Mit heißem Druck Partikelschäume leichter machen

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Die neuartige Druck-Temperatur-Anlage erhöht den Gasanteil bei Partikelschäumen auch aus technischen Kunststoffen. Damit werden die Schäume noch leichter.

Partikelschäume auf Basis technischer Kunststoffe sind für viele Leichtbau-Anwendungen noch zu schwer – eine Vorbehandlung der Schaumperlen mit einer speziellen Druck-Temperatur-Anlage schafft Abhilfe.

Partikelschäume sind aufgrund ihrer geringen Dichte und guten Wärmeisolation attraktive Materialien für viele Leichtbauanwendungen. Sehr verbreitet sind hierbei expandiertes Polystyrol (EPS) oder expandiertes Polypropylen (EPP). Allerdings können diese Polyolefin-Schäume bei Anwendungen, die eine hohe Temperaturbeständigkeit oder besondere Flammschutzeigenschaften erfordern, nicht eingesetzt werden.

Inzwischen sind auch flammwidrige Partikelschaumtypen auf Basis technischer Kunststoffe auf dem Mark, z. B. expandiertes, modifiziertes Polyphenylenether (E-mPPE). Diese weisen jedoch höhere Dichten als EPP und EPS auf, was ihr Leichtbaupotenzial einschränkt. Grund hierfür ist ein zu geringer Gasanteil im Schaum.

Gasanteil im Partikelschaum erhöhen

Mit einer neuartigen Druck-Temperatur-Anlage (Pressure and Temperature, PAT) im Technikum der Firma Neue Materialien Bayreuth (NMB) soll bei Partikelschäumen aus technischen Kunststoffen der Gasanteil erhöht werden. Hierzu untersuchen die Experten die zugrundeliegenden Diffusionsmechanismen der Schaumperlen in Abhängigkeit von Druck und Temperatur.

Ziel ist es, die bereits vorgeschäumten Kunststoffperlen unter erhöhtem Druck mit weiteren Gas – meist Luft – zu beladen, um die Dichte nochmals zu verringern. Wie schnell die Perlen jedoch mit Luft „befüllt“ werden können, hängt stark der Prozesstemperatur ab. Bislang arbeiten industriell etablierte Druckbeladungsanlagen lediglich bei Raumtemperatur.

Mehr Temperatur im Druckkessel

Die neuartige Anlage im Technikum bei NMB erlaubt die Steuerung sowohl des Beladungsdrucks, als auch der Temperatur im Drucktank. Da die Diffusionsgeschwindigkeit in Polymeren oberhalb deren Glasübergangstemperatur deutlich ansteigt, kann so eine schnelle Druckbeladung auch von technischen Kunststoffen realisiert werden.

In der von Teubert Maschinenbau hergestellten PAT-Anlage lassen sich Partikelschäume bei Drücken zwischen 0 und 14 bar und Temperaturen bis 200 °C mit Gas beladen. Der Materialtank fasst 30 bis 300 Liter und bietet damit ideale Bedingungen für Forschungsarbeiten bis hin zum Upscaling auf den Maßstab eines Technikums.

Schüttdichte von E-mPPE um 32 Prozent verringert

Durch ein optimiertes Zusammenspiel von Druck und Temperatur gelang es beispielsweise, die Schüttdichte von E-mPPE um 32 % zu verringern und damit Formteile zu erzeugen, die sogar ganze 44 % leichter sind, als auf konventionellem Weg geschäumte Bauteile.

Die PAT-Anlage kann aber noch mehr: Neben der Möglichkeit zur Druckbeladung kann das Ausgangsgranulat gleichzeitig auch mit flüssigen, viskosen oder pulverförmigen Zusatzstoffen beschichtet werden. Diese machen den Schaum z.B. elektrisch leitfähig oder sorgen für besondere Farbeffekte.

mg

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