Im Gegensatz zu Thermoplasten werden Duroplaste selten geschäumt. Das liegt unter anderem daran, dass bisher noch wenige serienreife Verfahren zur Herstellung von Duroplastschäumen existieren. Auch beim Schaumspritzgießen fehlt ein solches bisher. In einem Forschungsprojekt wurde nun ein derartiges Verfahren entwickelt und auch untersucht, wie sich die Struktur des Schaums gezielt einstellen lässt.

Teil 2 des Artikels beschäftigt sich mit Designparametern für das Schaumspritzgießen von Duroplasten

Spritzgießen

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Schaumspritzgießen

Schaumstoffe

Kunststoff Werkstoffe

Schaumstoffe und Vorprodukte

Duroplastische Werkstoffe

Duroplaste

Duroplast-Spritzgießen

Duroplastschäume nach Maß

Gewichts- und Kosteneinsparungen sind in der Luftfahrt stark gefordert. Das gilt nicht nur für verbaute Komponenten, sondern auch für Nutzgegenstände wie Tabletts. Eine Möglichkeit, das Gewicht zu reduzieren, stellen Polymerschäume dar. Allerdings lässt bei ihnen oft die Oberflächengüte zu wünschen übrig. Mit den richtigen Anpassungen können jedoch hochwertige Oberflächen erzeugt und auch noch die Ökobilanz deutlich verbessert werden.

Die Tabletts der Lufthansa bestehen gegenwärtig aus ABS. Durch ein geschäumtes PP-Compound können die Kosten verringert und die Ökobilanz verbessert werden

Polypropylen-Integralschaum ersetzt ABS

Compound

Thermoplaste

Kunststoffe, biobasiert

Biokunststoffe

Kunststoffe

Photonik

Optik

Polypropylen-Compound

Polypropylen

Kunststoffe, bioabbaubar

Mit geringerem CO2-Fußabdruck  servieren

Neben einer einfachen und kostengünstigen Fertigung von Kunststoffbauteilen rückt zunehmend auch deren CO2-Fußabdruck und Recyclingfähigkeit in den Fokus. Für die Herstellung von Sichtbauteilen mit angenehmer Haptik wird deshalb nach Alternativen in der Produktion gesucht.

Schäume aus TPE verfügen über eine angenehme und weiche Oberfläche. Mit einem entsprechenden Produktionsverfahren lassen sie sich außerdem effizient herstellen und bieten dadurch Vorteile bei der Klimabilanz.

Fertigung von weichen Sichtbauteilen in einem einstufigen Prozess

Thermoplastische Elastomere

Kfz-Elektronik

Elektronik

Mit Hochdruck zum perfekten Schaum

PA-Partikelschaum besitzt bessere Eigenschaften als übliche Polymerschäume. Bauteile aus EPA lassen sich außerdem mit Polyamid überspritzen.

Der relativ großvolumige EPA-Kern (links) lässt sich überspritzen. Das erweitert die Designfreiheit und ermöglicht großvolumige, aber doch vergleichsweise leichte Bauteile (rechts).

EPA erweitert die Gestaltungsmöglichkeiten

Partikelschäumen

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Polyamide

Technische Kunststoffe

PA-Schaum mit PA überspritzen

Die Übertragung des Schaumspritzgießens von der Thermoplast- auf die Duroplastverarbeitung ist in der industriellen Praxis bisher noch nicht umgesetzt. Das IKV in Aachen hat diesen Transfer untersucht.

Die Qualifizierung geeigneter Schaumspritzgießverfahren ermöglicht den Einsatz  von Duroplasten in Leichtbauanwendungen

Ausgezeichnete Beständigkeit  bei reduziertem Gewicht

Schaumspritzgießen ist ein Verarbeitungsverfahren zur Serienproduktion von geschäumten Kunststoffteilen, welches ein zunehmendes Interesse und Verwendung in der Industrie erlangt. Jedoch sind die Anwendungen aufgrund unzureichender Kenntnisse der Prozessführung und der mechanischen Eigenschaften, der begrenzten Nutzung des Leichtbaupotentials sowie eingeschränkter Oberflächenqualitäten begrenzt. Alle diese Nachteile sind mit der Zellstruktur verbunden. Die Strukturmerkmale wie Randschichtdicke, Zellgröße, Dichte und Homogenität werden während des Verfahrens ausgebildet. Daher ist die Kontrolle der Zellbildungsmechanismen der Schlüssel, um den Einschränkungen entgegenzuwirken und die mechanischen Eigenschaften zu optimieren.

