IKT: Forschungsprojekt zur automatisierten Mischeroptimierung beim physikalischen Extrusionsschäumen

Am Institut für Kunststofftechnik (IKT) der Universität Stuttgart hat ein Forschungsprojekt zur automatisierten Optimierung von Mischelementen im physikalischen Extrusionsschäumen begonnen. Ziel ist es, die Herstellung von Kunststoffschäumen mit gezielt einstellbarer Zellstruktur zu verbessern und dadurch Materialien mit geringer Dichte, hoher mechanischer Dämpfung sowie guten Wärme- und Isolationseigenschaften reproduzierbar zu erzeugen.

Kunststoffschäume werden vor allem in Anwendungen eingesetzt, bei denen Leichtbau und Materialeffizienz eine zentrale Rolle spielen, beispielsweise im Bauwesen oder in der Mobilität. Durch physikalisches Schäumen lassen sich Materialeigenschaften gezielt beeinflussen und gleichzeitig Ressourcen einsparen.

Schematische Darstellung der Optimierungsumgebung (Grafik: IKT).

Im Mittelpunkt des Projekts steht die Auslegung von Mischelementen im Extruder. Deren Geometrie und Anordnung bestimmen maßgeblich, wie gleichmäßig das Treibgas mit der Kunststoffschmelze vermischt wird und wie sich daraus die spätere Schaumstruktur entwickelt. Aufbauend auf einem bestehenden Simulationswerkzeug wird dazu eine Optimierungsumgebung weiterentwickelt, die CAD-Modellierung, numerische Strömungssimulation und einen automatisierten Optimierungsalgorithmus miteinander verbindet.

Die Simulationsergebnisse werden durch experimentelle Untersuchungen ergänzt.

CT-Aufnahme eines Schaumes (oben), Ermittlung der Blasengrößenverteilung (unten) - (Bilder/Grafiken: IKT).

Dazu werden Schäumversuche an einem modular aufgebauten Extruder durchgeführt. Für die Analyse der entstehenden Schaumstrukturen kommt Röntgen-Computertomografie zum Einsatz. Diese ermöglicht eine dreidimensionale Untersuchung von Zellgrößen, deren Verteilung sowie der Homogenität der Schäume.

Durch die Kombination von Simulation, experimenteller Prozessuntersuchung und moderner Analytik soll das Verständnis des physikalischen Schäumprozesses vertieft werden. Langfristig zielt das Projekt darauf ab, den Prozess stabiler und effizienter zu gestalten und so die Entwicklung neuer Leichtbaumaterialien zu unterstützen.

Weitere Informationen: www.ikt.uni-stuttgart.de, www.uni-stuttgart.de

Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik (IKT), Stuttgart

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