Spuitgieten van gekleurde Engineering Plastics?

Spuitgieten is nog altijd de meest toegepaste techniek voor kunststof (deel) producten, vooral bij het snel en efficiënt produceren van grotere series. En om de kwaliteit van het geproduceerde kunststof granulaat te analyseren wordt dan ook gebruik gemaakt van gestandaardiseerde gespuitgiete staven en plaatjes.

De keuze voor een bepaalde kunststof hangt natuurlijk af van de eigenschappen ervan in relatie tot de applicatie: Is er een vormvaste hoge temperatuurbestendige kunststof nodig? Is er een slagvast materiaal nodig die ook bij hogere temperaturen niet, of zo min mogelijk, deformeert? Is er een vlamvertragend of vlamdovende kunststof nodig? Is RAL 2003 oranje kleur dé voorwaarde voor de applicatie? Is er een materiaal nodig wat lasermarkeerbaar is?

De applicatie en de bijbehorende noodzakelijke eigenschappen van de kunststof bepalen ook welke analyses er uitgevoerd moeten worden. Al deze analyses zijn vastgelegd in ISO-normen en meestal worden hiervan de (locale) werkvoorschriften afgeleid; in de dagelijkse gang van zaken is het nodig om meer specifiek en werkbare (eenvoudiger) instructies op te stellen. En hierbij wordt niet alleen het spuitgieten zelf, maar ook de voorbereiding (vocht, representatieve monstername) en de conditionering na spuitgieten én voorafgaand aan de analyse beschreven.

Wat voor elk vak geldt, geldt zeker ook voor de analyse van kunststoffen, namelijk dat goed opgeleide laboranten de analyses uitvoeren. In de, zeer goede, opleidingen “Spuitgieten” (in Nederland NRK, Rubber– en Kunststofindustrie, branche erkend diploma) worden de diverse aspecten behandeld, van polymeertypen tot schroeven, van snelheden en drukken tot temperaturen, van homogeniteit tot matrijzen.
De nadruk bij deze opleidingen ligt bij het veilig bedienen van de machine én een optimale kwaliteit van gespuitgiete voorwerpen; voor de analyse zijn deze voorwerpen bijvoorbeeld staven voor treksterkte, Charpy, UL en plaatjes voor glowwire, hardheid en ook kleur.

Wat minder aandacht krijgt is wat er ná het spuitgieten moet gebeuren, wat ervoor nodig is om een goede en juiste analyse uit te voeren, wat er met het polymeer gebeurt na spuitgieten.

Een kunststof wordt met een hoge temperatuur en de nodige druk redelijk snel door een klein gaatje geperst en in de matrijs fors afgekoeld. De polymeerketens, onder andere, worden hierbij in een bepaalde stromingsrichting geduwd en het duurt “even” voordat deze ketens zich ontspannen (relaxeren) naar hun eigen, polymeer specifieke, oriëntatie. Dit is voor elk type polymeer en kunststof verschillend en kan soms wel meerdere dagen duren.
Het is vanwege dit aspect dat de conditionering voorafgaand aan de analyse van de materiaaleigenschappen (en naar ik aanneem ook de assemblage van productdelen!) minimaal 24 uur duurt.

De analyses van materiaaleigenschappen zijn geen stuurparameters tijdens het compounderen van kunststoffen; viscositeit, samenstelling en vocht zijn indicatoren (secundaire eigenschappen) dat de productie goed is gegaan en achteraf worden o.a. treksterkte, Charpy en UL geanalyseerd voor de definitieve vaststelling van de kwaliteit en voor de vrijgave van een batch.
Maar wat betekent dit voor kleur?

Kleur is wel degelijk een stuurparameter en alles is erop gericht om dit zo snel mogelijk te analyseren. Je wilt na 24 uur niet vaststellen dat je batch van 50 ton (of meer) buiten de kleurspecificatie ligt; het merendeel van de kleuranalyses moet binnen het uur klaar zijn en na spuitgieten wordt het kleurplaatje meestal maximaal 15 minuten gekoeld alvorens de kleur te meten.
Maar is dit wel terecht? Hoeveel verandert de kleur nog na spuitgieten in de relaxatietijd? Wordt dit wel eens gecontroleerd of onderzocht?

We weten het e.e.a. over kristallisatie en welke factoren hieraan bijdragen, maar weten we dat ook voor alle pigmenten (anorganisch en organisch) en kleurstoffen, laat staan de combinaties ervan? Anorganische pigmenten lossen niet op in de polymeermatrix en dragen hooguit bij aan de kristallisatiesnelheid, maar is dit reproduceerbaar? Kleurstoffen kunnen meer moeite hebben om zich in het kristallijne deel te verspreiden en een enkele kleurstof vertraagt zelfs de kristallisatiesnelheid, wat doet dat met de kleur? In mijn ervaring kan ik zo een paar organische pigmenten en kleurstoffen benoemen die een langere tijd nodig zijn dan de 15 minuten koeltijd na spuitgieten om de definitieve kleur te ontwikkelen.

De analysevoorschriften zijn nu “one-size-fits-all”, ongeacht de analyse, en tijdens spuitgieten worden voor de verschillende staven en plaatjes de inserts in een matrijs gewisseld; dat is natuurlijk enorm efficiënt. Maar is dit wel de juiste manier of benadering? Zou je misschien in plaats van zo efficiënt en snel mogelijk spuitgieten moeten overgaan naar een zo efficiënt en snel mogelijke tótále analysetijd? Kun je de spuitgietinstellingen zodanig aanpassen dat de relaxatietijd na spuitgieten minimaal wordt, waardoor je ofwel tijd bespaart in de conditionering ofwel de kleur (en wellicht andere eigenschappen) sneller én juister kunt analyseren?

Het wordt misschien tijd om deze honderd-plus oude techniek weer eens nader onder de loep te nemen, tijd om te relaxen!