Spritzgießsimulation

Software

Simulation

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Industrie 4.0

Controlling cellular structure in thermoplastic foam injection molding – influence of processing and mold technologies

Die Lokalisierung des technischen Supports und der Produktentwicklung in Europa ist der nächste Schritt des Unternehmens bei der Geschäftsexpansion seiner Hochleistungs-Partikelschaumstoffe der SunForce-Familie.

Asahi Kasei Europe hat in seinem Düsseldorfer Forschungs- und Entwicklungszentrum ein Labor für geschäumte Kunststoffe eröffnet.

Asahi Kasei Europe eröffnet Schaumstofflabor in Düsseldorf

Duroplaste kommen vermehrt für Gehäuse von Elektronikbauteilen zum Einsatz und bieten dafür gute Eigenschaften. Besonders interessant ist die Direktumspritzung der Komponenten. Dabei muss allerdings der Spagat zwischen Verarbeitbarkeit, Wärmeleitfähigkeit und Reproduzierbarkeit gemeistert werden, um ein erfolgreiches Produkt zu realisieren.

Bei der Direktverpackung wird das elektronische Bauteil oder die Komponente direkt mit der Formmasse umspritzt

Fokusrahmen 1-1

Fokusrahmen 16-9

Fokusrahmen 4-3

Duroplastspritzgießen von Gehäusen für Elektronikbauteile

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Bauteile direkt verpackt

Die Spritzgießsimulation ist ein wichtiger Bestandteil der Bauteilentwicklung. Während die Materialdatenbanken der Simulationsprogramme tausende Thermoplaste enthalten, sind vollständige Datensätze von duroplastischen Werkstoffen allerdings nur schwer zu finden. Wie problematisch das ist, zeigen Vergleiche von simulierten und gemessenen Daten von Bauteilen aus Duroplastformmassen.

Bild 2. Die Simulation zeigt einen ähnlichen Füllverlauf wie die Füllstudie

16:9

Simulation von Duroplastbauteilen

Simulation Produkt- / Formteildesign

Vollständige Datensätze gesucht

In einem Forschungsprojekt von IKV und KTP wurden die Einflussfaktoren geometrischer und Prozessparameter auf die Sicherheit der Verbindung bei der Duroplast-Direktverschraubung analysiert.

Einhausungen aus Duroplasten schützen sensible Sensorik zum Beispiel in Automobilen vor Außeneinflüssen. Die Direktverschraubung ermöglicht eine sichere Befestigung der Baugruppe.

Höhere Prozesssicherheit durch Anpassung der Herstellungsparameter

Verbindungstechnik

Schraubtechnik

Verbindungstechnik Verfahren

Mit der richtigen Auslegung zur  sicheren Verbindung

Stoffliches Recycling von Produktionsabfällen erhöht die Ressourceneffizienz, mindert jedoch die mechanischen Eigenschaften der Bauteile. Mit der vorliegenden Studie kann die notwendige Abwägung getroffen werden.

Kreislaufführung des Angussverlusts durch Zerkleinerung, Beimischung zu Neuware und direkte Rückführung.

Direkte Rückführung von ausgehärteten Duroplasten als Füllstoff in den Spritzgießprozess

Nachhaltigkeit

Umweltmanagement

Kunststoff-Rezyklat

KFZ-Zulieferer

Dienstleistungen

Angussverwertung schont Ressourcen

Analyse der Prozesseinflüsse auf die Festigkeit von stagnierenden und fließenden Bindenähten rieselfähiger duroplastische Spritzgießformmassen.

Die poröse Fließfront der hochgefüllten duroplastischen Formmasse bildet eine fließende Bindenaht hinter dem Fließhindernis aus.

Was beeinflusst die Festigkeit von Bindenähten rieselfähiger duroplastischer Formmassen?

