Coextrudierte Partikelschäume EPP, EPLA
Erfahren Sie, wie additive Fertigung auf moderne Partikelschaumtechnologie trifft! Sie erhalten einen Einblick in die Herstellung von Partikelschäumen. Als reales Anwendungsbeispiel von SLM gefertigten Extrusionsdüsen, zeigen wir koextrudierte Partikelschäumen mit massgeschneiderten Eigenschaften.
Partikelschäume sind vielseitige Werkstoffe mit geschlossener Zellstruktur und geringem Gewicht. Sie kommen in zahlreichen Branchen zum Einsatz, darunter Verpackung, Automobilbau, Bauwesen und Konsumgüter. Besonders expandiertes Polypropylen (EPP) hat sich dank seiner exzellenten mechanischen Eigenschaften und hohen Energieabsorption als Schlüsselmaterial in der Automobilindustrie etabliert.
Traditionell werden Partikelschäume in einem zweistufigen Verfahren hergestellt: Zunächst erfolgt die Compoundierung eines Mikrogranulats, das anschließend in einem Autoklaven unter Druck und Temperatur mit Treibmitteln gesättigt wird. Beim Druckabbau expandiert das Granulat zu Schaumpartikel.
Als Alternative dazu hat Sulzer Chemtech, das aus der EPS Produktion bekannte Verfahren der direkten Schmelzeimprägnierung, erfolgreich auf expandierte Partikelschäume wie EPP übertragen. Dabei wird das Polymer gemeinsam mit Additiven im Extruder aufgeschmolzen, das Treibmittel direkt in den Extruder injiziert und unter hohem Druck homogen in der Schmelze gelöst. Nach einer gezielten Abkühlung in einem für hochviskose Medien optimierten Wärmetauscher erfolgt die Unterwassergranulation. Beim Durchtritt durch die Lochplatte expandiert die Schmelze durch den plötzlichen Druckabfall und erstarrt zu Partikelschaum.
Die so hergestellten Schaumpartikel werden in Formteilautomaten zu Endprodukten verarbeitet, indem sie in Formen gefüllt und mit Dampf verschweißt werden.
Mit dem wachsenden Fokus auf Nachhaltigkeit rückt Polymilchsäure (PLA) als biobasierter und biologisch abbaubarer Kunststoff zunehmend in den Mittelpunkt. Obwohl PLA aufgrund seiner niedrigen Schmelzviskosität und langsamen Kristallisation hohe Anforderungen an die Verarbeitung stellt, zeigt es Potenzial für umweltfreundliche Schaumstoffanwendungen, insbesondere im Verpackungsbereich.
Die Entwicklung eines formbaren, expandierten Partikelschaums mit optimalen Eigenschaften erfordert eine präzise Abstimmung von Polymerrezeptur und Prozessparametern – sowohl für die Schaumherstellung als auch für die spätere Formgebung, die teils gegensätzliche Anforderungen stellen.
Im Rahmen der ePLA-Entwicklung wurde der Wunsch nach einer Beschichtung der Schaumpartikel mit einem zweiten Polymer sowie nach einer verbesserten Temperaturkontrolle der Lochplatte immer deutlicher. Fortschritte in der additiven Fertigung von Metallbauteilen ermöglichen nun völlig neue Ansätze im Design von Extrusionsdüsen. So lassen sich komplexe Schmelze- und Heizkanäle sowie thermisch isolierende Hohlräume direkt integrieren.
Im Rahmen eines Innosuisse-Projekts wurde eine innovative Unterwassergranulationsdüse für die Koextrusion von Partikelschäumen entwickelt und erfolgreich in eine bestehende Pilotanlage integriert. Damit ist es möglich, Partikelschäume mit einer funktionalen Beschichtung aus einem zweiten Polymer herzustellen.
Diese Präsentation gibt einen Überblick über die Herausforderungen bei der Konzeption und Fertigung additiv gefertigter Komponenten sowie erste Ergebnisse aus den Versuchsreihen mit koextrudierten Partikelschäumen.
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