Partikelschäume auf Basis technischer Kunststoffe erreichen heute häufig nicht die minimalen Raumgewichte, die wir von EPS oder EPP kennen. Eine innovative Vorbehandlung der Schaumperlen mit einer Pressure And Temperature-Anlage schafft Abhilfe.
Aufgrund ihrer geringen Dichte und hervorragenden Wärmeisolationseigenschaften sind Partikelschäume, wie Expandiertes Polystyrol (EPS) oder Expandiertes Polypropylen (EPP), attraktive Materialien für viele Leichtbauanwendungen. Allerdings können mit diesen seit vielen Jahren etablierten Materialien die Anforderungen moderner Leichtbauanwendungen, wie z. B. Temperaturbeständigkeit oder Flammschutzeigenschaften, häufig nicht erreicht werden.
Inzwischen sind auch flammwidrige Partikelschaumtypen, wie z. B. expandiertes modifiziertes Polyphenylenether (E-mPPE) auf dem Markt. Häufig weisen diese Partikelschäume auf Basis technischer Thermoplaste jedoch höhere Dichten als EPP und EPS auf, was ihr Leichtbaupotenzial einschränkt.
Dieses Problem kann durch eine Vorbehandlung des Materials umgangen werden, bei der die in der Regel bereits vorgeschäumten Schaumperlen unter erhöhtem Druck mit Gas, z.B. Luft, beladen und in nachfolgenden Schritten weiter aufgeschäumt werden, um deren Dichte zu verringern. Wie schnell die Perlen jedoch mit Luft „befüllt“ werden können, hängt stark von den dabei herrschenden Temperaturbedingungen ab. Bislang arbeiten industriell etablierte Druckbeladungsanlagen lediglich bei Raumtemperatur.
Die neuartige Anlage im Technikum der Neue Materialien Bayreuth GmbH erlaubt die Steuerung sowohl des Beladungsdrucks, als auch der Temperatur im Drucktank. Da die Diffusionsgeschwindigkeit in Polymeren oberhalb deren Glasübergangstemperatur deutlich ansteigt, kann so eine schnelle Druckbeladung auch von technischen Kunststoffen realisiert werden.
In der von unserem Partner Teubert Maschinenbau GmbH hergestellten Anlage können Partikelschäume bei Drücken zwischen 0 und 14 bar und Temperaturen bis 200 °C mit Gas beladen werden. Der Materialtank fasst 30 bis 300 l und bietet damit ideale Bedingungen für Forschungsarbeiten bis hin zum Upscaling auf den Technikumsmaßstab.
Durch optimierte Druckbeladungsparameter gelang es beispielsweise, die Schüttdichte von E-mPPE um 32 % zu verringern und damit Formteile zu erzeugen, die sogar ganze 44 % leichter sind, als auf konventionellem Weg geschäumte Bauteile.
Die PAT-Anlage kann aber noch mehr: Neben der Möglichkeit zur Druckbeladung kann das Ausgangsgranulat gleichzeitig auch mit flüssigen, viskosen oder pulverförmigen Funktionsstoffen, z.B. zur elektrischen Leitfähigkeit oder für Farbeffekte, automatisch beschichtet werden.
Im Rahmen weiterer Forschungsarbeiten sollen nun auch für weitere neuartige Partikelschäume das Dichtereduktionspotenzial ermittelt und die zugrundeliegenden Diffusionsmechanismen in Abhängigkeit von Druck und Temperatur aufgeklärt werden.
Neue Materialien Bayreuth GmbH
M.Sc. Marius Weinbrenner | E-Mail: marius.weinbrenner@nmbgmbh.de
