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Das Spritzgussverfahren ist derzeit die meistverwendete Methode zur Herstellung von Kunststoffbauteilen für unterschiedlichste Anwendungen, vorzugsweise in großen Stückzahlen. Es zeichnet sich durch geringe Kosten in der Serienfertigung und gute Realisierbarkeit auch komplexer Geometrien aus. Dabei werden zumeist thermoplastische Kunststoffe verwendet, da diese einfach zu verarbeiten sind und zumeist sehr geringe Materialkosten aufweisen. Aufgrund der hohen erforderlichen Temperaturen und Drücke handelt es sich dabei um ein sehr energieaufwändiges Verfahren.

Zusätzlich weisen viele thermoplastische Polymere eine Reihe von Defiziten auf, welche sich limitierend auf die möglichen Einsatzgebiete der Bauteile auswirken. Zu diesen zählen u. U. geringe Wärmeformbeständigkeiten, hoher Schrumpf beim Erkalten und geringe mechanische Kennwerte. Durch Füllstoffe (z. B. Glasfasern) lassen sich einige dieser Eigenschaften zwar positiv beeinflussen, allerdings sind die Füllstoffgehalte und somit die Verstärkungswirkungen aufgrund der hohen Thermoplastschmelzeviskositäten begrenzt.

Als alternative Werkstoffe können wärmehärtbare Reaktivharze eingesetzt werden. Diese werden in flüssiger Form in das Spritzgusswerkzeug eingebracht und mittels Wärmeeintrag ausgehärtet. Diese (hoch)vernetzten Systeme lassen sich nicht mehr aufschmelzen und zeigen typischerweise hohe Temperatur- und Medienbeständigkeiten. Aufgrund des Härtungsmechanismus ist die Schwindung hierbei in der Regel deutlich geringer als beim thermoplastischen Spritzguss. Infolge dessen können höhere Genauigkeiten der Bauteile erzeugt werden, vor allem aber ist deren Wärmeformbeständigkeit deutlich erhöht.

Da die Reaktivharze außerdem meist deutlich niedrigviskoser sind als Thermoplastschmelzen, ist es möglich höhere Gehalte an Zusatzstoffen wie z.B. Verstärkungsfasern einzubringen, wodurch auch höhere mechanische Kennwerte, wie Steifigkeit und Festigkeit, erreichbar sind. Für jeden Fertigungszyklus muss jedoch das Spritzgusswerkzeug zunächst erwärmt, die Temperatur bis zur vollständigen Vernetzung des Reaktivharzes gehalten und anschließend abgekühlt werden. Dies sind besonders energie- und zeitaufwändige Prozessschritte. Im Reaktivspritzguss sind daher – verglichen mit dem thermoplastischen Spritzguss – zehnfache Zykluszeiten keine Seltenheit.

Eine andere Möglichkeit zur Härtung von Reaktivharzen ist die Vernetzung mittels UV-Strahlung. Hierfür werden den Harzen spezielle Photoinitiatoren zugesetzt, welche bei Bestrahlung zerfallen und so die Vernetzungsreaktion starten. Der Vorteil dieser Harzsysteme besteht in ihrer sehr hohen Reaktionsgeschwindigkeit und somit in deutlich verkürzten Zykluszeiten – verglichen mit dem thermischen Reaktivharzspritzguss – bei sonst ähnlichen, teilweise verbesserten Eigenschaften. Außerdem besteht durch den hohen Wirkungsgrad von UV-Strahlungsquellen (UV-LEDs) und durch das unmittelbare Bestrahlen des Materials ein besonders hohes Einsparpotenzial bezüglich der benötigten Fertigungsenergie.

Gegenstand des hier beantragten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines UV-Reaktivharz-Spritzgussverfahrens hin zu einer industriell einsetzbaren Technologie im Pilotmassstab. Im Fokus stehen neben der Auswahl von besonders geeigneten Werkstoffkomponenten vor allem die Entwicklung eines Spritzguss-Werkzeugs mit integrierten UV-Strahlungsquellen, Materialentwicklung (gefüllte und ungefüllte UV-Reaktivharze), Prozessentwicklung und -optimierung und die Ermittlung der idealen Verarbeitungsparameter hin zu Zykluszeiten, die mit denen aus dem klassischen Thermoplastspritzguss vergleichbar sind. Entwicklungsbegleitende Untersuchungen zur Verarbeitung, Umsatzgraden und Eigenschaftsprofilen der Materialien und (Test-)Bauteile sind ebenfalls Gegenstand der Untersuchungen.