Anwendung von PSU beim Spritzgießen: Eigenschaften, Verfahren und bewährte Verfahren

Polysulfon (PSU), manchmal auch als PSF bezeichnet, ist ein thermoplastischer Hochleistungswerkstoff. Bekannt für seine hohe Hitzebeständigkeit, mechanische Festigkeit und hervorragende Dimensionsstabilität, wird PSU häufig im Spritzguss zur Herstellung von Präzisions- und Funktionsteilen eingesetzt. Seine einzigartige Kombination aus Festigkeit, elektrischer Isolierung sowie Kriech- und Alterungsbeständigkeit macht es zu einer bevorzugten Wahl in vielen Branchen. In diesem Artikel untersuchen wir die Anwendung von PSU im Spritzguss, von den Materialeigenschaften über die Prozessanforderungen bis hin zu Designüberlegungen.

Eigenschaften von PSU für den Spritzguss

Um damit zu beginnen, PSU ist ein amorpher Kunststoff ohne klaren Schmelzpunkt. Stattdessen hat er eine Glasübergangstemperatur (Tg) von etwa 190 °C und erfordert Formtemperaturen über 280 °C. Spritzgegossene PSU-Teile weisen häufig eine gute Transparenz und mechanische Festigkeit auf.

Eine wichtige Eigenschaft von PSU ist sein Schmelzverhalten. Es verhält sich ähnlich wie PC (Polycarbonat) mit einer hochviskosen Schmelze, die temperaturempfindlich ist. Während die Viskosität bei Temperaturen über 330 °C deutlich abnimmt, weist das Material dennoch eine relativ schlechte Fließfähigkeit auf. Daher sind Formdesign und Verarbeitungsparameter entscheidend für die Herstellung fehlerfreier Produkte.

Darüber hinaus weist PSU eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme (ca. 0.6 %) auf, deutlich weniger als Nylon. Allerdings können selbst geringe Mengen Wasser beim Formen bei hohen Temperaturen zu Materialzersetzungen führen. Daher ist vor der Verarbeitung stets eine gründliche Trocknung erforderlich.

Gängige Anwendungen des PSU-Spritzgusses

Aufgrund seiner hervorragenden thermischen und elektrischen Eigenschaften wird PSU für eine Vielzahl funktionaler Spritzgussteile verwendet. Zu den häufigsten Anwendungen gehören:

• Isolierkomponenten wie Transformatorteile, Schützgehäuse und Thyristorkappen.
• Spulenkörper, Isolierhülsen und Klemmenblöcke.
• Präzise elektronische Komponenten wie Leiterplatten und Buchsen.
• Abdeckungen, Gehäuse und andere Funktionsteile, die eine hohe Stabilität erfordern.

Die Leistung von PSU in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Belastung macht es zu einer wertvollen Alternative zu Materialien wie POM oder PA66, wenn eine höhere Dimensionsstabilität und Hitzebeständigkeit erforderlich sind.

Probleme mit inneren Spannungen beim Spritzgießen von Netzteilen

Wie andere technische Kunststoffe sind auch PSU-Spritzgussteile anfällig für innere Spannungen, die zu Rissen oder vorzeitigem Versagen führen können. Vier Hauptspannungsarten sind häufig zu beobachten:

• Thermische Spannung – verursacht durch ungleichmäßige Abkühlung während des Formens. Die äußere Schicht verfestigt sich schneller als die innere, wodurch Druck- und Zugspannungen entstehen.
• Orientierungsspannung – tritt auf, wenn sich Polymerketten in Fließrichtung ausrichten und sich aufgrund der schnellen Abkühlung nicht entspannen können.
• Schrumpfspannung – entsteht durch ungleichmäßiges Schrumpfen verschiedener Zonen im Formteil.
• Entformungsspannung – entsteht, wenn eine schlechte Formkonstruktion oder geringe Entformungsschrägen zu Verformungen beim Auswerfen führen.

Um diese Spannungen zu minimieren, ist es wichtig, die Formtemperatur, die Teiledicke und die Gleichmäßigkeit der Kühlung zu kontrollieren. Für PSU werden im Allgemeinen Formtemperaturen von etwa 130 °C empfohlen.

