Durch Gas geben mit Kunststoff auf der Überholspur. Neues Schäumverfahren für den Spritzguß

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1 Durch Gas geben mit Kunststoff auf der Überholspur Neues Schäumverfahren für den Spritzguß

2 Gliederung Motivation Aktuelle Schäumverfahren Chemisches Schäumen Physikalisches Schäumen Aktuelles Entwicklungsprojekt Neues physikalisches Schäumverfahren Gasgendruckverfahren Fazit 2

3 Motivation Warum Schäumen? Leichtbau Gewichtsreduzierung Materialeinsparung Schwindungskompensation Maßhaltigkeit weniger Eigenspannungen Bessere Fließfähigkeit geringere Spritzdrücke 3

4 Aktuelle Schäumverfahren Chemisch Physikalisch Zugabe als i.r. 1-2% Masterbatch in das Granulat Zugabe in Plastifiziereinheit; je nach Verfahren an verschiedenen Stellen Vermischen Energiezufuhr => Zersetzung Vermischen Treibmittelbeigabe in das Granulat; Zersetzung des Treibmittels beim Plastifiziervorgang Gase im superkritischen Zustand; Direktinitiierung in die Schmelze aktuelle Verfahren: CELLMOULD, Ergocell, MuCell, ProFoam, Optifoam SmartFoam 4

5 Chemisches Schäumen Chemische Treibmittel Treibmittel als Masterbatch, Pulver (+ Trägeröl) oder Flüssigkeit verfügbar Zersetzung i.d.r. unter Entstehung von CO 2, N 2 und/oder H 2 O aber teilweise auch NH 3 Niedrige Schaumdrücke (ca. 30 bis 40 bar) gegenüber dem physikalischen Schäumen 2 Reaktionsarten Endotherme Zersetzung => Wärmeaufnahme Exotherme Zersetzung => Wärmeabgabe In der Regel verbleiben feste Rückstände im Formteil => Rezyklierung nicht in jedem Fall möglich Kostengünstige Masterbatches (ca. 2,5 5 /kg) Durch eventuelle Wasserabspaltung kann es zu Korrosionsproblemen kommen Durch Reaktionsrückstände kann es zu Ablagerungen im Werkzeug kommen Maschinendüse bzw. Heißkanal mit Nadelverschluss empfehlenswert 5

6 Physikalisches Schäumen Einspeisung eines Gases in die Polymerschmelze Das Treibmittel (z.b. N2, CO2) wird der Schmelze unter hohem Druck zu dosiert Treibgasbeladene Schmelze muss im System bis zum Einspritzen unter Druck gehalten werden Verschlussdüse an der Plastifiziereinheit + Lageregelung Verschlussdüse des Heißkanals + Lageregelung Schäume weisen Zellgrößen zwischen 5 und 100 µm auf Keine Rückstände (außer das Treibgas selbst) im Formteil => keine Veränderung der Matrixeigenschaften Unabhängigkeit von den Prozesstemperaturen und den chemischen Eigenschaften des Grundmaterials Ablagerung durch den Wirkstoff (Reaktionsprodukte) oder einen Träger treten üblicherweise nicht auf Es sind Fälle bekannt, in denen vermutlich eine unzulässig hohe Belastung des Basispolymers (Scherung, Verweilzeit) die Ursache für Ablagerungen ist Regranulierung ist grundsätzlich möglich spezielle Plastifiziereinheit notwendig 6

7 Gemeinsames Entwicklungsprojekt Verfahrensablauf: Neues, physikalisches Schäumverfahren Granulat Beladen des Granulates im Autoklaven Plastifizieren des beladenen Granulates (homogene 1- Phasen-Lösung) Einspritzen der beladenen Schmelze in die Kavität Autoklav Einfache Handhabung Geeignet für viele Standardpolymere und Spritzgießmaschinen (Lageregelung und Verschlussdüse) Weiterverarbeitung an Spritzgießmaschine Versorgung mehrerer Maschinen über einen Autoklaven 7

8 Prozess Polymer Handelsname geschäumt [g] Referenzgewicht [g] Gewichtsverlust [%] PC Mitsubishi Xantar ,2% ABS Regran R ,6% PA GF30 Altech PA6 A 2030/109 GF ,5% PP Moplen EP 448 T ,8% PP Hifax TSOP EM1 R ,9% PP Finalloy ,8% TPE Bexloy GPV63B ,4% PLA RTP 2099 X A ,5% PTT GF15 Sorona 3015G BK ,5% Verschiedene amorphe, teilkristalline und Biopolymere wurden untersucht Beeinflussbarkeit der Schaumstruktur / des Formteilgewichtes mittels der Maschinenparameter Prozessstabilität 8

9 Modellvorstellung der Quellströmung Fließrichtung der Schmelze p1 >> p2 Die heiße Schmelze rollt sich auf die kalte Werkzeugwand ab und erstarrt. 9

10 Modellvorstellung beim Schäumen erstarrte Randschicht an der kalten Werkzeugwand Fließrichtung der Schmelze p1 >> p2 Weg einer Gasblase beim Schäumen. 10

11 Modellvorstellung beim Gasgegendruck erstarrte Randschicht an der kalten Werkzeugwand Fließrichtung der Schmelze Gasgegendruck p1 >> p2 < p3 Weg einer Gasblase beim Schäumen mit Gasgegendruck. 11

12 Gasgegendruck Geschlossene Oberfläche mittels Gasgegendruck gute Oberflächenqualität bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion 12

13 Gasgegendruck Gewichtsvergleich Polycarbonat Verfahren Gewicht [g] Gewichtsverlust [g] Kompakt 91, Geschäumt 82,13 9,23 10,1 Geschäumt+GG 83,74 7,62 8,3 Eigenspannungsabbau geschäumter Formteile Gewichtsverlust [%] Kompaktspritzgegossen Geschäumt mit Gasgegendruck 13

14 Fazit Schäumen Schäumen wird in Hinsicht auf Leichtbau, E-Mobilität, Energieeffizienz und Ressourceneinsparung zunehmend vom Markt gefordert. Das vom Kunststoff Institut und der Linde AG entwickelte Verfahren funktioniert mit vielen Formmassen auf Standard Plastifiziereinheiten. Mit einer Installation können auf mehreren Spritzgussmaschinen geschäumte Bauteile hergestellt werden. Diese Flexibilität macht das Verfahren für kleine Chargen und große Produktionslose gleichermaßen attraktiv. Gasgegendruck Durch die Gasgegendrucktechnik können Schlieren durch Treibmittel, Gase, Feuchtigkeit und Spaltprodukte vermieden werden. 14

15 Ansprechpartner Herr Dipl.-Ing Andreas Kürten Anwendungstechnik Tel.: +49 (0)

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!