AF/WZ

KF

τF/WZ

γWZ

γF

Adhäsionskräfte zw. der Farbe und dem Werkzeug

Kohäsionskräfte der Farbe

Schubfestigkeit der Farbe auf dem Werkzeug

Oberflächenenergie des Werkzeuges [mN/m]

Oberflächenenergie der Farbe [mN/m]

We

rkze

ug

Tampondruckmaschine

TC 60-80T-KH

Spritzgießmaschine

Arburg Allrounder 320S

In-Mold Printing während des Spritzgießens Agnieszka Kalinowska, Michael Gehde

Dipl.-Ing. Agnieszka Kalinowska

Technische Universität Chemnitz

Professur Kunststoffe

Tel.: 0371 / 531-39544, E-Mail: agnieszka.kalinowska@mb.tu-chemnitz.de

Kontakt

Verfahrensablauf

Fazit

Prof. Dr.-Ing. Michael Gehde

Technische Universität Chemnitz

Professur Kunststoffe

Tel.: 0371 / 531-32337, E-Mail: michael.gehde@mb.tu-chemnitz.de

Einfluss der Werkzeugwandtemperatur auf den Farbübertrag

Kunststoffe

Polycarbonat Makrolon 2805

Hersteller:

Bayer MaterialScience AG

Polypropylen Moplen 501 H

Hersteller: LyondellBasell

Druckstoffe

Maramold MPC 980

Hersteller: Marabu GmbH

NoriProp N 948

Hersteller: Pröll KG

40°C 80°C 100°C 30°C 60°C

Bedrucken Entformen Spritzgießen

AF/KS

KF

AF/WZ

AF/KS > AF/WZ

und

KF > AF/WZ

a) Druckmotiv

c) In-Mold bedrucktes

Polycarbonatteil d) Werkzeug nach dem

Hinterspritzen

b) Tampondruck auf dem Werkzeug

Farbübertrag beim Spritzgießen

Spritzgießen:

AF/WZ > τF/WZ → kein Verwischen

Bedrucken:

γWZ ≥ γF → Benetzung

Entformen:

AF/KS > AF/WZ

AF/KS < KF

AF/WZ < KF

vollständiger Farbübertrag

keine Farbspaltung

Danksagung

Wir danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die finanzielle

Unterstützung der Arbeiten in Rahmen eines Gemeinschaftsantrags

(GE 627/81, HU 811/12-1, MA 1774/6-1) und den Firmen Pröll KG und

Marabu GmbH für die Bereitstellung von Druckfarben.

Zur Beurteilung der Verbundhaftung zwischen Farbe und Polycarbonat unter einer tangentialen Be-

lastung wurde ein Ritztest verwendet. Die Untersuchung der Ritzspuren weist für den Polycarbonat-

Druckstoff Verbund auf eine sehr gute Haftung der beiden Komponenten hin.

Die Probekörper wurden unter dem Einfluss der Belastung plastisch verformt. Es konnten jedoch

keine negative Veränderung des Kunststoff-Druckstoff Verbundes, weder adhäsiver (Grenzflächen-

schädigung) noch kohäsiver (Druckstoffschädigung) Natur, festgestellt werden.

In-Mold Printing am Beispiel von Polycarbonat Ritztest (DIN EN 1071-3)

Experimentelles

In-Mold Printing ermöglicht, Kunststoffbauteile direkt

während des Spritzgießens zu bedrucken. Das

Druckbild wird dabei auf die Oberfläche des Werk-

zeuges aufgebracht und im Spritzgießprozess auf

die Kunststoffoberfläche übertragen.

Bedrucken

• Integrierte Tampondruckmaschi-

ne von Tampocolor TC 60-80T-KH

platziert vertikal zur Spritzgießmaschi-

ne Arburg Allrounder 320S

• formflexibler und indirekter Farb-

übertrag von der Druckform (Klischee)

auf das Spritzgießwerkzeug

Standard Spritzgießen

• Werkzeug schließen

• Hinterspritzen des Farbfilmes mit

heißer Kunststoffschmelze

• Abkühlen des Formteils

• Auswerfen

Steigende Werkzeugtemperatur

Oberflächenenergie der Kunststoffe

(Owens/Wendt)

Berechnung der Oberflächenenergie der ausgewählten

Kunststoffe nach Owens, Wendt, Rabel, Kaelbel

Polypropylen

PP Moplen 501 H

Polycarbonat

PC Makrolon 2805

Oberflächenenergie [mN/m] 30,3 45,8

Polare Anteile der

Oberflächenenergie [mN/m] 0,4 2,5

P

l

P

s

D

l

D

slssl 2

D

s

P

ss

𝜎𝑠𝑙 – Grenzflächenenergie zw. Testflüssigkeit und Kunststoff [mN/m]

𝜎𝑠 – Oberflächenenergie des Kunststoffs [mN/m]

𝜎𝑙 – Oberflächenspannung der Testflüssigkeit [mN/m]

𝜃 – Randwinkel [°]

𝜎𝑃𝑠 – polarer Anteil der Oberflächenenergie des Kunststoffs [mN/m]

𝜎𝐷𝑠 – disperser Anteil der Oberflächenenergie des Kunststoffs [mN/m]

Besonderes Interesse gilt der Anwendung des In-Mold Printing für die schwer bedruckbaren Polyolefine.

Wurden die Proben mit den Standardparametern hergestellt (Ts = 230; TWZ = 30°C), fand kein Farbübertrag

statt. Bei 100°C Werkzeugtemperatur wird die Farbe nahezu vollständig auf den Kunststoff übertragen. Nur

eine dünne Schicht der Konturen verblieb auf dem Edelstahlträger.

• Idealer vollständiger Farbübertrag

• Das Druckbild wurde komplett auf

das Kunststoffbauteil übertragen

• Kein Druckstoff verbleibt nach

dem Hinterspritzen des Druckmo-

tives im Werkzeug.

• Hohe Abbildegenauigkeit

• Hohe Schubfestigkeit der Farbe

→ kein Verwischen

→ keine Verschiebung der Linien

• Farbrezeptur eignet sich für die

hohen thermischen und

mechanischen Beanspruchungen

während des Spritzgießprozesses

Po

lyp

rop

yle

n

Werk

zeu

g

Vorteile der In-Mold Printing Technologie

Formteile werden bedruckt direkt während des Spritzgießprozesses

Keine Vor- und Nachbehandlung notwendig

Energieeffizienz (Ersparnis an Kosten, Zeit, Transport)

Selektive Dekorierung bzw. Funktionalisierung möglich

Modifikatoren, Metalleffektfarben, Interferenzfarben, elektrisch

leitfähige Formulierungen

In-Mold bedruckte Leiter-

bahnen mit der

ankontaktierten LED Diode

Mikroskopische Aufnahme der

In-Mold bedruckten Leiterbahn;

Auflichtaufnahme,, polarisiert

Mikroskopische Aufnahmen von Ritzspuren auf dem In-Mold bedruckten Polycarbonat a) FN=1N b) FN=20N.