ISO 294 Kunststoffe – Spritzgießen von Prüfkörpern aus thermoplastischen Materialien

Viele Faktoren im Spritzgussprozess beeinflussen die Eigenschaften der geformten Prüfkörper und damit die Messwerte, die bei der Verwendung der Proben in einem Prüfverfahren erhalten werden. Die mechanischen Eigenschaften solcher Proben hängen stark von den Bedingungen des Formprozesses ab, unter dem die Proben hergestellt werden. Die genaue Definition aller Schlüsselparameter des Formprozesses ist eine Grundvoraussetzung für reproduzierbare und vergleichbare Betriebsbedingungen. Bei der Definition der Formbedingungen ist es wichtig, die möglichen Auswirkungen dieser Bedingungen auf die zu bestimmenden Eigenschaften zu berücksichtigen.

Thermoplaste unterscheiden sich in ihrer Kristallinitätsmorphologie (bei kristallinen und teilkristallinen Polymeren), Phasenmorphologie (bei heterogenen Thermoplasten) und Molekülorientierung aufgrund anisotroper Füllstoffe wie Kurzfasern. Auch Restspannungen (eingefrorene Spannungen) in geformten Probekörpern und der thermische Abbau des Polymers während des Formens beeinflussen die Eigenschaften. Jeder dieser Faktoren muss kontrolliert werden, um die Variabilität der numerischen Werte der gemessenen Eigenschaften zu minimieren. Alle beschriebenen ISO-Formen sind für den Einbau in bestehende Spritzgussanlagen konzipiert und verfügen über austauschbare Abdeckplatten.

Die von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelte Norm „ISO 294 Kunststoffe – Spritzgießen von Probekörpern aus thermoplastischen Materialien“ besteht aus den folgenden, unter demselben Titel veröffentlichten Unterabschnitten:

• ISO 294-1 Teil 1: „Allgemeine Grundsätze und Formgebung von Mehrzweck- und Stabprüfkörpern“ beschreibt die allgemeinen Grundsätze, die beim Spritzgießen von Prüfkörpern aus thermoplastischen Materialien zu beachten sind. Diese Norm beschreibt außerdem die Formgestaltung zur Herstellung von zwei Probentypen (Typen A1 und B1, wie in ISO 20753 spezifiziert) zur Gewinnung von Referenzdaten und bietet eine Grundlage für die Festlegung reproduzierbarer Formgebungsbedingungen.

Der Zweck dieser Norm besteht darin, die wichtigsten Parameter des Formgebungsprozesses konsistent zu beschreiben und eine einheitliche Vorgehensweise für die Berichterstattung über die Formgebungsbedingungen zu etablieren. Die spezifischen Bedingungen für eine reproduzierbare Herstellung von Prüfkörpern variieren je nach verwendetem Material und können in der jeweiligen Norm für das jeweilige Material festgelegt oder von den beteiligten Parteien vereinbart werden. Ringversuche mit Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol-Butadien (SB) und Polymethylmethacrylat (PMMA) haben gezeigt, dass die Formgestaltung ein wichtiger Faktor für die Reproduzierbarkeit der Prüfkörperherstellung ist.

• Die Norm „ISO 294-2 Teil 2: Kleine Zugstäbe“ beschreibt ein Vierfach-Werkzeug, Typ C ISO-Werkzeug, zum Spritzgießen von kleinen Zugstäben (Prüfkörpertyp CW11 in ISO 20753) mit den Abmessungen von mindestens 60 mm x 10 mm x 3 mm.
• Die Norm „ISO 294-3 Teil 3: Kleine Platten“ definiert zwei Zweifach-Werkzeuge (ISO-Werkzeuge Typ D1 und D2) zum Spritzgießen von kleinen Platten mit den Abmessungen 60 mm x 60 mm und einer Dicke von 1 mm (Typ D1) bzw. 2 mm (Typ D2). Diese Werkzeuge können für verschiedene Tests eingesetzt werden. Zusätzlich können an den Werkzeugen zusätzliche Komponenten angebracht werden, um den Einfluss von Bindenähten auf die mechanischen Eigenschaften zu untersuchen.
• Die Norm „ISO 294-4 Teil 4: Bestimmung der Formschwindung“ beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Formschwindung und Nachschwindung von spritzgegossenen thermoplastischen Probekörpern parallel und senkrecht zur Schmelzeflussrichtung. Zur Bestimmung der Duroplastschwindung siehe ISO 2577.

