Trennmittel (Trennstoffe)

Wenn das Trennmittel nicht kompatibel mit den vorgesehenen Weiterverarbeitungsschritten ist oder wenn durch Überapplikation zu viel Trennmittelreste auf der Oberfläche des geformten Teils zurückbleiben, kann die nachträgliche Weiterbearbeitung negativ beeinflusst werden. Daher muss ein Trennmittel mit geeigneten chemischen Eigenschaften, die mit der nachträglichen Bearbeitung kompatibel sind, gewählt werden. Ebenso kann die Applikationsmenge sowie die Wahl eines Trennmittels mit geringem Transfer auf das Formteil, beispielsweise ein semi-permanentes Trennmittel, die erfolgreiche nachträgliche Bearbeitung unterstützen.

Im Allgemeinen sollte das Trennmittel nicht chemisch kompatibel sein mit dem zu formenden Material. Indem sie eine gute chemische und physikalische Barriere zwischen Form und Formteil bilden, schützen sie die zu formende Material-Verbindung davor, chemisch mit der Form zu interagieren. Trennmittel und zu verarbeitendes Material dürfen untereinander nicht kompatibel sein, da der Trennmittelfilm ansonsten durchdrungen wird und das zu formende Material an der Formoberfläche anhaftet. Eigenschaften und physikalische Merkmale des Materials, z.B. Festigkeit und Abrasion, die oft durch Füllstoffe und Verstärkungsmittel beeinflusst werden, haben Auswirkungen auf die Wahl des Trennmittels. Verschiedene Metalllegierungen, Duroplaste, Thermoplaste und Elastomere werden mit unterschiedlichen Formgebungsverfahren verarbeitet, die jeweils eigene Anforderungen an das Trennmittel stellen, was die Auswahl des Trennmittels ebenfalls beeinflusst.

Das ist in hohem Maße abhängig von der jeweiligen Branche und den angewendeten Prozessen. Einige Branchen tolerieren aufgrund aktueller HSE-Richtlinien (Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltaspekte) oder anderer gesetzlicher Auflagen keine lösemittelbasierten Produkte mehr. Die Branchen Druckguss, Reifenherstellung und die allgemeine Gummiformung nutzen heute vorrangig wasserbasierte Trennmittel. In der Polyurethan-Industrie werden sowohl wasserbasierte als auch lösemittelbasierte Trennmittel eingesetzt, Verarbeiter von Verbundwerkstoffen und Thermoplasten nutzen derzeit prozessbedingt vorrangig lösemittelbasierte Trennmittel.

Wasserbasierte Produkte sind heikler in der Applikation, d.h. die Ausbildung des Trennfilms stellt eine größere Herausforderung dar, und sie haben langsamere Verdampfungsraten als lösemittelbasierte Produkte, was durch Applikationsmethode, Prozessbedingungen und Luftfeuchtigkeit beeinflusst werden kann. Dazu neigen wasserbasierte Produkte dazu, während des Formgebungsprozesses chemische Reaktionen zwischen dem auf der Formoberfläche verbliebenen Wasser und dem zu verarbeitenden Material zu verursachen. So werden zum Beispiel bei der Verarbeitung von Polyurethan Urea-Nebenprodukte erzeugt. Zudem erfordern wasserbasierte Trennmittel eine aufwendigere Technologie, um die Stabilität der Emulsion und die Widerstandsfähigkeit gegen Bio-Aktivität sicherzustellen. Dies muss berücksichtigt werden, um den Gebrauch von wasserbasierten Trennmitteln für weitere Branchen zu ermöglichen.

Aerosolfreie Produkte werden bei der Verarbeitung von Thermoplasten am besten mit einer hochwertigen Spritzpistole oder einem taktgesteuerten Sprühgerät aufgetragen.

