TY - BOOK

T1 - Prozessführungen und Materialformulierungen für physikalisch geschäumte Polymerprodukte

AU - Geißler, Bernd

N1 - gesperrt bis 09-04-2019

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Stetig steigende Rohstoffpreise und der zunehmenden Wettbewerb machen es nötig innovative Technologien zu entwickeln oder bestehende Verfahren zu verbessern. Das physikalische Schäumen in der Extrusion stellt dabei eine hervorragende Möglichkeit dar, natürliche Ressourcen einzusparen und trotzdem hochwertige Produkte herzustellen. Dabei handelt es sich um ein komplexes Verfahren der Kunststoffverarbeitung, bei dem sehr viele Widersprüche in der bestehenden Literatur vorhanden sind, welche einen weitergehenden Einsatz dieser Technologie verhindern. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit diese Thematik aufgegriffen und systematisch die einzelnen Verfahrensschritte der physikalischen Schaumextrusion näher untersucht. Zu diesem Zwecke wurden unter anderem ein Messkonzept zur Bestimmung der minimal notwendigen Verweilzeit für die Ausbildung der Polymer/Treibmittel-Einphasenmischung und eine neue dynamische Messmethoden zur Bestimmung der Treibmittellöslichkeit in der Polymerschmelze erarbeitet. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Schergeschwindigkeit und der Druck an der Begasungsstelle wesentlich für die Ausbildung der Einphasenmischung sind, wohingegen die Massetemperatur kaum Einfluss darauf hat. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zur Phasentrennung in der Schaumextrusion haben gezeigt, dass sowohl die Zugabe von passiven Nukleierungsmitteln als auch die Erhöhung der Scher- und Dehnrate im Werkzeug zu einem signifikanten Anstieg des Entgasungsdruckes führen. Dieser Anstieg des Entgasungsdruckes bewirkt bei geringen Treibmittelkonzentrationen (<1 Gew.-% CO2) eine wesentliche Verbesserung der Schaummorphologie durch eine Erhöhung der Zelldichte und Reduktion der mittleren Zellgröße. Außerdem wurde gezeigt, dass mit steigendem Entgasungsdruck, tiefere Massetemperaturen notwendig sind, um eine optimale Volumenexpansion zu erzielen. Basierend darauf wurde ein neues Modell zur Interpretation der unterschiedlichen Nukleierungswirkung von aktiven und passiven Nukleierungsmitteln aufgestellt. Des Weiteren wurde eine neue Methode zur Beurteilung der Schäumbarkeit von Materialformulierungen erarbeitet. Diese Methode basiert auf einfachen rheologischen Messungen mit einem Kegel/Platte Rheometer. Abschließend wurde die Erkenntnisse dieser Arbeit dazu verwendet ein Konzept für die systematische Auslegung von physikalisch geschäumten Produkten aufzustellen. Dieses Konzept soll dazu dienen, Fehler bei der Auslegung von Prozessen und Materialformulierungen für das physikalische Schäumen zu reduzieren.

AB - Stetig steigende Rohstoffpreise und der zunehmenden Wettbewerb machen es nötig innovative Technologien zu entwickeln oder bestehende Verfahren zu verbessern. Das physikalische Schäumen in der Extrusion stellt dabei eine hervorragende Möglichkeit dar, natürliche Ressourcen einzusparen und trotzdem hochwertige Produkte herzustellen. Dabei handelt es sich um ein komplexes Verfahren der Kunststoffverarbeitung, bei dem sehr viele Widersprüche in der bestehenden Literatur vorhanden sind, welche einen weitergehenden Einsatz dieser Technologie verhindern. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit diese Thematik aufgegriffen und systematisch die einzelnen Verfahrensschritte der physikalischen Schaumextrusion näher untersucht. Zu diesem Zwecke wurden unter anderem ein Messkonzept zur Bestimmung der minimal notwendigen Verweilzeit für die Ausbildung der Polymer/Treibmittel-Einphasenmischung und eine neue dynamische Messmethoden zur Bestimmung der Treibmittellöslichkeit in der Polymerschmelze erarbeitet. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Schergeschwindigkeit und der Druck an der Begasungsstelle wesentlich für die Ausbildung der Einphasenmischung sind, wohingegen die Massetemperatur kaum Einfluss darauf hat. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zur Phasentrennung in der Schaumextrusion haben gezeigt, dass sowohl die Zugabe von passiven Nukleierungsmitteln als auch die Erhöhung der Scher- und Dehnrate im Werkzeug zu einem signifikanten Anstieg des Entgasungsdruckes führen. Dieser Anstieg des Entgasungsdruckes bewirkt bei geringen Treibmittelkonzentrationen (<1 Gew.-% CO2) eine wesentliche Verbesserung der Schaummorphologie durch eine Erhöhung der Zelldichte und Reduktion der mittleren Zellgröße. Außerdem wurde gezeigt, dass mit steigendem Entgasungsdruck, tiefere Massetemperaturen notwendig sind, um eine optimale Volumenexpansion zu erzielen. Basierend darauf wurde ein neues Modell zur Interpretation der unterschiedlichen Nukleierungswirkung von aktiven und passiven Nukleierungsmitteln aufgestellt. Des Weiteren wurde eine neue Methode zur Beurteilung der Schäumbarkeit von Materialformulierungen erarbeitet. Diese Methode basiert auf einfachen rheologischen Messungen mit einem Kegel/Platte Rheometer. Abschließend wurde die Erkenntnisse dieser Arbeit dazu verwendet ein Konzept für die systematische Auslegung von physikalisch geschäumten Produkten aufzustellen. Dieses Konzept soll dazu dienen, Fehler bei der Auslegung von Prozessen und Materialformulierungen für das physikalische Schäumen zu reduzieren.

KW - Physikalisches Schäumen

KW - Extrusion

KW - Phasentrennung

KW - CO2

KW - Nukleierungsmittel

KW - Entgasungsdruck

KW - Physical foaming

KW - nucleation

KW - nucleating agent

KW - CO2

KW - degassing pressure

M3 - Dissertation

ER -