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Kunststoff Komplexe Schäumverhalten von Kunststoffen verstehen

Quelle: IKT 2 min Lesedauer

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Universität Stuttgart Institut für Kunststoff- technologie
GGB Heilbronn GmbH
CADFEM Germany GmbH
ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH

Die Simulation des Schäumprozesses von Kunststoffen ist bisher nur eingeschränkt möglich, da bei der rechnerischen Auslegung die Schmelzeviskosität und das Blasenwachstum bei der Schaumextrusion nicht betrachtet werden. Das wollen Forscher des Institut für Kunststofftechnik (IKT) der Universität Stuttgart nun ändern.

Gasblasen in einem per CT-Scan am IKT vermessenen, geschäumten Granulatkorn. Diese sind sehr wichtig für die Leistungsfähigkeit von geschäumten Kunststoffen. Aber ihre Bildung ist rechnerisch bislang noch schwer vorherzusagen, weil wichtige Kenndaten fehlen. Diese sollen nun ermittelt werden.(Bild: IKT)
Gasblasen in einem per CT-Scan am IKT vermessenen, geschäumten Granulatkorn. Diese sind sehr wichtig für die Leistungsfähigkeit von geschäumten Kunststoffen. Aber ihre Bildung ist rechnerisch bislang noch schwer vorherzusagen, weil wichtige Kenndaten fehlen. Diese sollen nun ermittelt werden.
(Bild: IKT)

Geschäumte Kunststoffe werden beispielsweise für Isolationen und tragfähige Leichtbauteile eingesetzt. Ihre Leistungsfähigkeit hängt dabei von der Größe und Größenverteilung der Poren ab. Die Porengröße weiderrum wird von den Kenngrößen im Schäumprozess beeinflusst. So hängt das Blasenwachstum in treibmittelbeladenen Kunststoffen von diversen Einflussfaktoren ab:

  • dem Löslichkeits- und Diffusionsverhalten des Treibmittels
  • den Fließ- und Dehneigenschaften der Schmelze und
  • den Betriebsparametern (z.B. Temperaturführung, Massedurchsatz, Druckverlauf) während des Verarbeitungsprozesses

Fehleinschätzungen bei der Prozessauslegung

Bei der Prozessauslegung nimmt man einige dieser Parameter immer noch als konstant an, weil es hier schlicht an aussagekräftigen, experimentellen Daten fehlt. Dies führt zu zum Teil erheblichen Unwägbarkeiten und Fehleinschätzungen bei der Prozessauslegung, die durch teure Versuche korrigiert werden müssen.

Um dies zu ändern, wollen das Institut für Kunststofftechnik (IKT) der Universität Stuttgart zusammen mit dem Institute of Advanced Optical Technologies – Thermophysical Properties (AOT-TP) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg in einem gemeinsamen Forschungsvorhaben den Einfluss der oben genannten Größen auf den Blasenbildungsprozess in seiner Komplexität verstehen. Dies soll Verarbeiter künftig in die Lage versetzen, die Eigenschaften von Kunststoffschäumen realitätsgetreuer vorherzusagen.

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Das Buch "Kunststoffe auswählen" bietet eine praktische Anleitung für die Materialauswahl in der industriellen Produktion. Im Fokus steht eine ganzheitliche Betrachtung aller Faktoren, die auf den Kunststoff einwirken und für die Auswahl entscheidend sind.

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Hierfür nehmen die Projektpartner systematisch den Verarbeitungsprozess in den Blick. Dabei werden experimentelle Charakterisierungsmethoden eingesetzt, wie:

  • CT-Scans geschäumter Granulatkörner
  • Viskositätsmessungen (IKT) und die Dynamische Lichtstreuung (AOT-TP)
  • eine detaillierte experimentelle Untersuchung des Diffusionskoeffizienten der Treibmittel in der Kunststoffschmelze ermöglicht
  • Messungen der Treibmittel- bzw. Gas-Löslichkeit und -Diffusion
  • Raman-Spektroskopie (AOT-TP)
  • thermische Analysen und rheometrische Messungen (IKT)

Um einen tieferen Einblick in die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zu gewinnen, sind zudem Molekulardynamik-Simulation geplant, welche einen detaillierten Einblick in die Diffusionseigenschaften und die Fluidstruktur des Systems eröffnen (AOT-TP).

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