Die in dieser Norm definierte Verarbeitungsschwindung berücksichtigt nicht die Auswirkungen der Feuchtigkeitsaufnahme. Diese ist in der Nachschwindung und damit in der Gesamtschwindung enthalten. Für Fälle, in denen die Nachschwindung ausschließlich auf Feuchtigkeitsaufnahme zurückzuführen ist, gilt ISO 175. Die in dieser Norm definierte Verarbeitungsschwindung stellt die freie Schwindung dar, die sich aus der ungehinderten Verformung der Kühlplatten während der Haltezeit im Werkzeug ergibt. Sie gilt daher als Maximalwert der eingeschränkten Schwindung.

• Die Norm „ISO 294-5 Teil 5: Herstellung von Standardproben zur Untersuchung der Anisotropie“ beschreibt eine Form (eine sogenannte ISO-Form Typ F) zum Spritzgießen von Platten mit einer bevorzugten Größe von 80 mm x 120 mm und einer Mindestgröße von 80 mm x mindestens 90 mm und einer bevorzugten Dicke von 2 mm für die Einpunkt- und Mehrpunkt-Datenerfassung.

Es hat sich gezeigt, dass es maximale anisotrope Eigenschaften bei nur geringer Empfindlichkeit gegenüber der Einspritzgeschwindigkeit bietet. Wann immer möglich, wird ein Zweikavitätenwerkzeug verwendet. Für die Konstruktion von Kunststoffteilen bietet dies obere und untere Grenzen für die Zugfestigkeit. Die Anpassung der Plattendicke an eine bestimmte Teiledicke ist aufgrund des Einflusses der Formfüllrate und der Teilegeometrie auf die Anisotropie kein geeignetes Kriterium. Die Untersuchung der Anisotropie von Materialien ist ein spezielles Verfahren, das als Leitfaden für die Formenkonstruktion für Endanwendungen dient und nicht als Qualitätskontrollinstrument gedacht ist.

Beim Spritzgießen von thermoplastischen Materialien kann der Fluss des geschmolzenen Polymers die Ausrichtung von Füllstoffen wie Glasfasern oder Polymerketten beeinflussen, was zu anisotropem Verhalten führt.

Im Sinne dieser Norm wird die Fließrichtung als die Richtung von der Formöffnung zum entferntesten Ende des Formhohlraums definiert, und die Querrichtung wird als die Richtung senkrecht zur Fließrichtung definiert. Die Form Typ F ist nicht als Ersatz für die Form Typ D gedacht, die zur Bestimmung der Formschwindung von Thermoplasten verwendet wird.

Der ISO 294-Standard ist aus folgenden Gründen wichtig:

• Standardisierung von Prüfkörpern: Diese Norm definiert die Formbedingungen, Abmessungen und das Design von Prüfkörpern für die Prüfung mechanischer und physikalischer Eigenschaften (wie Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit). Dadurch werden Abweichungen, die sich aus der Probenvorbereitung ergeben und die Prüfergebnisse verfälschen könnten, vermieden.
• Reproduzierbarkeit der Ergebnisse: Diese Norm standardisiert die Herstellung von Testproben und stellt sicher, dass sich dasselbe Material bei Tests in verschiedenen Laboren weltweit ähnlich verhält. Dies ist entscheidend für die Qualitätskontrolle, Zertifizierung und den Materialvergleich.
• Unterstützung bei der Materialcharakterisierung: Hersteller und Forscher nutzen diesen Standard, um Proben für die Materialbewertung unter einheitlichen Bedingungen vorzubereiten. Dies ist besonders wichtig in Forschung und Entwicklung, wo der Vergleich verschiedener Polymere unter gleichen Bedingungen unerlässlich ist.
• Einhaltung von Vorschriften und Zertifizierungen: In vielen Branchen (Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Medizin) müssen Materialien nach ISO-Normen geprüft werden, um die Sicherheits- und Leistungsvorschriften zu erfüllen.
• Erleichtert den globalen Handel: Dieser Standard trägt zur internationalen Harmonisierung bei und ermöglicht es Herstellern und Kunden, die über Grenzen hinweg tätig sind, den Ergebnissen von Materialtests zu vertrauen, ohne dass wiederholte Tests erforderlich sind.

Unsere Organisation, die seit Jahren Unternehmen aller Branchen durch ein breites Spektrum an Prüf-, Mess-, Analyse- und Bewertungsaktivitäten unterstützt, verfügt über ein starkes Team von Mitarbeitern, die die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgen und sich ständig weiterentwickeln. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm „ISO 294 Kunststoffe – Spritzgießen von Prüfmustern aus thermoplastischen Materialien“ an.