TY - BOOK

T1 - Verfahrensentwicklung von physikalisch geschäumten Polypropylenplatten für den Einsatz als Kernmaterial von Sandwichverbunden

AU - Braun, Andreas Christian

N1 - nicht gesperrt

PY - 2011

Y1 - 2011

N2 - Die Herstellung von physikalisch geschäumten Platten aus teilkristallinen Kunststoffen stellt heute im Extrusionsverfahren große, verarbeitungstechnische Probleme dar. Im Zuge dieser Dissertation wurden wissenschaftliche Untersuchungen zur Extrusion von Schaumplatten aus Polypropylen und CO2 hinsichtlich Prozessführung, Schäumbarkeit der Rohmaterialrezeptur und Steuerung der Zellnukleierung durchgeführt. Die erzielten Schaumstrukturen wurden anhand ihrer Schaumdichte, Zellgröße, Zellgrößenverteilung und mechanischen Eigenschaften beurteilt. An einer eigens konzipierten Versuchsextrusionsanlage am IKV Leoben wurden die Einflüsse der Prozessparameter Druckabfall, Druckabfallsrate und Massetemperatur mittels Verwendung unterschiedlicher Rundlochdüsen studiert. Die Schaumstrukturen wurden anhand von SEM- Aufnahmen (scanning electron microscope) beurteilt. Polypropylene mit unterschiedlicher Molmasse wurden zu verschiedenen Anteilen geblendet, die Schmelzefestigkeit und Dehnbarkeit dieser Blends mittels Rheotenstest bestimmt und eine Korrelation zu deren Schäumbarkeit hergeleitet. Ein wichtiger Aspekt der Arbeit war ein umweltfreundliches Treibgas zu verwenden. Aus vorhandenen Stoffkreisläufen entnommenes CO2 gewinnt in diesem Zusammenhang immer mehr als physikalisches Treibmittel an Bedeutung. Um den Viskositätsabfall durch die CO2 Einmischung zu ermitteln, wurden Online-Rheometrie-Messungen am Extrusionsbypassrheo-meter gemacht. Das Nukleierungsverhalten von CO2-beladenen Polypropylenschmelzen wurde anhand von Versuchen untersucht und ein Modell daraus abgeleitet. Die Austestung einer Reihe von Nukleierungsmitteln zeigte, dass die Microspherestype Expancel 950MB120 besonders gut für die CO2 Begasung geeignet ist. Vergleiche mit anderen, üblichen Nukleierungsmitteln zeigten, dass die Microspheres die Prozessführung erheblich vereinfachen und den Gasverlust nach Düsenaustritt und den damit verbundenen Rückgang der Expansion reduzieren. Die mit Microspheres und Viellochdüse geschäumten Platten zeigten im Vergleich zu Standardschäumen deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften. Im Verbund mit Aluminiumdecklagen führten die Schaumkerne mit gleichmäßigeren Schaumstrukturen zu 20 % höheren Festigkeiten gegenüber Standardschaumkerne. Zur Ermittlung der Schub- und Druckeigenschaften wurden der 3-Punkt-Biegeversuch nach EN ISO 178, der Druckversuch nach EN ISO 604 und die Berechnungsmethoden der Sandwichtheorie verwendet.

AB - Die Herstellung von physikalisch geschäumten Platten aus teilkristallinen Kunststoffen stellt heute im Extrusionsverfahren große, verarbeitungstechnische Probleme dar. Im Zuge dieser Dissertation wurden wissenschaftliche Untersuchungen zur Extrusion von Schaumplatten aus Polypropylen und CO2 hinsichtlich Prozessführung, Schäumbarkeit der Rohmaterialrezeptur und Steuerung der Zellnukleierung durchgeführt. Die erzielten Schaumstrukturen wurden anhand ihrer Schaumdichte, Zellgröße, Zellgrößenverteilung und mechanischen Eigenschaften beurteilt. An einer eigens konzipierten Versuchsextrusionsanlage am IKV Leoben wurden die Einflüsse der Prozessparameter Druckabfall, Druckabfallsrate und Massetemperatur mittels Verwendung unterschiedlicher Rundlochdüsen studiert. Die Schaumstrukturen wurden anhand von SEM- Aufnahmen (scanning electron microscope) beurteilt. Polypropylene mit unterschiedlicher Molmasse wurden zu verschiedenen Anteilen geblendet, die Schmelzefestigkeit und Dehnbarkeit dieser Blends mittels Rheotenstest bestimmt und eine Korrelation zu deren Schäumbarkeit hergeleitet. Ein wichtiger Aspekt der Arbeit war ein umweltfreundliches Treibgas zu verwenden. Aus vorhandenen Stoffkreisläufen entnommenes CO2 gewinnt in diesem Zusammenhang immer mehr als physikalisches Treibmittel an Bedeutung. Um den Viskositätsabfall durch die CO2 Einmischung zu ermitteln, wurden Online-Rheometrie-Messungen am Extrusionsbypassrheo-meter gemacht. Das Nukleierungsverhalten von CO2-beladenen Polypropylenschmelzen wurde anhand von Versuchen untersucht und ein Modell daraus abgeleitet. Die Austestung einer Reihe von Nukleierungsmitteln zeigte, dass die Microspherestype Expancel 950MB120 besonders gut für die CO2 Begasung geeignet ist. Vergleiche mit anderen, üblichen Nukleierungsmitteln zeigten, dass die Microspheres die Prozessführung erheblich vereinfachen und den Gasverlust nach Düsenaustritt und den damit verbundenen Rückgang der Expansion reduzieren. Die mit Microspheres und Viellochdüse geschäumten Platten zeigten im Vergleich zu Standardschäumen deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften. Im Verbund mit Aluminiumdecklagen führten die Schaumkerne mit gleichmäßigeren Schaumstrukturen zu 20 % höheren Festigkeiten gegenüber Standardschaumkerne. Zur Ermittlung der Schub- und Druckeigenschaften wurden der 3-Punkt-Biegeversuch nach EN ISO 178, der Druckversuch nach EN ISO 604 und die Berechnungsmethoden der Sandwichtheorie verwendet.

M3 - Dissertation

ER -