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Oct 04, 2023

So verringern Sie das langsame Risswachstum in geformten und extrudierten Kunststoffteilen

Norbert Sparrow | 11.01.2019 Kunststoffe werden in Produkten mit langer Lebensdauer verwendet

Norbert Sparrow | 11. Januar 2019

Kunststoffe, die in Produkten mit langer Lebenserwartung verwendet werden, neigen möglicherweise zu langsamem Risswachstum (SCG). SCG kann durch Produktdesign, Materialauswahl, Produktionsmethoden und die Umgebung, in der das Teil oder Gerät verwendet wird, verursacht werden. Beispielsweise führt die Umstellung auf aggressivere Chemikalien zur Desinfektion medizinischer Geräte und zur Senkung der Rate von Krankenhausinfektionen immer häufiger zu Spannungsrissen oder Haarrissen in Kunststoffteilen. Christian Herrild, Direktor für Wachstumsstrategie bei Teel Plastics (Baraboo, WI), wird sich eingehend mit den Ursachen von SCG in medizinischen Geräten befassen und Wege vorschlagen, wie Designer und Hersteller dieses Phänomen während einer Konferenzsitzung auf der bevorstehenden Konferenz eindämmen können Medical Design & Manufacturing (MD&M) West und PLASTEC West-Veranstaltung in Anaheim, Kalifornien. Kürzlich hat er eine Vorschau seiner Präsentation mit geteiltPlasticsToday.

Die Rissbildung in Kunststoffen verläuft chemisch gesehen langsam und erfordert eine anhaltende Belastung, erklärte Herrild. Obwohl es sich nicht um ein augenblickliches Ereignis handelt, das beispielsweise durch Stöße oder Drehmomente verursacht wird, kann es dennoch relativ schnell geschehen, in manchen Fällen sogar in weniger als einem Tag. „Dieser Versagensmodus ist bei jeder Art von extrudiertem oder geformtem Kunststoff inhärent, der sich unter Spannung befindet“, sagte Herrild.

Spannungen in einem Spritzgussteil entstehen durch die Art und Weise, wie es geformt oder zusammengebaut wird, sagte Herrild. Bei extrudierten Produkten „sieht man es bei Spulen- und Clip-Anwendungen oder solchen mit Flechten oder Befestigungen, bei denen etwas an oder über Armaturen befestigt wird“, erklärte er. Einige Polymere, fügte Herrild hinzu, seien anfälliger für Eigenspannungen und würden schneller reißen als andere. Daraus folgt, dass die richtige Polymerauswahl das wichtigste Instrument zur Prävention von SCG ist.

Laut Herrild ist SCG in vielen gängigen Polymeren selten zu finden, insbesondere in Schläuchen. „Flexibles PVC und einige der thermoplastischen Urethane und Elastomere sind sehr beständig gegen SCG. Sofern Sie das Teil oder Gerät nicht einer extremen Situation aussetzen – bestimmten Chemikalien ausgesetzt oder die Schläuche geknickt – ist es sehr unwahrscheinlich, dass Sie Risse bemerken unter normalen Nutzungsbedingungen", sagte Herrild.

SCG ist ein molekularer Prozess, der keine chemischen Veränderungen im Polymer mit sich bringt. Herrild beschreibt es als „Molekülkettenentwirrung“, bei der die Polymerzweige auseinanderfallen. „Einige Desinfektionsmittel dringen sehr gut in Polymere ein und verringern die Aktivierungsenergie von Spannungsrissen, sodass sich die Polymerzweige viel leichter auseinanderziehen können. Einige Polymere vertragen Desinfektionsmittel gut, andere vertragen sie überhaupt nicht. Wenn Sie wissen, um welche Art von Desinfektionsmittel es sich bei Ihrem Gerät handelt "Sie können ein Material auswählen, das dem standhält", sagte HerrildPlasticsToday.

Wenn Sie auf die Verwendung eines bestimmten Materials festgelegt sind, können Nachbearbeitung und Glühen dazu beitragen, das Auftreten von SCG zu minimieren. „Sie sollten die richtigen Formenbauprinzipien anwenden, damit Sie beim Entwerfen nicht versehentlich zu viel Stress verursachen. Übermäßiges Anziehen der Schrauben ist ein Problem, ebenso wie ungleichmäßige Kühlung, die zu einem leichten Verzug führt, der beim Zusammenbau ausgeglichen wird. Wenn Sie möchten B. ein Abwischen mit Isopropylalkohol vor der Montage, was bei manchen OEMs Standard ist, sollten Sie abwägen, ob das wirklich notwendig ist. Der Kontakt mit diesem Lösungsmittel kann die Aktivierungsenergie senken, um eine Rissbildung auszulösen, wodurch das Teil anfälliger für Langzeitschäden wird. Begriffsbruch", sagte Herrild.

In Bezug auf Schläuche laufe das Gespräch normalerweise auf Fragen zur Stresskonzentration hinaus, fügte Herrild hinzu. „Was ist der Spulenradius? Der Biegeradius der Verpackung? Wenn Sie Clips haben, haben diese scharfe Kanten?“

Herrild sagte, er habe eine Reihe von Korrekturmaßnahmen beobachtet, die im Zusammenhang mit medizinischen Geräten ergriffen wurden, bei denen SCG auftrat. „Es gibt Beschwerden darüber, dass Geräte vorzeitig ausfallen und ihre erwartete Endlebensdauer nicht erreichen. Das ist definitiv ein Problem, bei dessen Bewältigung Kunststoffverarbeiter OEMs helfen können“, sagte Herrild.

Die Unterstützung bei der Polymerauswahl und Teilekonstruktion gehört zum Leistungsportfolio seines Unternehmens. Neben Extrusion, Rapid Prototyping, Montage und einigen Design- und Entwicklungs- sowie Lohnfertigungsdiensten hat Teel Plastics vor etwa sechs Monaten das Spritzgießen zu seinem Angebot hinzugefügt.

„Wir haben vier Spritzgießmaschinen eingeführt und zusätzliche Ingenieure und Qualitätsleute eingestellt, um diese Initiative zu unterstützen“, sagte Herrild. Das Unternehmen betreibt derzeit 110-, 165- und 350-Tonnen-Arburg-Maschinen. Die kleineren Spritzgießmaschinen sind alle elektrisch, während die 350-Tonnen-Maschine ein Hybrid für die Verarbeitung von Produkten mit höherer Kavität oder größeren Volumina ist, sagte Herrild. „Etwa die Hälfte der derzeit zugelassenen Formen sind medizinische Formen, und wir arbeiten daran, zusätzliche Aufträge für Formen zu gewinnen, vor allem auf dem medizinischen Markt“, fügte er hinzu. Das wird zweifellos ein zentrales Gesprächsthema am Stand des Unternehmens (Nr. 2184) auf der MD&M West/PLASTEC West im nächsten Monat sein. Mit der Erweiterung der Spritzgusskapazitäten positioniert sich Teel Plastics mehr denn je als Outsourcing-Partner für medizinische OEMs, sagte Herrild.

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