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Materialien
Schaumstoffe
Polymere Schaumstoffe sind Kunststoffe mit einer zellulären Struktur. Diese Struktur verleiht den Materialien eine geringe Dichte, hohe Elastizität, gute Dämpfungseigenschaften sowie eine ausgezeichnete Wärme- und Schalldämmung. Daher werden polymere Schäume unter anderem in der Automobilindustrie (z. B. für Leichtbauteile, Stoßdämpfer und Sitzpolster), im Bauwesen (z. B. als Wärmedämmung) sowie in der Verpackungsindustrie (z. B. für Schutzverpackungen sensibler Güter) eingesetzt. Auch in der Medizintechnik, im Sport- und Freizeitbereich sowie in der Luft- und Raumfahrt kommen sie aufgrund ihrer Kombination aus Festigkeit und Leichtigkeit zum Einsatz. Unsere breite Expertise im Bereich polymere Schaumstoffe ermöglicht uns neue Materialien und Verarbeitungstechnologien zielgerichtet zu entwickeln.
Kompetenzen
Material- und Prozessentwicklung vom Labor- bis zum Prototypenmaßstab
Entwicklung von technischen Schaumstoffen
Biobasierte und bioabbaubare Schäume
Charakterisierung von Verarbeitung, Morphologie und Eigenschaften
Nutzung digitaler Methoden bei der Entwicklung
Materialien im Überblick
Schaumstruktur einer Partikelschaumperle unter dem Rasterelektronenmikroskop (REM).
Partikelschäume
Partikelschäume bestehen aus Schaumperlen thermoplastischer Kunststoffe, die zu Formteilen verschweißt sind. Im Vergleich zu anderen Schaumkunststoffen bieten Partikelschäume den entscheidenden Vorteil, dass sich sehr komplexe, dreidimensionale Strukturen mit Dichten von unter 20 kg/m³ bis über 300 kg/m³ direkt in Endkontur fertigen lassen. Diese Formgebungsfreiheit, kombiniert mit der breit anpassbaren Dichte, machen Partikelschäume zur bevorzugten Wahl in zahlreichen Anwendungen – von der Verpackung über die Automobilindustrie bis hin zu Sport- und Freizeitprodukten. Die Entwicklung von Partikelschäumen hat sich über viele Jahre hauptsächlich auf die Optimierung der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen und die Verarbeitung von EPS, EPE und EPP beschränkt. Mit der Entwicklung von expandiertem thermoplastischem Polyurethan (E-TPU) im Jahr 2012 geht der zukunftsweisende Trend verstärkt in die Richtung von neuartigen, sogenannten technischen Partikelschäumen mit deutlich besseren mechanischen Eigenschaften und höherer Wärmeformbeständigkeit.
Als einer der führenden Innovationstreiber im Bereich der Partikelschäume bündeln wir umfassendes Know-how in einer Vielzahl von Verarbeitungstechnologien und Materialien – darunter EPP, EPS, E-TPU, E-PBT, E-PLA, E-PC, E-PET und E-PESU. Unsere Arbeitsschwerpunkte im Bereich der Partikelschäume decken die gesamte Prozesskette von der Entwicklung maßgeschneiderter Rohmaterialien über die Prozess- und Werkzeugtechnik bis hin zur gezielten Oberflächenoptimierung ab.
Mikroskopische Aufnahme eines spritzgegossenen Integralschaums
Spritzgegossene Integralschäume
Integralschäume sind Schaumstoffe mit einer kompakten Außenhaut und einem geschäumten Kern. Die Kerndichte nimmt in Richtung der Bauteilmitte kontinuierlich ab. Dieser integrale Aufbau resultiert aus der Prozessführung des Schaumspritzgießens. Durch unterschiedliche Temperaturen über den Bauteilquerschnitt entstehen an der „kalten“ Werkzeugwand kompakte Randschichten, während im „wärmeren“ Inneren das Material expandieren kann, also zellulär vorliegt.