Qualitätssicherung Kunststoff

Qualitätssicherung

Eine Bindenaht ist keine Schwachstelle

Die KraussMaffei Technologies GmbH , München, stellt mit der Variodüse eine Möglichkeit zum Verarbeiten von Polyurethan (PUR) vor. Der Druck im Mischkopf wird auch bei schnellen Wechseln in der Austragsmenge der PUR-Komponente konstant gehalten. So lassen sich Bauteile in unterschiedlichster Größe und Härte bei durchgehend hoher Qualität fertigen.

Variodüse für Polyurethan-Austrag 

Polyurethan

Flexible Austragsmenge bei konstantem Druck 

Unter der Marke Amppleo bietet die Braskem S.A. , Sao Paulo/Brasilien, ein hochschmelzfestes Polypropylen (PP-HMS) für die Herstellung von vielseitigen und hochleistungsfähigen Schäumen an. Der Kunststoff unterstützt laut Hersteller Temperaturen bis zu 100°C ohne Verformung und ermöglicht Schaumstoffe mit einem Dichtebereich zwischen 35 und 300 kg pro Kubikmeter. Amppleo kann für leichtgewichtige Produkte verwendet werden und bietet eine gute Wärme- und Schalldämmung. Das Material ist zu 100% recycelbar, so die Pressemitteilung.

Als Schaumstoff geeignet 

Hochschmelzfestes Polypropylen Amppleo 

Für leichte Bauteile aus ABS-Styrolpolymeren mit hoher Oberflächenqualität wurde das Schaumspritzgießverfahren angepasst. Über das vertiefte Verständnis von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zwischen Polymer und Bauteil konnte gezeigt werden, dass das gute Fließverhalten teilkristalliner Schmelzen mit den guten Schaumbildungseigenschaften amorpher Thermoplaste kombinierbar ist, wenn Blends aus beiden Materialklassen verwendet werden. 

Optimiertes ABS-Schaumspritzgießen für Leichtgewichtbauteile  

Polystyrol

Styrol-Copolymerisate

Oberflächentechnik

Luftig leichte Styrol-Kunststoffe 

Duroplaste bestechen durch ihre mechanische Stabilität, gute Medienbeständigkeit und flammhemmende Wirkung. Gegenüber Hochleistungsthermoplasten weisen sie allerdings meist eine höhere Dichte auf und erhöhen damit bei einer direkten Substitution das Bauteilgewicht. Duroplastschäume könnten dieses Problem lösen, bisher gibt es jedoch noch kein serienreifes Verfahren für deren Herstellung im Schaumspritzgießen. Zwei dafür mögliche Verfahren wurden nun im Projekt FoamSet entwickelt.

Das Schaumspritzgießen ist bereits seit vielen Jahren Stand der Technik für thermoplastische Kunststoffe. Durch den gezielten Einsatz von Treibmitteln kann das Bauteilgewicht reduziert, der Rohstoffverbrauch gesenkt und die Zykluszeit verringert werden. Zudem zeichnen sich geschäumte Produkte durch ihre guten Eigenschaften bezüglich Wärme-und Schalldämmung aus. Für duroplastische Kunststoffe gibt es derzeit allerdings noch keine serienreifen Schaumspritzgießverfahren, obwohl Duroplaste ein erhebliches Anwendungspotenzial bieten. Besonders im Hochtemperaturbereich oder bei Medienkontakt, wo thermoplastische Kunststoffe versagen, bestechen Duroplaste durch ihre hohe mechanische Festigkeit, Medienbeständigkeit und Widerstandkraft gegen Hitze und Feuer [1 – 3]. In Kombination mit einer Schäumtechnik ergibt sich zudem ein erhebliches Leichtbaupotenzial, was diese Produktklasse für einen Einsatz im Hochbau oder Automobilbereich noch attraktiver macht. Eine Zielstellung des öffentlich geförderten Projekts FoamSet (siehe Kasten S. 50) ist daher die Technologieentwicklung eines Spritzgießprozesses zur Herstellung geschäumter Novolak-Phenolharze.

