Autoklavschäume und Schaumextrusion

Autoklavschäume

Beim Batch-Schäumen handelt es sich um ein diskontinuierliches Verfahren in einem geschlossenen System, z. B. in einem Autoklaven. Im Allgemeinen findet der Prozess im festen Zustand statt.  Zunächst wird ein Probekörper (hergestellt mittels Spritzguss- oder Heißpressverfahren) mit einem physikalischen Treibmittel (z. B. CO2 oder N2) unter definierten Temperatur- und Druckbedingungen für mehr als 24 Stunden gesättigt. Anschließend wird entweder durch (i) einen Druckabfall (Drucksprungmethode [∆P/∆t]), oder durch (ii) eine Temperaturerhöhung (Temperatursprungmethode [∆T/∆t]) eine thermodynamische Instabilität induziert.

Bei der Drucksprungmethode handelt es sich um einen einstufigen Prozess, bei dem die Probe unter erhöhter Temperatur gesättigt wird. Das Schäumen erfolgt nach der erforderlichen Sättigungszeit durch das schnelle Ablassen des Druckes. Die Druckabfallrate ist dabei ein sehr wichtiger Parameter, da sie die gesamte Schaummorphologie beeinflusst (Zellgröße, Zelldichte und Schaumdichte).

Die Temperatursprungmethode wird dagegen in zwei Schritten durchgeführt. Im ersten Schritt wird der Probekörper in einem Autoklaven gesättigt. Nach dem Erreichen des Gleichgewichtszustandes wird die Probe aus dem Autoklaven entnommen und dann im zweiten Schritt in ein vorgeheiztes Ölbad getaucht. Durch die dadurch eingebrachte thermodynamische Instabilität kommt es zum Schäumen des Kunststoffs. Jedoch können mit dieser Methode nur Schäume mit kleinen Zellgrößen hergestellt werden, weshalb dieses Verfahren am besten für Grundsatzstudien und zur Gewinnung von Erkenntnissen zu Schaummechanismen geeignet ist (z. B. Sättigungsgeschwindigkeit, Zellnukleierung und –Wachstum, Einfluss von Nukleierungsmitteln)

Schaumextrusion

Im Gegensatz zum Batch-Schäumen handelt es sich bei der Schaumextrusion um ein kontinuierliches Verfahren im Schmelzezustand. Hier gibt es die Möglichkeit, entweder einen einzelnen Extruder oder aber eine Tandemextrusionsanlage zu verwenden. Letztere kommt auch im industriellen Umfeld zum Einsatz. Aufgrund der Auslegung des Extruders können Treibmittel und Treibmittelkombinationen an definierten Stellen in die Schmelze eingeleitet werden. Bei der Schaumextrusion wird der Kunststoff zunächst plastifiziert und anschließen das Treibmittel im überkritischen Zustand zudosiert. Durch den Druckabfall am Ende der Düse (entweder Schlitz- oder Runddüse) erfolgt ein Aufschäumen des Materials, welches anschließend abgezogen und zu großen Schaumpanelen kalibriert wird.

 

Anwendungen von Kunststoffschäumen:

Wärmedämmung

Schwimmanwendungen

Sandwich-Kern-Materialien in der Luftfahrt

Verpackungsmaterial

 

Ansprechpartner: M.Sc. Tobias Standau
Telefon: +49 921 5574-40
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Email: tobias.standau@uni-bayreuth.de