Spritzgegossene Integralschäume bieten durch ihren sandwichähnlichen Aufbau ein sehr hohes Leichtbaupotential und besitzen sehr gute Biegeeigenschaften, da die hohen Spannungen in den Randbereichen vom kompakten Material aufgenommen werden.
Unser Schwerpunkt liegt auf der Herstellung von thermoplastischen Integralschäumen durch Schaumspritzgießen und umfasst die gesamte Prozesskette, von der Materialentwicklung über geeignete Werkzeug- und Prozesstechnik bis hin zu speziellen Sonderverfahren.
Neben verschiedenen Anlagen und Spritzgießwerkzeugen zur Herstellung von Integralschäumen verfügen wir auch über spezielle Verfahrensvarianten zur Oberflächenoptimierung und Erhöhung der Dichtereduktion. Zudem stehen uns umfangreiche Möglichkeiten zur Analyse und mechanischen Prüfung der Schaumstrukturen zur Verfügung.
Schaumextrusion zur Herstellung von Partikelschaumperlen sowie leichten, geschäumten Kunststoffprofilen für technische Anwendungen.
Extrusionsschäume
Extrusionsschäume sind entscheidend für die Herstellung leichter, isolierender und energieeffizienter Materialien. Durch den kontinuierlichen Extrusionsprozess können kosteneffizient Halbzeuge mit konstantem Querschnitt hergestellt werden. Beim Herstellprozess wird dem Polymer in der Schmelze ein physikalisches oder chemisches Treibmittel unter hohem Druck zugegeben. Beim Verlassen der formgebenden Düse kommt es zu einem raschen Druckabfall, wodurch sich die Schmelze und das darin enthaltene Treibmittel entmischen. Dadurch kommt es zum Aufschäumen des Materials, wodurch eine zelluläre Schaumstruktur entsteht. Diese Produktionsmethode ermöglicht eine präzise Steuerung der Schaumstruktur und -dichte sowie die Herstellung von Platten, Profilen oder Folien mit gleichmäßigen Materialeigenschaften.
Für unsere Forschung stehen zwei Tandem-Extrusionsanlagen im Labor- bzw. Technikums-Maßstab zur Verfügung. Unser Know-how erstreckt sich über das gesamte Spektrum an Polymeren – von Standardkunststoffen über technische Thermoplaste bis hin zu Hochtemperatur-Thermoplasten. Zudem befassen wir uns mit biobasierten und bioabbaubaren Polymeren wie Polymilchsäure (PLA).
Berghhof HR-700 Hochdruck Autoklav zur Untersuchung der Schäumbarkeit neuer Polymersysteme
Batchschäume
Batchschaumstoffe sind polymere Schaumstoffe, die in einem diskontinuierlichen Verfahren, dem sogenannten Batch-Schaumprozess, hergestellt werden. Im Gegensatz zur kontinuierlichen Schaumextrusion erfolgt die Expansion des Materials hier in einem geschlossenen Autoklav unter definierten Druck- und Temperaturbedingungen. Dadurch können hochpräzise, homogene Zellstrukturen mit speziellen mechanischen oder funktionellen Eigenschaften erzeugt werden.
Dank der geringen Materialmenge, die benötigt wird und der präzise steuerbaren Prozessbedingungen ist das Batch-Schäumen ideal für die systematische Untersuchung der Schäumbarkeit von Polymeren. Neben seinem wissenschaftlichen Nutzen hat das Verfahren auch kommerzielle Relevanz und wird von verschiedenen Unternehmen zur Herstellung von Schaumstoffen eingesetzt.
Wir verwenden das Batch-Schäumen zur Analyse des Schäumverhaltens einer Vielzahl amorpher und teilkristalliner Polymere. Dabei untersuchen wir insbesondere den Einfluss der Viskosität, des Kristallisationsverhaltens und verschiedener Prozessparameter auf die Schaumbildung.