Prozessoptimierung bei der Extrusion thermoplastischer Schäume mit CO2 als Treibmittel

Bei der Extrusion thermoplastischer Schäume gewinnt Kohlendioxid (CO2) als Treibmittel zunehmend an Bedeutung. Aufgrund der speziellen Eigenschaften von CO2 besteht jedoch erheblicher Forschungsbedarf auf dem Gebiet der Anlagen- und Prozessmodifikationen. Im Rahmen dieser Arbeit werden daher Möglichkeiten zur Prozessoptimierung bei der Schaumextrusion mit CO2 als Treibmittel vorgestellt. Mögliche Fehlstellen in extrudierten Schäumen können vor allem hinter Fließkanaleinbauten wie beispielsweise Dornhalterstegen in einem Schaumfolienwerkzeug entstehen. Zusätzlich besteht die Gefahr einer vorzeitigen Blasenbildung im Werkzeug, die zu Defekten im Schaum führt. Die Untersuchung der Strömungsvorgänge an unterschiedlichen Querschnittsveränderungen in einem Sichtwerkzeug zeigt, dass insbesondere der hohe Druckgradient an der Abströmkante von Fließkanaleinbauten eine vorzeitige Blasenbildung begünstigt. Dies kann durch eine strömungsgünstige Gestaltung des Einsatzes vermieden werden. Die Überprüfung dieser Annahme erfolgt mit Hilfe praktischer Extrusionsversuche mit unterschiedliche Dornhaltergeometrien in einem Schaumfolienwerkzeug. Durch die Variation der Dornhaltergeometrie und der Temperaturführung werden Maßnahmen zur Minimierung der hinter dem Dornhalter auftretenden Dünnstelle erarbeitet. Um möglichst feinzellige Schäume herzustellen, werden bei der Extrusion von Thermoplastschäumen in der Regel Nukleierungsmittel eingesetzt. Neben dem Nukleierungsmittel hat jedoch auch der Druckverlauf im Extrusionswerkzeug erheblichen Einfluss auf die Schaumqualität. Es zeigt sich, dass die Eigenschaften des Schaums nicht nur durch eine Erhöhung des Nukleierungsmittelanteils, sondern auch durch höhere Druckgradienten am Werkzeugaustritt verbessert werden können. Eine Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten von CO2 als Treibmittel zur Herstellung leichter und feinzelliger Schäume stellt die Extrusion mikrozellulärer Schäume dar. Es wird eine Verfahrenstechnik zur Herstellung mikrozellulärer Schäume auf Basis eines statischen Mischers vorgestellt und der Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter auf die Schaumstruktur untersucht.