Eine einfache Adaptation des Schaumspritzgießverfahrens von Thermoplasten ist aus mehreren Gründen nicht möglich. Beim Spritzgießen von Duroplasten werden kompressionslose Förderschnecken mit geringem Gangtiefenverhältnis eingesetzt; auf den Einsatz von Mischelementen wird verzichtet [4]. Das ist notwendig, um einen zu hohen Energieeintrag durch Scherung zu unterbinden, der eine Aushärtereaktion im Zylinder initiieren könnte. Ebenso werden in der Regel keine Rückströmsperren und Verschlussdüsen eingesetzt, was Totvolumina vermeidet. Eine druckdichte Ausführung des Zylinders ist bei der Duroplastverarbeitung somit nicht möglich. Eine solche Ausführung ist jedoch Voraussetzung für das Schäumen von Thermoplasten, das auf einem Lösevorgang des Treibmittels im Zylinder unter hohem Druck basiert [4, 5].

Stattdessen beruht die Idee des Duroplastschäumens darauf, die thermischen Verhältnisse des Prozesses auszunutzen. Während der Zylinder bei der Verarbeitung rieselfähiger Formmassen mit ungefähr 90 °C eine eher geringe Temperatur aufweist, wird das Werkzeug bei der Duroplastverarbeitung auf ungefähr 160 bis 180 °C beheizt. Dadurch besteht die Möglichkeit, ein chemisches Treibmittel in Granulat- oder in Pulverform zu verwenden, dessen Zerfallstemperatur wesentlich über der eingestellten Zylindertemperatur liegt. Um eine ausreichende Durchmischung zu gewährleisten, wird das Treibmittel dem Duroplast idealerweise bereits während der Compoundierung zugegeben. Während das Duroplast-Granulat nun in Folge der Wärmeeinwirkung im Zylinder aufschmilzt, bleibt das chemische Treibmittel auch weiterhin in seiner festen Form und liegt als fein suspendierte Partikel in der Schmelze vor. Das verhindert einen vorzeitigen Treibmittelverlust.

Das Gemisch wird anschließend in die Kavität eingespritzt. In Folge der hohen Temperaturen in der Kavität beginnt der Duroplast zu vernetzen und auszuhärten. Gleichzeitig ist auch die Reaktionstemperatur des Treibmittels überschritten und der Feststoff beginnt unter Gasfreisetzung zu zerfallen. Entscheidend für den Erfolg des Verfahrens ist daher die Wahl eines geeigneten Treibmittels mit der richtigen Reaktionstemperatur [6]. Durch die Gasfreisetzung entsteht in der Kavität eine aushärtende Schaumstruktur, welche nach Ablauf einer Restheizzeit entformt werden kann.

Ziel dieses Schaumspritzgießverfahrens ist die Dichtereduktion des Bauteils. Betrachtet man die Definition der Dichte ρ = m/V dann zeigt sich, dass diese verringert werden kann, indem man entweder die Masse bei gegebenem Volumen reduziert oder das Volumen bei gegebener Masse vergrößert. Daraus ergeben sich zwei unterschiedliche Varianten für das Schäumen von Duroplasten.

Die einfachere Methode zum Schäumen von Duroplasten ist die untervolumetrische Füllung mit dem Niederdruckverfahren (Bild 1). Das Prinzip dieser Variante ist die Reduktion der eingespritzten Menge an Kunststoff in die Kavität im Verhältnis zum eigentlichen Bauteilvolumen. Dafür wird, analog zu Teilschüssen bei einer Füllstudie, das Dosiervolumen der Schnecke verringert und gleichzeitig die Kavität nicht vollständig gefüllt. Die Nachdruckphase entfällt. Durch die hohen Temperaturen in der Kavität beginnt das Treibmittel zu zerfallen und das noch freie Volumen in der Kavität auszuschäumen. Sobald die Kavität durch den Kunststoffschaum ausgefüllt ist, kommt es durch den weiteren Zerfall des Treibmittels zu einem Druckanstieg in der Kavität, der den maschinenseitigen Nachdruck ersetzt. Gleichzeitig härtet der Duroplast in der Kavität aus und die Schaumstruktur verfestigt sich.

Die Düse bleibt während des Prozesses auf dem Werkzeug angelegt, um einen Austritt des Schaums aus dem Anguss zu verhindern. Sobald der Siegelpunkt erreicht ist und somit kein Material mehr in die Kavität hinein- oder herausfließen kann, beginnt die Dosierphase, ebenfalls mit anliegender Düse. Nach Ablauf der Restheizzeit wird das geschäumte Bauteil ausgeworfen.

