Spuitgieten met gas en in laagjes; Nieuwe spuitgiettechnieken brengen plastic wereld steeds dichterbij. De kunststofverwerkende industrie krijgt bijscholing

Wat hebben motorhelmen, CD's, brilmonturen, sportschoenen, Legosteentjes en kof(Jfiebekertjes gemeen? Antwoord: ze komen allemaal uit de spuitgietmatrijs. En niet alleen die dingen; steeds meer zijn de voorwerpen en vormen die onze beschaving zijn kenmerkende uiterlijk geven volgens dit procede vervaardigd.

Spuitgieten is een techniek waarbij zacht materiaal onder hoge druk in een koude matrijs wordt geperst. Het werd het eerst toegepast met metalen. Rond 1900 werden de loden letters en regels in de zetmachine al gespoten (wegens onoverkomelijke problemen met de vervoeging van spuitgieten zegt men in de branche altijd spuit, spoot, gespoten) en tot op de dag van vandaag wordt bijvoorbeeld het ingewikkelde lichtmetalen huis van een carburateur zo gemaakt.

Kunststof heeft het spuitgieten een belangrijke impuls gegeven. De kunststof wordt in korrels aangevoerd en in de spuitgietmachine opgewarmd tot zo'n 260 C. Dat opwarmen geschiedt in een stevig uitgevoerde buis, waarin een schroef draait die de langzaam smeltende massa verder transporteert. Als er genoeg smelt is gevormd, stopt de schroef met draaien. Hij beweegt naar voren en werkt nu net als de zuiger in een injectiespuit. Door een kleine opening (de spuitmond) wordt de stroperige massa in de matrijs genjecteerd. Dat gebeurt onder zeer hoge druk; door de hoge viscositeit (stroperigheid) van de smelt en de vaak zeer gecompliceerde vorm van de matrijs zijn drukken van 300 tot 600 bar geen uitzondering.

Meestal zijn het thermoplasten die worden gespoten. Dat zijn kunststoffen die zacht worden bij verhitting. Bekend thermoplasten zijn ABS, polypropyleen en polyetheen. Thermoharders worden juist hard bij verwarming; veelal gaat het daarbij om kunststoffen die uit meerdere componenten bestaan, of voorzien zijn van een katalysator. De harding is dan het gevolg van een chemische reactie die 'aanspringt'

bij een bereiken van een bepaalde temperatuur. Spuitgieten gaat betrekkelijk snel. Een matrijs voor de bovenste helft van een stofzuigerbehuizing (aan de buitenkant gladmaar aan de binnenkant bezet met talloze ribbeltjes, richeltjes, vakjes en staafjes) is in vijf a zes seconden geheel gevuld met stroperige kunststof. Dan volgt er een periode van een seconde of dertig waarin de smelt afkoelt en stolt. Omdat het plastic daarbij krimpt, blijft de spuitgietmachine in deze fase voortdurend kunststof toevoegen, het zogeheten 'nadrukken'. Dan volgt het uitwerpen: de matrijs opent zich en de harde vorm valt eruit. Elke 48 seconden kan zo een halve stofzuigerschaal worden gproduceerd; een duurzaam stuk plastic dat geen nabewerking meer behoeft. Spiegelglad waar het spiegelglad moet zijn en overal precies goed van maat. Gespuitgiete produkten kunnen binnen zeer nauwe toleranties worden gefabriceerd. Een Legosteentje bijvoorbeeld heeft een tolerantie van een duizendste millimeter.

Toch hoeven die precisiestukjes niet duur te zijn. De ruwe grondstof is goedkoop en het is eigenlijk vooral de matrijs die de kosten bepaalt. Het ontwikkel van een matrijs voor een stofzuigerhelft kost gauw drie ton, maar dan heb je ook wat. Door de grote druk die de matrijs moet kunnen weerstaan, de kanaaltjes waar koelvloeistof doorheen loopt en het uitwerpmechanisme is een matrijs gauw een complete machine, die in het geval van de stofzuigerschaal wel 5 ton weegt.

Spuitgieten is dus een kwestie van massafabricage, het maken van een matrijs loont alleen als de aantallen zeer groot zijn.

Het is overigens niet de enige techJH)niek om kunststof produkten te maken. Extrusie is een andere methode. Het gesmolten plastic wordt dan door een open vorm geduwd. Op deze wijze worden allerlei profielen gevormd: gordijnrails en kozijnen bijvoorbeeld. Ook buizen, pijpen en platen wordt geextrudeerd (extrusie is niet beperkt tot kunststof; lichtmasten zijn vaak van geextrudeerd aluminium).

