Schaum­verarbeitung

Der Batch-Prozess ist ein diskontinuierliches Verfahren, welches auf Grund seiner exakten Prozessführung eine sehr gute Reproduzierbarkeit aufweist. Vor allem ist es für die Untersuchung des Schäumverhaltens neuer Polymersysteme geeignet, wird jedoch auch industriell zur Schaumherstellung verwendet. Als Treibmittel kommen in diesem Prozess physikalische Treibmittel wie beispielsweise gasförmiges bzw. überkritisches CO2 zur Anwendung.

Mit dem Hochdruck-Autoklaven können Polymere nach der Drucksprungmethode geschäumt werden. Mit diesem Autoklaven werden Materialien unter sehr hohen Drücken und Temperaturen mit Treibmitteln beladen. Nach der notwendigen Beladungszeit werden durch einen rapiden Druckabfall (=hohe Druckabfallrate) die Proben aufgeschäumt. Während der gesamten Versuchsdauer, werden alle relevanten Daten wie Temperatur- und Druckverlauf sowie die Druckabfallrate aufgezeichnet.

Der Batch-Prozess ist ein diskontinuierliches Verfahren, welches auf Grund seiner exakten Prozessführung eine sehr gute Reproduzierbarkeit aufweist. Das Verfahren ist vor allem für die Untersuchung des Schäumverhaltens neuer Polymersysteme geeignet, wird jedoch auch industriell zur Schaumherstellung verwendet. Als Treibmittel kommen in diesem Prozess physikalische Treibmittel wie beispielsweise CO2 zur Anwendung. Grundsätzlich kann zwischen zwei Schäummethoden, der Drucksprung- und der Temperatursprungmethode unterschieden werden. Die Temperatursprungmethode ist ein schnelles Verfahren für erste Screeningversuche von Materialien, womit wesentliche Effekte wie Nukleierung nachgewiesen werden können.

Wir untersuchen mit dem Laborautoklaven das Schäumverhalten von Polymeren mittels der Temperatursprungmethode. In diesem Autoklaven können die Materialien mit dem gewünschten Treibmittel unter Druck und Temperatur beladen werden. Im Anschluss daran können die Proben in einem Ölbad aufgeschäumt werden.

Standort: Universität Bayreuth

Mit dem Rührautoklaven und dem adaptierten Entspannungsbehälter (Fa. INOX) steht ein geeignetes Werkzeug zur Herstellung von Partikelschäumen, analog zu expandiertem Polypropylen (EPP), im Labormaßstab zur Verfügung. Mit diesem Gerät können Granulatmengen bis maximal 500 g (üblicherweise 50 – 200 g) mit einem geeigneten physikalischen Treibmittel imprägniert werden. Als Treibmittel dienen hierbei sowohl kurzkettige Kohlenwasserstoffe als auch Gase und polare Lösemittel. Die Sättigungstemperatur und die Beladungszeit werden mit einem Regler JU-07 C der Firma Julabo geregelt. Nach einer festgelegten Imprägnierdauer mit einem Treibmittel unter Druck und Temperatur, die sich nach Art und Größe des eingesetzten Granulates richtet, können die gasbeladenen Perlen durch das schlagartige Öffnen eines Ventiles (enormer Druckabfall) mittels Drucksprungmethode geschäumt werden. Analog zum Hochdruck-Autoklav werden sämtliche Prozessdaten aufgezeichnet.

Standort: Universität Bayreuth

Mit dem Formteilautomaten können vorexpandierte Partikelschaumperlen wie EPP, EPE oder EPS zu Formteilen verschweißt werden. Der Formteilautomat kann Werkzeuge unterschiedlicher Größe aufnehmen, so dass sowohl Blöcke mit einer Dicke von bis zu 600 mm als auch kleine Formteile mit den Maßen 20 x 28 x 10 mm gefertigt werden können. So können wir auch mit geringen Materialmengen Formteile herstellen und Laborprodukte hinsichtlich ihrer Verschweißbarkeit untersuchen. Darüber hinaus kann das erzeugte Formteil durch unterschiedlich genabte Werkzeugoberflächen mit einer Oberflächenstruktur versehen werden.

Weiterhin beinhaltet die Ausstattung des Blockwerkzeugs einen optionalen Druck-/Temperatursensor, so dass der Temperaturgradient im Werkzeuginnenraum gezielt gemessen werden kann. Eine exakte Aufzeichnung der Parameter und der verbrauchten Medien während des Fertigungsprozesses erlaubt eine genaue Analyse und eine Reduzierung des Kühlwasser- und Dampfverbrauchs.

