Schaumextrusion von teilkristallinen Kunststoffen

Wegen ihres engen Verarbeitungsfensters, stellt die Schaumextrusion von teilkristallinen Kunststoffen eine nicht zu unterschätzende Herausforderung auf dem Gebiet der Polymerverarbeitung dar. Dieses enge Verarbeitungsfenster rührt aus den nachteiligen rheologischen Eigenschaften der teilkristallinen Polymere her. Diese besitzen eine geringe Viskosität und eine sehr geringe Schmelzeelastizität. Die typischen Probleme bei der Verarbeitung sind das Zusammenfallen der Zellstruktur und das Zellwachstum einzelner Zellen auf Kosten anderer, was zu Schäumen hoher Dichte mit großen Zellen und einer breiten Zellgrößenverteilung führt. Um Schäume geringer Dichte mit kleinen Zellen zu erhalten ist eine sehr genaue Temperaturführung der Polymerschmelze notwendig, da schon Temperaturabweichungen von der Idealtemperatur von nur 1 °C zu starken Änderungen der Schaumstruktur oder gar dem Sillstand des Schaumprozesses führen. Daneben zeigt sich, dass die Stabilisierung der Schaumstruktur ein kritischer Prozessschritt ist.

Mögliche Lösungen können Prozess- oder Materialseitig erfolgen. So kann beispielsweise das Polymer durch Reaktive Extrusion modifiziert werden, was zu höherem Molekulargewicht, einer breiteren Molekulargewichtsverteilung und dem Einbringen von Langkettenverzweigungen führt. Diese Änderungen führen zu einer höheren Viskosität und Elastizität der Schmelze, was ein wesentlich breiteres Verarbeitungsfenster und das Erreichen niedrigerer Dichten ermöglich. Prozessseitig kann die Stabilisierung des Schaumes durch die Nutzung einer Unterwassergranulierung stark verbessert werden. Vergleichen mit einem Standard-Extrusionsschaum, können die so erhaltenen geschäumten Perlen eine wesentlich bessere Zellmorphologie haben. Dies kommt durch die hohe Oberfläche der Schaumperlen und dem hohen Wärmeabtransport im Wasserstrom zustande.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Daniel Raps
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Unterschied des Verarbeitungsfensters von amorphen und teilkristallinen Thermoplasten am Beispiel von Polystyrol (PS) und Polyethylenterephthalat (PET)