Wie beim Schaumspritzgießen von Thermoplasten wirkt sich der lokal entstehende Forminnenduck durch das Treibmittel besonders bei komplexen und verzweigten Bauteilgeometrien vorteilhaft aus. Bei diesen werden die Fließwegenden vom maschinenseitig aufgebrachten Nachdruck häufig nicht erreicht. Die Ausbildung eines Forminnendrucks am Fließwegende ist bei diesem Prozess außerdem ein Indikator für eine vollständige Formfüllung der Kavität durch den Schaum. Die eingespritzte Masse an Kunststoffschmelze, bei der gerade noch ein Anstieg des Forminnendrucks in der Kavität beobachtet werden kann, stellt die Grenze der maximal möglichen Dichtereduktion des Prozesses dar. Diese kann je nach Bauteilgeometrie stark variieren.

Der große Vorteil dieser Verfahrensvariante ist die Anwendbarkeit auf nahezu alle bestehenden Duroplast-Spritzgießmaschinen, ohne zusätzliche Komponenten oder aufwendige Werkzeugtechnik. Das Verfahren eignet sich daher besonders für erste Testversuche einer prinzipiellen Umsetzbarkeit des Duroplastschäumens bei bestehenden Produkten. Da die Schmelze im Vergleich zum Thermoplast-Schaumspritzgießen nicht mit gelöstem Treibmittel gesättigt ist, kommt es beim Einspritzen zu keiner spontanen Blasenbildung in der Fließfront. Die Oberflächen geschäumter Duroplaste weisen daher weniger Schlieren auf als Thermoplastschäume. Durch die Teilfüllungen kann es bei Bauteilen mit langen Fließwegen jedoch zu einer inhomogenen Dichteverteilung kommen (Bild 2). Verhindern lässt sich das durch die zweite Verfahrensvariante mit einem atmenden Werkzeug.

Mit einem atmenden Werkzeug ist es möglich eine kompakte Randschicht mit geschäumtem Kern (Skin-Core-Struktur, Integralschaum) im Hochdruckverfahren herzustellen. Die Dichtereduktion wird bei diesem nicht durch Verringerung der eingespritzten Kunststoffmasse, sondern durch Erweiterung des zur Verfügung stehenden Volumens in der Kavität erreicht. Das kann lokal durch einen Prägestempel oder großflächig über die Werkzeugbewegung mithilfe einer Tauchkante erfolgen. Der Zeitpunkt der Volumenerweiterung kann variabel gewählt werden. Daraus ergibt sich im Vergleich zum Niederdruckverfahren ein veränderter Prozessablauf (Bild 3).

Wie beim herkömmlichen Spritzgießen üblich, wird dabei die Kavität vollständig gefüllt. Anschließend erfolgt eine weg- oder druckabhängige Umschaltung auf Nachdruck, um die Kunststoffschmelze noch weiter zu kompaktieren und eine vollständige Formfüllung zu garantieren. Durch die standardmäßige Anwendung von bekannten Umschaltstrategien erhöht sich, im Gegensatz zur untervolumetrischen Füllung, ebenfalls die Reproduzierbarkeit des Prozesses.

Nach einer kurzen Haltezeit wird die Nachdruckphase unterbrochen und das Volumen der Kavität mittels eines Prägehubs erweitert. Durch den Forminnendruck des Treibmittels angetrieben, expandiert daraufhin die Kunststoffschmelze in das frei werdende Volumen und verringert dadurch seine Dichte. Bei dieser Variante ist die Grenze der maximalen Dichtereduktion ebenfalls an dem Punkt erreicht, an dem der Schaumdruck nicht mehr ausreicht, um das gesamte Volumen des Bauteils auszufüllen.

Nach Ablauf der Resthärtezeit wird das geschäumte Bauteil ausgeworfen. Die Dosierphase beginnt, analog zur untervolumetrischen Füllung, mit anliegender Düse sobald der Siegelpunkt des Angusses erreicht ist und kein Material mehr in die Kavität eintreten kann. Besonders vorteilhaft an dieser Variante ist die Möglichkeit, den Zeitpunkt der Volumenerweiterung steuern zu können. Während bei der untervolumetrischen Füllung die Nachdruckphase entfällt, kann sie in dieser Variante für einen beliebigen Zeitraum aufrechterhalten werden. Dichtegradienten über den Fließweg lassen sich dadurch verhindern (Bild 2). Zudem kann die Vorzugsrichtung des Schaumes durch Richtung und Betrag des Prägehubes gesteuert werden.

