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Halogenfrei flammgeschütztes Polybutylenterephthalat und dessen Verarbeitung zu Polymerschäumen

Polybutylenterephthalat (PBT) wird als technischer Thermoplast aufgrund seiner thermomechanischen Eigenschaften unter anderem in der Kommunikations- und Automobilindustrie eingesetzt. Die für diese Anwendungen notwendigen Flammschutzmittel sollten allerdings die weiteren Materialeigenschaften, wie etwa die Verarbeitbarkeit des Polymers oder die mechanischen Eigenschaften, nicht negativ beeinflussen. Da halogenhaltige Flammschutzmittel aufgrund ihrer Umwelt- und Gesundheitsgefährdung ersetzt werden müssen, werden aktuell halogenfreie phosphorhaltige Additive entwickelt.

Neben dem Einsatz von technischen Kunststoffen als Kompaktmaterial geht der Trend zunehmend in Richtung Verschäumung derartiger Materialien. PBT-Schäume sind bisher nicht kommerziell erhältlich, da anders als bei amorphen Thermoplasten kein breites Temperaturfenster zur Schaumausbildung und -stabilisierung vorliegt.

Beim Vergleich zweier kommerzieller niedermolekularer Additive zeigt sich die Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften und des Fließverhaltens von der Partikelgröße und -form. Durch Verwendung von phosphorhaltigen Polyestern als polymere Flammschutzmittel wurde versucht, die negativen Auswirkungen auf die Materialeigenschaften zu reduzieren. Die Versprödung der Blends ist vergleichbar zu den Compounds mit niedermolekularen Additiven, kann aber durch den Einsatz eines Copolymers aufgrund der besseren Phasenanbindung im Blend-System reduziert werden. Hierbei konnte der Zusammenhang zwischen den rheologischen Eigenschaften von Matrix und Flammschutzmittel sowie der sich ausbildenden Struktur bestimmt werden.

Die rheologischen Eigenschaften der Schmelze unter Prozessbedingungen und Treibmittelbeladung sind essentiell für das Verständnis des Schäumvorganges. Der Einfluss der Prozessparameter Temperatur, Druck und Treibmittelkonzentration auf die rheologischen Eigenschaften konnte mit einem In-Line-Rheometer in der Schaumextrusion quantifiziert und mit einem schäumbaren Polypropylen verglichen werden.

Trotz der schwierigen Schaumstabilisierung ließen sich PBT-Schäume mit einer Dichtereduktion von mindestens 50 % herstellen und geeignete Verfahren sowie Material- bzw. Prozessparameter identifizieren. Die Herstellung extrudierter PBT-Schäume ist prinzipiell möglich. Der Einsatz einer Unterwassergranulierung kann die Schaumstabilisierung nach der Düse wesentlich verbessern. Durch die richtige Wahl der Granulier- und Materialparameter konnten so sphärische expandierte E-PBT-Partikel hergestellt werden. PBT-Integralschäume mit einer Dichtereduktion bis zu 80 % sind mittels Schaumspritzguss mit einem atmenden Werkzeug realisierbar. An diesen Schäumen wurden Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von flammgeschütztem PBT diskutiert. Hierbei konnte der Einfluss eines niedermolekularen Flammschutzmittels auf das Schäumverhalten, die Schaumstruktur, die mechanischen Eigenschaften und das Brandverhalten analysiert werden.

Read this abstract in English at Kunststoffe-international.com
 Thomas Köppl

Thomas Köppl
Lehrstuhl für Polymere Werkstoffe
Universität Bayreuth

Informationen

Freie Schlagwörter: Flammschutzmittel, Polymerblends, Rheologie, Schaumextrusion, Schaumspritzguss, Partikelschäume
Institut / Lehrstuhl: Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Bayreuth
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. Volker Altstädt (Betreuer), Prof. Dr. rer. nat. habil. Manfred Döring
Erscheinungsjahr: 2014
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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