Thermoplastschaumspritzgiessen (TSG) verstehen

Am IWK wurden bereits diverse Untersuchungen mit verschiedenen Prozesstechnologien durchgeführt. Für spezifische Versuche mit Unternehmen steht ein neues Versuchswerkzeug und eine neuartige Technolgie für das physikalische TSG zur Verfügung.

Neue Technologie für das physikalische Schäumen

Beim physikalischen Schäumen wird das Gas bis anhin über den Zylinder (MuCell), oder über eine Spezialdüse (Optifoam, ErgoCell) eingebracht. Neuerdings wird am IWK auch eine neue Technologie getestet. Mit dem SOMOS Perfoamer (Bild 1, rechts) wird in einem vorgelagerten Prozessschritt Granulat mit CO2 angereichert. Eine Konditioniereinheit bereitet das Rohgranulat auf, so dass es anschliessend in der Imprägniereinheit (Autoklav) optimal mit CO2 beladen werden kann. Dieser Beladungsvorgang findet unter hohen Drücken von bis zu 35 bar statt. Daraufhin lässt sich das Granulat auf einer herkömmlichen Spritzgiessmaschine mit Verschlussdüse verarbeiten. Das imprägnierte Granulat bleibt je nach Material für mehrere Stunden verarbeitungsfähig.

 

Vorgängige Analyse der Gasbeladung mit Miniautoklav

Bei jedem Kunststoff stellt sich aber die Frage, wie gut sich dieser schäumen lässt, also wie gut wird das Gas aufgenommen und in welcher Zeit es wieder desorbiert. Für diese Materialcharakterisierung wurde ein Miniautoklav (Bild 1, links) konzipiert und gebaut, mit welchem sich die Beladung mit verschiedenen Gasen an kleinen Granulatmengen bis 300 g untersuchen lässt. Dabei ist eine Beaufschlagung von bis zu 35 bar Druck möglich, zudem lässt sich der Miniautoklav gleichzeitig aktiv beheizen. So können mit geringem Material- und Gasverbrauch Sorptionskurven für verschiedene Materialien ermittelt und die optimalen Prozessparameter für die Imprägnierung im Perfoamer abgeleitet werden. Weiter können die zu jeder Begasung dazugehörigen Desorptionskurven ermittelt werden, welche dann insbesondere für die Verarbeitung des imprägnierten Materials in einem möglichst konstanten Prozess auf der Spritzgiessmaschine relevant sind.

 

Spritzgiesswerkzeug mit Kernrückzug

Ein neues Spritzgiesswerkzeug, bei dem ein verfahrbarer Kern eine Wanddickenvergrösserung durch Aufschäumen des Materials im Anschluss an das Einspritzen ermöglicht (Bild 2), ermöglicht vertiefte Untersuchungen im Bereich des TSG. Das Werkzeug ist zudem für eine Variothermtemperierung und für den Einsatz des Gasgegendruckverfahrens zur Verbesserung der Bauteiloberflächeneigenschaften ausgerüstet.

Erste Versuche mit dem neuen Werkzeug und einem Polyamid-Material haben gezeigt, dass sich durch den Kernrückzug wesentlich feinzelligere Schaumstrukturen im Bauteil herstellen lassen (Bild 3). Zudem zeigt sich im Vergleich zum TSG ohne Kernrückzug sowohl angussnah als auch angussfern eine wesentlich gleichmässigere Schaumstruktur. Durch den gleichzeitigen Einsatz des Gasgegendruckverfahrens lassen sich Bauteiloberflächen mit erheblich besserer Qualität erzielen. So können die beim Schäumen normalerweise auftretenden Silberschlieren praktisch vollständig eliminiert werden (Bild 4).

Aufbauend auf den Untersuchungen mit Polyamid werden die Erkenntnisse auf weitere Kunststoffe übertragen. Durch eine Optimierung der Kernrückzugsbewegung wird darüber hinaus analysiert, ob eine weitere Gewichtsreduktion möglich ist. Mit dem neuen multifunktionalen Schäumwerkzeug können am IWK nun verschiedene Werkzeug- und Schäumtechnologien in Abhängigkeit vom Kunststoff und Prozessparametern bewertet werden.

Weitere Informationen
Dienstleistungsgruppen:
Forschung und Entwicklung
    Technologieentwicklung

Anwendungsbereich:
Automobilindustrie

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Foto von Prof. Dr.-Ing. Frank Ehrig

Prof. Dr.-Ing. Frank Ehrig

IWK Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung

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