Die Nachdruckphase bringt außerdem noch einen weiteren positiven Aspekt mit sich: So lange der Forminnendruck in der Kavität über dem Dissoziationsdruck des Treibmittels (abhängig von Temperatur und Art des Treibmittels) gehalten wird, kommt es zu keinem Treibmittelzerfall und somit auch zu keinem Aufschäumen des Kunststoffs. Ein Nachdruckniveau von 200 bis 300 bar reicht dafür in den meisten Fällen aus. Die Aushärtereaktion des Duroplasts beginnt jedoch, sobald die Kavität gefüllt ist. Angetrieben durch den Wärmegradienten von heißer Werkzeugwand in die vergleichsweise kalte Schmelze in der Mitte der Kavität, beginnt zuerst die Randschicht zu erstarren und wächst, durch das Unterdrücken des Schäumens, in kompakter und blasenfreier Form in die Bauteilmitte hinein. Sobald die Nachdruckphase beendet und das Volumen der Kavität erweitert wird, schäumt nur noch der viskose Bereich in der Bauteilmitte auf, während der bereits ausgehärtete Randbereich in seiner festen Form bestehen bleibt.

Blasenfreie Randschicht und ein  geschäumter Kern

Das Ergebnis ist ein Bauteil mit einer kompakten, blasenfreien Randschicht und einem geschäumten Kern (Skin-Core-Struktur). Die Höhe der Randschicht und der Schaumgrad des Kerns können über die Werkzeugtemperatur und die Dauer der Nachdruckphase gezielt eingestellt werden.

Erste Versuchsreihen mit diesen Techniken brachten vielversprechende Ergebnisse hervor. Mit einer Spritzgießmaschine (Typ Allrounder 370 S der Arburg GmbH + Co KG, Loßburg) mit Duroplast-Aggregat (Durchmesser der Schnecke 30 mm) wurden mithilfe eins Tauchkantenwerkzeugs Probekörper in Plattengeometrie (80 mm x 100 mm x 4 mm) hergestellt. Als Material kam das im Rahmen des Projekts eigens entwickelte Bakelit FoamSet 18135 der Hexion GmbH, Iserlohn, mit eincompoundiertem Treibmittel zum Einsatz. Bei untervolumetrischer Füllung konnte eine Dichtereduktion von etwa 25 % erreicht werden. Mit der Technik eines atmenden Werkzeugs gelang sogar eine Dichtereduktion von 40 %. Zudem konnten Schaumstrukturen mit Skin-Core-Struktur erfolgreich hergestellt werden (Bild 4). Unterschiedliche Prozesseinstellungen brachten verschiedene Strukturen hervor. Die Werkzeugtemperatur und die Nachdruckdauer sind bei Verwendung eines atmenden Werkzeugs die entscheidenden Einflussfaktoren, über die sich die gewünschte Schaumstruktur einstellen lässt (Bild 5).

Das Schaumspritzgießen von Duroplasten steht trotz dieser Fortschritte erst noch am Anfang. In weiterführende Untersuchungen sollen die Auswirkungen der einstellbaren Prozessparameter gezielt untersucht werden. Im Fokus stehen dabei der Einfluss auf den Schaumgrad der Proben sowie die Gestalt der erzeugten Skin-Core Struktur. Über die Ergebnisse dieser Untersuchungen wird Kunststoffe in einer nachfolgenden Ausgabe berichten.

[1] Scheffler T., Englich S., Heyne U., und Gehde M.: Effects of post-curing on the thermo-mechanical behavior and the chemical structure of highly filled phenolic molding compounds. Mater. Test., Bd. 58, Nr. 1 (2016), S. 56–62

[2] Woebcken W., Adam W., Becker G.W., und Braun D.: Duroplaste: mit 803 Bildern und 256 Tabellen, 2., völlig neubearb. Aufl., Carl Hanser Verlage, München, 1988.

[3] Domininghaus H., Eyerer P., Elsner P., und Hirth T.: Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften, 6., neu Bearb. und erw. Aufl., Springer Verlag, Berlin, 2005.

[4] Stitz S. und Keller W.: Spritzgießtechnik: Verarbeitung, Maschine, Peripherie, 2. Aufl. Carl Hanser, München, 2004.

