Fraunhofer ICT: Fachtagung Schaumspritzgießen - „Schäumen mit ‚MuCell‘ - Großserienfähige Sandwichbauweise“

Bild 1: Integralschaum, Sandwichaufbau, Doppel-T-Träger.

18. September 2013, Pfinztal

Am 18. September 2013 veranstaltet das Fraunhofer ICT gemeinsam mit der Engel Deutschland GmbH (Wurmberg) eine Informationsveranstaltung zum Thema „Schaumspritzgießen“. Neben interessanten Fachvorträgen und Networking wird es einen Showroom mit geschäumten Spritzgießbauteilen sowie eine Live-Vorführung im Technikum des Instituts geben. Alle Interessenten aus Industrie und Forschung sind zu dieser Veranstaltung herzlich eingeladen.

Bild 2: REM-Aufnahme eines LFT-Schaums (PP-LFT30).

Beim „Mucell“-Prozess wird ein überkritisches Fluid (Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid) in die Polymerschmelze eingearbeitet. Durch eine spezielle, faserschonende Mischzone im Massezylinder wird das Gas in der faserverstärkten Schmelze dispergiert und gelöst, so dass im Schneckenvorraum eine einphasige, homogene Gas-Polymer-Mischung vorliegt. Beim Einspritzen in die Kavität kommt es zu einem rapiden Druckabfall und damit zum Aufschäumen der Formmasse, vergleichbar mit dem schnellen Öffnen einer Sprudelflasche. Prozessbedingt bildet sich dabei ein sog. Integralschaum, bestehend aus einem geschäumten Kern und einer kompakten, ungeschäumten Außenhaut. Vereinfacht kann die Wirkungsweise eines solchen Aufbaus mit der eines Sandwiches oder eines Doppel-T-Trägers gleichgesetzt werden (vgl. Bild. 1). Um hohe Biegesteifigkeiten zu generieren, werden die lasttragenden Randschichten möglichst weit voneinander separiert. Damit bietet dieses Verfahren ein großes Leichtbaupotenzial für flächige Bauteile, da hier i.d.R. hohe Biegesteifigkeiten bei geringem Flächengewicht benötigt werden.

Als weitere Vorteile sind kürzere Zykluszeiten, eine erhöhte Maßhaltigkeit durch geringeren Bauteilverzug / weniger Eigenspannungen, geringere Schließkräfte und längere Fließwege verglichen mit Kompaktspritzgießen zu nennen.

Bild 3: Schaumsandwich mit endlosverstärkten Decklagen (PP-Schaumkern, „Curv“-Decklagen)

Darüber hinaus bietet Schaumspritzgießen eine sehr hohe Designfreiheit, beispielsweise durch wesentlich größere Wandstärken und Wanddickensprünge ohne Einfallstellen oder durch das Spritzen von dünn nach dick. Dadurch können die Beschränkungen durch das kunststoffgerechte Konstruieren teilweise aufgehoben werden. Dies ermöglicht neue Bauteilgeometrien, die im Kompaktspritzgießen bisher gar nicht vorstell- und umsetzbar sind. Nach dem Vorbild der Natur lassen sich beispielsweise bionischen Geometrien (z.B. Knochen oder Pflanzenstängel) nachahmen, und damit Bauteile optimiert für seine Funktion - und nicht für das Spritzgießen - konstruieren.

Bild 4: Schaumsandwich mit endlosfaserverstärkten Decklagen (PP-Schaumkern, UD-Tape-Decklagen).

Im Bereich Schaumspritzgießen forscht das Fraunhofer ICT intensiv an der Untersuchung und Entwicklung faserverstärkter Schäume: Neben langfaserverstärkten, thermoplastischen Schäumen (LFT-Schäume, vgl. Bild 2) wird außerdem die geringere Viskosität der treibmittelbeladenen Schmelze dazu genutzt, um Endlosfaserverstärkungen (Organobleche, UD-Tapes und Tape-Gelege) schonender zu hinterspritzen oder um großserientaugliche, endlosfaserverstärkte Sandwichstrukturen zu realisieren, wie in Bild 3 und 4 dargestellt.

Seit Anfang 2013 steht am Fraunhofer ICT eine „MuCell“-Spritzeinheit mit einer speziell für langfaserverstärkte Formmassen optimierten LGF-Schnecke für Forschungsprojekte und Industriekunden zur Verfügung.

Engel duo 700 pico combi M compounder mit „MuCell“ am Fraunhofer ICT, Pfinztal.

Nähere Informationen zum Programm: www.ict.fraunhofer.de/schaum
Online-Anmeldung: www.ict.fraunhofer.de/fachtagung

Fraunhofer Institut für Chemische Technologie (ICT), Pfinztal

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