Die Art der Applikation hängt von dem gewählten Träger, der Beschaffenheit des Trennmittels, dem Verfahren sowie der Prozessumgebung ab. Die Applikation ist ein entscheidender Aspekt, der die Leistung des Trennmittels stark beeinflussen kann. In der Regel wird das Trennmittel mittels einer Sprühpistole manuell oder automatisiert aufgetragen. In einigen Anwendungen werden programmierbare Sprühsysteme mit mehreren Düsen benutzt, welche die Applikation auch mehrerer Trennmittel ermöglichen. Die Größe der Düse kann variiert werden, um eine optimale Zerstäubung (abhängig von dem erwarteten Formgebungszyklus und der Viskosität des Trennmittels) sowie eine gute Filmbildung sicherzustellen. Die Sprühanwendung kann luftunterstützt sein (wenn Luft genutzt wird, um Tröpfchen zu zerstäuben) oder luftlos (wenn die Düse unter Hochdruck betrieben wird, um die notwendige Zerstäubung zu erreichen). Elektrostatische Sprühpistolen können ebenfalls genutzt werden, um feste oder flüssige Trennmittel aufzutragen. In einigen Anwendungen können die Trennmittel auch durch Aerosole oder durch manuelles oder automatisiertes Wischen aufgetragen werden.

Silikonhaltige Trennmittel:

• bieten sehr gute Trenneigenschaften und Vorteile bei der Herstellung von Produkten mit langen Zykluszeiten.
• In den meisten Fällen sind jedoch weitere Verarbeitungsschritte nach dem Spritzgießen erforderlich, bevor die Formteile lackiert oder verklebt werden können.

Silikonfreie Trennmittel:

• Vor dem Lackieren oder Verkleben sind in der Regel keine zusätzlichen Verarbeitungsschritte nach dem Spritzgießen erforderlich.

Silikonhaltige Trennmittel zeichnen sich durch einen sehr guten Trenneffekt aus, haben aber den Nachteil, dass das Nachbearbeiten der Teile, z.B. Verkleben oder Lackieren, nicht oder nur schwer möglich ist. Eventuell ist eine nachträgliche Bearbeitung der Formteile nötig.

Trennmittel bilden nicht nur eine physische und/oder chemische Barriere zwischen Form und Formteil, um eine leichte Entformung zu unterstützen, sie beeinflussen auch Prozessmerkmale wie die Fließgeschwindigkeit des zu formenden Materials und die Anzahl der Formgebungszyklen. Darüber hinaus haben Trennmittel Einfluss auf die Beschaffenheit von Formteilen, beispielsweise den Glanzgrad, die Formteil-Präzision und auf nachträgliche Weiterverarbeitungsschritte (z. B. Lackieren, Beschichten, Verkleben etc.). Auch haben Trennmittel Einfluss auf die Formwerkzeuge, die Formstandzeiten, die Wartungsintervalle und die allgemeine Produktivität.

Bei der Wahl eines Formtrennmittels müssen folgende Faktoren beachtet werden:

• Material der Form / des Trägermaterials
• Zu verarbeitendes Material
• Prozessparameter:
  • Betriebstemperatur
  • Maschinengeschwindigkeit/ Zykluszeit
  • Druck
  • Spezifisches Formgebungsverfahren, z.B. Spritzgießen, Hochdruck, Verfahren, die zur Formgebung Schwerkraft nutzen, Kompression etc.
  • Schwankungen der Prozessvariablen
• Formgeometrie
• Nachträgliche Weiterbearbeitungsschritte (Verkleben, Beschichten, Lackieren)
• Erwartetes Leistungsniveau und Produktivität (Anzahl guter Entformungen und defektfreier Teile pro Zeiteinheit)
• Verfahrensbezogene Aspekte (Herausforderungen bei der Hohlraum-Befüllung, Metallverklebungen, prozessbedingte Ausschussraten, Schwankungen bei den Prozessvariablen etc.)
• Anforderungen an die Formwartung (Frequenz der Formreinigung)
• Geforderte Beschaffenheit der gefertigten Teile (Glanzgrad, Kratzbeständigkeit etc.)
• Applikationsmethoden
• Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltaspekte (HSE)

Ein zu dickes Auftragen des Trennmittels bewirkt eine Überölung. Dies kann die Nachbearbeitung von Formteilen erschweren.

Spraydosen haben den Vorteil, dass das Produkt durch das Sprühventil besonders dünn, gleichmäßig und mit kontrolliertem Sprühmuster aufgetragen werden kann. Dadurch kann eine Überölung verhindert und Material eingespart werden. Zusätzlich ermöglicht die Spraydose eine leichte Handhabung und Flexibilität.