Der Formteilautomat steht uns in Kooperation mit der Neue Materialien Bayreuth GmbH zur Verfügung.

Eigentum der Neue Materialien Bayreuth GmbH
Standort: Neue Materialien Bayreuth GmbH

Ansprechpartner: M. Sc. Thomas Frank

Telefon: +49 921 507 36 306

Mail: thomas.frank@nmbgmbh.de

Bei der Collin Extrusionsanlage handelt es sich um einen Tandem-Aufbau, der aus einem Doppelschneckenextruder ZK 25 P und einem Einschneckenextruder E 45 M besteht. Die weitere Ausstattung umfasst eine Schmelzepumpe, gravimetrische Dosierer, eine Gasdosierstation sowie eine Pumpe zur Flüssigdosierung (z.B. Treibmittel).

Mit dieser Anlage lassen sich nicht nur Granulat sowie Mikrogranulat in verschiedenen Größen herstellen, sondern auch Schaumstoffe und Partikelschaumstoffe. Bei geschäumten Partikeln wird die treibmittelbeladene Schmelze über einen Adapter durch die Lochplatte der Unterwassergranulierung geführt und anschließend durch einen rotierenden Messerkopf granuliert. Hierbei lässt sich ein Wasserdruck von bis zu 10 bar einstellen. Die Geschwindigkeit der Messer ist ebenfalls regelbar. Das geschnittene Granulat, geschäumt oder ungeschäumt, wird durch ein Rohrsystem in einen Trockner befördert.

Die Anlage wird von uns derzeit vorrangig für die Schaumextrusion und die Partikelschaumherstellung im Technikumsmaßstab eingesetzt.

Diese Tandem-Extrusionsanlage besteht aus einem gleichläufigen Doppelschneckenextruder und einem Einschneckenextruder. Am Ende des Einschneckenextruders kann eine weitere Einschnecke über einen Co-Extrusionsblock angekoppelt und die Anlage zu einer Tridemanlage erweitert werden.

Die Anlage wurde im Rahmen eines Forschungsprojektes zur Herstellung einer thermoplastischen Leiterplatte gefördert. Ziel war die Herstellung eines dreischichtigen Substratmaterials für konventionelle Leiterplatten, dessen Kern aus geschäumtem und die Deckschichten aus kompaktem Hochtemperaturthermoplasten bestehen. Selbstverständlich ist mit dieser Anlagenkonfiguration auch die Verarbeitung anderer Thermoplaste möglich.

Die Anlage wird von uns derzeit vorrangig im Tandemaufbau für die Schaumextrusion und die Partikelschaumherstellung im Technikumsmaßstab eingesetzt.

Der LÖDIGE Labor Pflugschar-Mischer ermöglicht die homogene Beschichtung auch von leichten Partikelschäumen mit den unterschiedlichsten Pulver und/oder Flüssigkeiten. Gerade für die Weiterverarbeitung zu Formteilen ist oftmals eine Beschichtung relevant, welche die Verschweißung der einzelnen Beads verbessert oder erst ermöglicht. Durch eine beheizte Trommel können auch hochviskose Fluide verarbeitet werden. Die Anbindung des Mischer an eine zentrale Datenspeicherung erlaubt eine nachverfolgbare und konstante Qualität. Durch einen spezielle EX-Schutz mit Stickstoffflutung und Temperaturüberwachung der Dichtungen könne auch explosionsfähige Stäube oder Flüssigkeiten genutzt werden.

Die kosteneffiziente Produktion von Spritzgussteilen verlangt möglichst kurze Zykluszeiten, die bei Massenartikeln im Bereich von nur wenigen Sekunden liegen.

Wir nutzen hierfür die hybride Spritzgussmaschine Arburg Allrounder 470 H 1000 – 170, die elektrische Schnelligkeit mit hydraulischer Kraft kombiniert.

Die Arburg 470 H 1000 – 170 ist die ideale Spritzgussmaschine bei hohen Ansprüchen an kurze Zykluszeiten und hohe Präzision bei sehr geringen Wandstärken. Zudem verfügt die Maschine dank der installierten ProFoam-Einheit über die Möglichkeit des Thermoplast-Schaumspritzgießens (TSG). Durch diese Kombination lassen sich beispielsweise geschäumte Dünnwandartikel mit sehr geringen Zykluszeiten produzieren.