[5] Rohleder M. und Jakob F.: Foam Injection Molding, In: Specialized Injection Molding Techniques, Elsevier, 2016, S. 53–106.

[6] Bayer M., Maenz T., Hülder G., Eckold P., und Gehde M.: Foam injection molding of phenolic resins, In: AIP Conference Proceedings, Cesme-Izmir, Turkey, 2020, Bd. 2205, S. 020038

[7] Methe D. und Gehde M.: Investigations on the influence of the extrusion process on the foam structure of mechanical supporting phenolic sheets, In: AIP Conference Proceedings, Cesme-Izmir, Turkey, 2020, Bd. 2205, S. 020004

Technische Universität Chemnitz  

https://www.tu-chemnitz.de

Ausgabenartikel

Bild 1. Verfahrensablauf beim Duroplastschäumen  mit volumetrischer Unterfüllung 

Bild 2. Je nach Fertigungsverfahren unterscheidet sich die Dichteverteilung in Bauteilen deutlich voneinander. Bei der untervolumetrischen Füllung kommt es im Verlauf des Fließwegs zu einer deutlichen Verschiebung

Bild 3. Verfahrensablauf beim Duroplastschäumen mit einem atmenden Werkzeug

Bild 4. Duroplast-Schaum aus einem atmenden Werkzeug: Die Kunststoffmatrix erscheint in hell, die Schaumporen in Schwarz. Gut zu erkennen ist die Abgrenzung zwischen Randschicht und geschäumtem Kern  

Bild 5. Durch die Werkzeugtemperatur und die Nachdruckdauer lässt sich die Schaumstruktur des Bauteils einstellen. Je nach gewählten Parametern unterscheidet sich die Struktur deutlich. Gut zu sehen ist das bei den abgebildeten aufgesägten Probekörpern (oben: 155 °C Werkzeugtemperatur und 11 s Nachdruckdauer; Mitte: 155 °C Werkzeugtemperatur und 7 s Nachdruckdauer; unten: 185 °C Werkzeugtemperatur und 11 s Nachdruckdauer

Bosch - Hauptartikel

Schaumspritzgießen von Duroplasten | Substitution von Thermoplasten | Flammhemmend ✓ gute Medienbeständigkeit ✓ Schaumstruktur ► Jetzt mehr erfahren!

Schäumen von Duroplasten | Fertigungsverfahren

Martin Bayer ist Doktorand bei der Robert Bosch GmbH im Bereich „Materials and Manufacturing Technologies Polymers“ im Zentralbereich Forschung und Vorausentwicklung; <a href="mailto:martin.bayer2@de.bosch.com">martin.bayer2@de.bosch.com</a>

Dr. Torsten Maenz arbeitet als Forschungsingenieur bei Robert Bosch im Bereich „Materials and Manufacturing Technologies Polymers“ im Zentralbereich Forschung und Vorausentwicklung.

Dr. Gerrit Hülder ist Gruppenleiter bei Robert Bosch im Bereich „Materials and Manufacturing Technologies Polymers“ im Zentralbereich Forschung und Vorausentwicklung.

Prof. Dr. Michael Gehde leitet seit 2005 die Professur Kunststoffe an der TU Chemnitz

Die Autoren bedanken sich für die Förderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags im Rahmen des Projekts FoamSet (Förderkennzeichen: 03ET1424C).

Im Rahmen des FoamSet-Projekts soll eine energieeffiziente Fertigung naturbasierter duroplastischer Phenol-Hartschäume entwickelt werden, um Endenergieverluste im Hochbau und in technischen Anlagen zu reduzieren. Neben dem Schaumspritzgießen wird auch an einem kontinuierlichen Extrusionsprozess von Phenol-Harzschäumen gearbeitet [7]. Die Forschungskoordination erfolgt durch die Professur Kunststoffe der Technischen Universität Chemnitz. Projektträger ist das Forschungszentrum Jülich. Aus der Industrie beteiligen sich die Robert Bosch GmbH, die Hexion GmbH, die KraussMaffei Technologies GmbH, die KraussMaffei Extrusion GmbH, die Ejot Baubefestigungen GmbH und die Schöck Bauteile GmbH. Das Projekt läuft noch bis zum 31.10.2020.