Ablagerungen durch Trennmittel, Materialreste oder andere Nebenprodukte, die durch chemische Reaktionen in der Form erzeugt werden, beeinflussen die Formgebungs-Leistung in Bezug auf Hitzeübertrag, Maßgenauigkeit und Prozesseffizienz negativ. Ablagerungen in der Form müssen regelmäßig mechanisch oder chemisch entfernt werden, um eine kontinuierlich hohe Qualität der Formteile zu gewährleisten. Durch die so anfallenden Reinigungen entstehen Ausfallzeiten.

Hauptquellen für Ablagerungen sind:

• Übermaß an Trennmittel auf der Form. Dies kann Ergebnis eines für die spezifische Anwendung ungeeigneten Trennmittels oder einer übermäßigen Applikation des Trennmittels auf die Form sein.
• Mangelhafter Trennmittelfilm verursacht Ablagerungen durch Nebenprodukte oder Reste des zu formenden Materials während des Formgebungs-Prozesses.Dies kann Ergebnis eines für die spezifische Anwendung ungeeigneten Trennmittels beziehungsweise eines unzureichend ausgebildeten Trennfilm sein, so dass das zu formende Material an der Form anhaftet.

Die Industrie nutzt neue und moderne Materialien, um Formteile mit besserer Leistung unter zunehmend anspruchsvollen Einsatzkonditionen herzustellen. Diese modernen Materialien sind nicht immer leicht zu entformen. Ein illustratives Beispiel stammt aus der Automobil-Produktion, wo geformte Antriebskomponenten chemischen und physikalischen Herausforderungen ausgesetzt sind und aggressiveren Betriebsbedingungen standhalten müssen. Die neu entwickelten, widerstandsfähigeren Materialien, beispielsweise Fluoro-Polymer basierende Verbindungen, müssen aufgrund ihrer höheren Stückkosten bei hohen Produktionsraten und mit minimalen Ausschussraten gefertigt werden. Neu entwickelte Materialien stellen regelmäßig neue Anforderungen an die Entwicklung geeigneter Trennmittel.

Auch der Anspruch an das Erscheinungsbild von Formteilen wird höher und in vielen Fällen sollen diese nach ihrer Entformung nur minimale Nachbearbeitung benötigen. Sichtbare Automobil-Komponenten wie Lenkräder oder Armaturenbretter erfordern gleich nach der Entformung eine gute Oberflächenbeschaffenheit hinsichtlich Textur, Glanzgrad und Kratzresistenz.

In den letzten Jahren erfuhr die Aluminiumverarbeitung im Hochdruck-Guss eine Steigerung der Formkomplexität, gleichzeitig werden zunehmend Semi-Solid- und Squeeze-Guss-Verfahren eingesetzt. Dazu kommt eine Reduktion der Zykluszeiten und ein weiterer Anstieg der Formwerkzeug-Temperaturen. Diese Faktoren erfordern verbesserte Eigenschaften des Trennmittels zur Verhinderung des Festklebens von Metall sowie bessere Entformungs- und Schmiereigenschaften, um hochqualitative Teile unter anspruchsvolleren Bedingungen zu produzieren. Dies muss erreicht werden, ohne dass bei den anderen Leistungsattributen des Trennmittels Abstriche gemacht müssen.

Der Bau komplexerer und anspruchsvollerer Formwerkzeuge nimmt auch in anderen Branchen zu, zum Beispiel bei der Herstellung von Niederquerschnittsreifen in der Reifenindustrie. Diese stellen hinsichtlich Entformbarkeit und Gummifluss höhere Ansprüche an das Trennmittel. Dabei muss ein sehr gutes Erscheinungsbild der Reifen nach der Entformung gewährleistet sein.

Ein weiterer Aspekt bei der Herstellung von Formteilen ist die Nutzung von Prozesshilfsmitteln, die nur geringe Mengen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) ausstoßen. Das ist das Ergebnis strengerer HSE-Regularien insbesondere in den Fällen, in denen Anwender direkt in das Verfahren involviert sind, zum Beispiel bei der Verarbeitung von Verbundwerkstoffen. Der Fokus bei der Entwicklung künftiger Trennmittel wird zunehmend darauf liegen, Umwelt- und Sicherheitsaspekte stärker zu berücksichtigen. Gleichzeitig sollen künftige Produkte in ihrer Leistung den gegenwärtig eingesetzten Produkten mindestens gleichkommen beziehungsweise diese übertreffen.