Een derde verwerkingstechniek is vacuumvormen. Er wordt dan een kunststof plaat boven een vorm geplaatst, de plaat wordt verwarmd en de lucht tussen plaat en vorm weggepomptDe luchtdruk doet de rest: de plaat wordt tegen de vorm aan geperst. Vacuumvormen wordt voor goedkope toepassingen gebruikt, bijvoorbeeld voor verpakkingen.

SPUITGIETDAG

De techniek van het spuitgieten bestaat al heel wat jaren, maar er zijn volop nieuwe ontwikkelingen. Op een onlangs gehouden spuitgietdag, georganiseerd door een groot aantal organisaties die zich de verbreiding van technologische kennis ten doel stellen a.

Microcentrum Nederland, Centrum voor Energie Milieu en Technologie en STIPT) legden vertegenwoordigers van industrie en wetenschap aan een flink gezelschap van professionele spuitgieters de nieuwste technieken uit. In Nederland wordt per jaar 3,5 miljard gulden in de spuitgietbranche omgezet (40% van de totale kunststofverwerkende industrie), maar de bedrijven zijn betrekkelijk klein. Grote fabrikanten besteden het spuitgieten veelal uit.

Ir. H.P. Dijkhuis van Akzo verte over de proefnemingen die deze plasticfabrikant heeft gedaan met gasinjectie: tegelijk met de smelt wordt dan een inert gas in de matrijs genjecteerd. Het gas drukt de smelt tegen de wanden van de matrijs en maakt een holte in het midden.

Het procede is ontwikkeld door Peerless LTD en staat bekend als het Cinpress-systeem.

Met gasinjectie is het mogelijk holle vormen te spuitgieten. Dat is aantrekkelijk als het alternatief een te massieve vorm zou opleveren.

Massieve vormen zijn zwaar, harden moeilijk uit en kostveel materiaal. Dijkhuis liet zien hoe voor Mercedes bij wijze van proef een hol portierhandvat werd gespoten. Het handvat voldeed aan alle eisen, behalve aan een: in Duitsland moet bij een ongeluk het portier met een koevoet achter het handvat geopend kunnen worden. Alleen met een stalen kern bleek aan die eis voldaan te kunnen worden.

Holle vormen kunnen ook met het 'verloren-kern' procede worden gemaakt. De vorm wordt dan om een kern (meestal een lood-bismuth-legering) gespoten die er later worduitgesmolten. De auto-industrie experimenteert er op bescheiden schaal mee; de ingewikkelde vormen van koelwaterleidingen en spruitstukken lenen er zich in principe voor, maar het is geen goedkope methode.

Dijkhuis toonde verder nog met enige triomfantelijkheid een gespoten hardplastic kuip van een bureaustoel. Het bijzondere was dat de zitting voorzien was van een schuimrubberlaag die niet er niet op geplakt was; het plastic was in de matrijegen het schuimrubber aangespoten. Bij de gebruikelijke drukken zou het plastic finaal door het schuimrubber heen spuiten, maar door een tot in de finesses gecontroleerde spuittechniek en een hier en daar verwarmde matrijs kon met geringe druk worden volstaan. Dit door de Nederlander Hettinga ontwikkelde systeem kan leiden tot grote besparingen, maar de aantallen moeten groot zijn, want lage druk inspuitmachines zijn zeer duur. Ook hier is de auto-industrie de meest waarschijnlijke afnemer.

Dijkhuis noemde als voorbeeld een hoedenplank, die in een keer kan worden gespoten - met bekleding en al.

MEERLAGEN

Zeer tot de verbeelding van spuitgieters sprak een nog betrekkelijk experimentele techniek die bekend staat als 'meerlagen spuitgieten'.

De spuitgietmachine wordt dan geladen met twee verschillende soorten kunststof. Er kan dan met een keer spuiten een produkt worden gemaakt dat opgebouwd is in lagen: met een harde buitenlaag en eezachtere binnenlaag bijvoorbeeld. Andere toepassingen zijn het aanbrengen van een dunne elektromagnetische afscherming in de wand van een kunststof behuizing, of een container waarin een dunne laag met een hoge gasweerstand gecombineerd wordt met - en beschermd wordt door - vochtafstotende buitenlagen. Prof. H.E.H. Meijer van de TU Eindhoven, een toonaangevend onderzoeker op dit gebied, liet zien hoe in zijn laboratorium al zeer dunne wandjes met twee, drie en vier lagen waren gespoten. Voortgezette proeven en het ontwikkelen van computermodellen moeten deze nieuwe tak van de spuitgiettechnologie verder tot ontwikkeling brengen.