Verarbeitungsanforderungen für Netzteile

Um optimale Ergebnisse zu erzielen, sind bei PSU spezielle Verarbeitungsbedingungen erforderlich. Einige wichtige Punkte sind:

• Trocknen: PSU muss vor dem Formen getrocknet werden, idealerweise bei 120–140 °C für 3–6 Stunden. Für kritische Teile wird ein Entfeuchtungstrockner bevorzugt, um eine Zersetzung zu verhindern.
• Schneckenkonstruktion: Zur Handhabung der hohen Viskosität wird eine Schnecke mit niedrigem Kompressionsverhältnis und einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von 14–20 empfohlen.
• Spritzeinheit: Die Maschinen sollten über eine präzise Temperaturregelung verfügen und bei niedriger Schneckendrehzahl (15–45 U/min) Temperaturen von über 300 °C erreichen können.
• Düsendesign: Verlängerte beheizte Düsen mit Durchmessern über 5 mm tragen dazu bei, den Strömungswiderstand zu verringern und ein Auslaufen zu verhindern.

Durch die Einhaltung dieser Verarbeitungsanforderungen können Hersteller eine gleichbleibende Teilequalität sicherstellen und Materialausfälle verhindern.

Überlegungen zum Formendesign

Die hohe Viskosität und das relativ niedrige Fließlängen-Dicken-Verhältnis (ca. 80) von PSU erfordern besondere Aufmerksamkeit bei der Formgestaltung. Einige Richtlinien umfassen:

• Halten Sie die Teiledicke über 1.5 mm, vorzugsweise über 2 mm, um den Fluss zu verbessern.
• Verwenden Sie abgerundete Ecken anstelle von scharfen Kanten, um Spannungskonzentrationen zu reduzieren.
• Halten Sie die Schrumpfungszugabe zwischen 0.4 % und 0.8 % und achten Sie auf eine gleichmäßige Schrumpfung in alle Richtungen.
• Entwerfen Sie kurze, breite Rinnen und Tore mit der richtigen Größe, um eine reibungslose Befüllung zu gewährleisten.
• Sorgen Sie für ausreichende Belüftung mit Schlitzen von weniger als 0.08 mm Tiefe, damit die Luft entweichen kann.
• Für optimale Ergebnisse wenden Sie Formtemperaturen zwischen 130 °C und 150 °C an.

Mit diesen Maßnahmen können Teile glatte Oberflächen, Dimensionsstabilität und hervorragende Leistung erzielen.

Wichtige Prozessparameter

Der Erfolg des PSU-Spritzgusses hängt von einer sorgfältigen Parameterkontrolle ab:

• Zylindertemperatur: Normalerweise zwischen 280 °C und 315 °C eingestellt. Höhere Temperaturen verbessern den Fluss, über 320 °C besteht jedoch die Gefahr einer Qualitätsminderung.
• Einspritzdruck: Üblich sind etwa 100 MPa, für dünne Teile kann jedoch ein höherer Druck erforderlich sein.
• Einspritzgeschwindigkeit: Eine niedrigere Einspritzgeschwindigkeit ist normalerweise besser, um Schmelzbrüche zu vermeiden, außer bei sehr dünnen Wänden, die eine schnellere Füllung erfordern.
• Schneckengeschwindigkeit: Halten Sie sie zwischen 15 und 45 U/min, um die Schererhitzung zu verringern.
• Formtemperatur: Im Allgemeinen zwischen 130 °C und 150 °C, niemals unter 120 °C.

Durch das Ausbalancieren dieser Einstellungen wird eine gleichbleibende Formqualität gewährleistet und häufige Defekte wie Sprödigkeit, Hohlräume oder Spannungsrisse vermieden.

Fazit

PSU ist ein Hochleistungskunststoff, der sich gut für den Spritzguss funktionaler Komponenten eignet, die hohe Hitzebeständigkeit, mechanische Festigkeit und Dimensionsstabilität erfordern. Obwohl die hohe Viskosität und die Neigung zur Entstehung innerer Spannungen die Verarbeitung erschweren, können eine ordnungsgemäße Trocknung, ein optimiertes Formendesign und eine sorgfältige Prozesskontrolle zuverlässige Ergebnisse gewährleisten.

Für Hersteller, die ein langlebiges Material für anspruchsvolle Spritzgussteile suchen, bietet PSU erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Kunststoffen.

Wenn Sie auf der Suche nach hochwertigen PSU-Materialien für den Spritzguss sind, ist Shengwen ein zuverlässiger Polysulfon-Lieferant Bereitstellung gleichbleibender Qualität und technischen Support für Ihre Anwendungen.