist sinnvoll, wenn die Schaufeln sehr dünn und steif sein müssen. Der Werkstoff füllt dünne Querschnitte gut, nimmt sehr wenig Feuchtigkeit auf und hat eine geringe Wärmeausdehnung. Dem stehen höhere Werkstoffkosten, starke Fließrichtungseinflüsse und schwache Bindenähte gegenüber. Der Anschnitt muss die Schmelze entlang der Schaufeln führen; Bindenähte müssen von den Schaufelfüßen ferngehalten werden.
Beeinflusst die Feuchteaufnahme von PA66 die Auswuchtung des Lüfterrads?
Das ist möglich. Wenn PA66 Wasser aufnimmt, wächst das Bauteil leicht und seine Steifigkeit sinkt. Diese Änderung erfolgt langsam und ist reversibel. Ein im spritzfrischen, trockenen Zustand ausgewuchtetes Lüfterrad kann sich deshalb nach mehreren Wochen in feuchter Luft anders verhalten. Vereinbaren Sie mit dem Lieferanten, ob Auswuchtung und kritische Maße trocken, nach der Konditionierung oder in beiden Zuständen geprüft werden. Halten Sie den Zustand in der Zeichnung oder im Prüfplan fest.
Kann der Werkstoff nach dem Bau des Lüfterrad-Werkzeugs noch gewechselt werden?
Manchmal ist das möglich, aber mit Risiken verbunden. Die Kavität wird mit einer Schwindungszugabe für einen bestimmten Werkstoff gefertigt. Andere Typen schwinden unterschiedlich stark und in anderen Richtungen. Auch Anschnitte, Entlüftung und Kühlung können für einen Werkstoff besser passen als für einen anderen. Ein Wechsel kann Versuche, Prozessanpassungen oder Nacharbeit am Werkzeugstahl erfordern. Legen Sie daher den genauen Typ oder zumindest die Werkstofffamilie mit ähnlichem Schwindungsverhalten vor dem Werkzeugbau fest.
Welche Unterlagen werden zur Abstimmung von Werkstoff und Werkzeug benötigt?
Senden Sie das 3D-Modell und die Zeichnung, Betriebstemperatur und Luftfeuchte, Höchstdrehzahl, Anforderung an die Auswuchtung und das Messverfahren, bevorzugte oder freigegebene Werkstofftypen, Anforderungen an das Brandverhalten, Einlegeteile, kritische Maße und Jahresmenge. Geben Sie auch an, ob das Werkzeug übergeben werden oder zur Teilelieferung bei Dongying verbleiben soll. Mit diesen Angaben können wir die Spritzgießbarkeit und das Werkzeugkonzept beurteilen.
Weiterführende Seiten
Quellen
- BASF, "Avoiding Moisture Damage" (Hydrolyse von PBT): https://download.basf.com/p1/8a8081c57fd4b609017fdf6da526231c/en/Avoiding_Moisture_Damage
- LANXESS, "Pocan HR – Improved Hydrolysis Resistance" (PDF bei ALBIS): https://www.albis.com/dam/jcr:daeb9e72-d470-4abd-8029-fd05fb5f37a0/LANXESS_-_Pocan_HR_%E2%80%93_Improved_Hydrolysis_Resistance_-_LXS-HPM-072EN_-_2017-10.pdf
- Sales Plastics, "PBT Injection Molding: Preventing Warpage in 30% GF": https://salesplastics.com/pbt-injection-molding-preventing-warpage-30-gf/
- DuPont, Verarbeitungsleitfaden für Zytel und Minlon: https://dupont.materialdatacenter.com/links/processing/Zytel.pdf
- DuPont, Minlon and Zytel Design Information, Modul II (PDF bei Distrupol): https://www.distrupol.com/Minlon_Zytel_Design__Info_Module_2.pdf
- ISO 1110:2019, Kunststoffe, Polyamide, beschleunigte Konditionierung von Probekörpern: https://www.iso.org/standard/76395.html
- Celanese, Vectra LCP Design Guide: https://www.celanese.com/-/media/Engineered%20Materials/Files/Product%20Technical%20Guides/LCP-027_VectraLCPDesignGuideTG_AM_0613.pdf