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07.11.2005

Integrale Schaumstruktur erhöht die Festigkeit

Bild 1. Mit dem Treibmittel N2 stellt sich eine homogene Blasenstruktur ein. Beim Schäumen mit CO2 ist die Außenhaut relativ kompakt, im Formteilinneren bilden sich größeren Blasen. (© BASF und Demag Plastics)

Bild 1. Mit dem Treibmittel N2 stellt sich eine homogene Blasenstruktur ein. Beim Schäumen mit CO2 ist die Außenhaut relativ kompakt, im Formteilinneren bilden sich größeren Blasen. (© BASF und Demag Plastics)

Untersuchungen zeigen, dass die mechanischen Eigenschaften geschäumter Formteile wesentlich von der Kompaktheit und Dichte der Randzone bestimmt werden. Feinzellulär geschäumte Formteile mit kompakter Randschicht weisen daher bessere mechanische Kennwerte auf als homogen mikrozellulär geschäumte Produkte.

Thermoplastische Kunststoffe zu schäumen, reduziert das Bauteilgewicht und spart Material. Die Kühlzeit verkürzt sich, die Bauteile lassen sich in schnellerem Zyklus herstellen. Darüber hinaus wird die Schmelze durch die Gaseinmischung weniger zäh - der Werkzeuginnendruck ist geringer, so dass die Schließkraft reduziert werden kann. Ein weiterer Vorteil: geschäumte Formteile zeigen geringeren Verzug und bessere Maßhaltigkeit.

Das Schäumen ist allerdings immer mit Einbußen bei den mechanischen Eigenschaften der Formteile verknüpft. BASF und Demag Plastics Group haben in einem gemeinsamen Versuchsprogramm die Korrelation zwischen Schaumstrukturen und mechanischen Eigenschaften untersucht. Unter anderem wurde auch die Beziehung zwischen der tatsächlichen Größe und Verteilung der Blasen und den Verlusten an mechanischen Eigenschaften ermittelt.

Dabei stellte sich heraus, dass die Steifigkeit eines Formteils stärker als bisher angenommen mit dem Profil der Schaumstruktur zusammenhängt. Vor allem eine dichte und kompakte Randschicht führt zu hohen mechanischen Kennwerten, berichtet die Projektgruppe in der Oktoberausgabe der Zeitschrift Kunststoffe. Dies widerlege die verbreitete These, dass nur eine homogen über den Formteilquerschnitt verteilte Schaumstruktur mit möglichst kleinen, mikrozellulären Einzelblasen günstige mechanische Eigenschaften verleiht, heißt es in dem Artikel weiter.

Nicht die Blasengröße ist entscheidend

In den Versuchsreihen wurde das Gewicht zweier ABS-GF-Typen (ABS-GF20 und ABS-GF15) mit CO2 und N2 um jeweils 9% reduziert. Bei N2 stellte sich eine relativ homogene Blasenstruktur ein. Beim Schäumen mit CO2 entstand dagegen eine inhomogenere Blasenstruktur. Die Außenhaut ist relativ homogen und kompakt, im Formteilinneren bilden sich grobe Strukturen mit wesentlich größeren Blasen. Trotz ihrer größeren Blasenstruktur weist die stärker integral ausgebildete Struktur mit CO2 als Treibmittel bessere mechanische Kennwerte auf.

Bild 2. Die dichte und kompakte Randschicht führt beim Treibmittel CO2 zu besseren mechanischen Kennwerten des Bauteils

Bild 2. Die dichte und kompakte Randschicht führt beim Treibmittel CO2 zu besseren mechanischen Kennwerten des Bauteils

Die mechanischen Eigenschaften geschäumter Formteile werden demzufolge im Wesentlichen von der Kompaktheit und Dichte der Randzone bestimmt. Die Untersuchungen zeigen, dass die homogene Ausbildung mikrozellulärer Schaumstrukturen über den Formteilquerschnitt den mechanischen Eigenschaften sogar abträglich ist.

Dr.-Ing. Harald Sambale
sambale <AT> hanser.de

Demag Ergotech GmbH
Altdorfer Straße 15
DE 90571 Schwaig
Tel: +49 911 5061-0
Fax: +49 911 5061-265


BASF Aktiengesellschaft
Carl-Bosch-Straße 38
DE 67056 Ludwigshafen
Tel: +49 621 60-0
Fax: +49 621 60-42525


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