Vakuolen

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Vakuolen

Im Spritzgießprozess tritt beim Abkühlen des Formteils (siehe: Formmasse) im Werkzeug eine Volumenkontraktion (Schwindung) auf, wodurch in den Randbereichen eine Druckeigenspannung und im Inneren eine Zugeigenspannung aufgebaut wird. In Bereichen von Masseanhäufungen ist diese Volumenkontraktion der Schmelze erhöht, da das sich reduzierende Volumen nicht durch neue Schmelze ersetzt werden kann.
Vakuolen, die in der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) auch als Lunker bezeichnet werden, treten dann auf, wenn die erstarrte Randschicht eine ausreichende Stabilität aufweist, um der inneren Kontraktionsneigung entgegenzuwirken. Aufgrund der im Inneren wirkenden Zugeigenspannungen reißt die Formmasse im Zentrum von Materialanhäufungen auf und es werden Löcher gebildet (Bild 1). Die Löcher haben infolge des Unterdrucks eine zerklüftete Oberfläche und sind unregelmäßig geformt. Sie unterscheiden sich sehr deutlich von den Gasblasen (Bild 2).
Vakuolen werden insbesondere dann gebildet, wenn die Verarbeitungsbedingungen bzw. wenn die Werkzeug- und/oder Bauteilkonstruktion nicht optimal sind. Hauptursachen für die Entstehung von Vakuolen sind eine zu niedrige Werkzeugtemperatur, ein zu geringer effektiver Nachdruck, eine zu kurz gewählte Nachdruckzeit, Engstellen im Fließweg, eine falsche Anschnittlage (im dünnwandigen Bereich) oder ein zu kleiner Anschnitt [1, 2].

Bild 1:

Vakuolen an spritzgegossenen Bauteilen im Bereich von Materialanhäufungen, a) Beispiel aus [2] PBT-GF, b) Beispiel aus [3] PA/PTFE-Kolbenring

Bild 2:

Vakuolen auf der Bruchfläche einer Schelle aus Polyoxymethylen (Kurzzeichen: POM), a) lichtmikroskopische Aufnahme, b) REM-Aufnahme

Sehr kleine Vakuolen werden als Mikroporen bezeichnet.

Literaturhinweise

[1]	VDI 3822 Blatt 2.1.1 (2024-06): Schadensanalyse – Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch fehlerhafte Konstruktion
[2]	VDI 3822 Blatt 2.1.2 (2024-06): Schadensanalyse – Schäden an thermoplastischen Kunststoffprodukten durch fehlerhafte Verarbeitung
[3]	Kurr, F.: Praxishandbuch der Qualitäts- und Schadensanalyse für Kunststoffe. Carl Hanser Verlag München (2014) (ISBN 978-3-446-43775-3; siehe AMK-Büchersammlung unter D 6-2)

Zusätzliche Literaturhinweise zur Kunststoffdiagnostik/Schadensanalyse

• Ehrenstein, G. W.: Präparation. Unverstärkte, hochgefüllte und verstärkte Kunststoffe – Ätzen für Strukturunterbrechungen. Erlanger Kunststoff-Schadenanalyse. Carl Hanser Verlag München (2019) (ISDN 978-3-446-40382-6; e-Book ISBN 978-3-446-46054-6; siehe AMK-Büchersammlung unter F 27)
• Ehrenstein, G. W.: Kunststoff-Schadensanalyse – Methoden und Verfahren. Carl Hanser Verlag München, Wien (1992) (ISBN 978-3-446-17329-3; siehe AMK-Büchersammlung unter D 2)
• Ehrenstein, G. W.: SEM of Plastics Failure – REM von Kunststoffschäden. Carl Hanser Verlag München (2010) (ISBN 978-3-446-42242-1; siehe AMK-Büchersammlung unter D 5)
• Engel, L., Klingele, H., Ehrenstein, G. W., Schaper, H.: Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen von Kunststoffschäden. Carl Hanser Verlag München, Wien (1978) 1. Auflage (ISBN 978-3-446-12560-5, siehe AMK-Büchersammlung unter D 8)
• Brostow, W., Corneliussen, R. D.: Failure of Plastics. Carl Hanser Verlag München, Wien (1986) (ISBN 978-3-446-14199-5; siehe AMK-Büchersammlung unter D 10)
• Ezrin, Myer: Plastics Failure Guide – Cause and Prevention. Carl Hanser Verlag München, 2nd Edition (2013) (ISBN 978-1-56990-449-7; siehe AMK-Büchersammlung unter D 7)