Herstellung von physikalisch geschäumten Polyurethan-Formteilen mit CO2 als Treibmittel

Der heute zur Verfügung stehenden Schäumtechnologien für Polyurethan (PUR) weisen alle verfahrensbedingte Nachteile auf, die eine Verbesserung der bisher möglichen mechanischen Eigenschaften verhindern. Eine Alternative stellt das physikalische Schäumen mit dem inerten Treibgas Kohlenstoffdioxid (CO2) dar. Allerdings führt es bislang zu einem unkotrollierten Schäumprozess. In dieser Arbeit werden zwei verschiedene Verfahren vorgestellt, mit denen der Einsatz des Treibmittels für eine weitreichende Dichtereduzierung von Formteilen aus PUR ermöglicht wird. Beim ersten Verfahren wird ein externes Schäumaggregat eingesetzt, mit dem in einer Vorreaktionskammer die Viskoität des Reaktionsgemisches erhöht wird, bevor es ins Formwerkzeug dosiert wird. Demgegenüber findet die Vorreaktionszeit im zweiten Verfahren im Werkzeug statt, wo durch einen hohen Innendruck (Gasgegendruck) das CO2 in Lösung gehalten werden kann. Somit kann der Aufschäumprozess unabhängig von der Polymerbildung gestartet und gesteuert werden. Für beide Verfahren wird die Anlagentechnik erläutert und in einer systematischen Prozessuntersuchung der Einfluss der neuen Prozessparameter Beladungsdruck und Vorreaktionszeit auf die mechanischen Eigenschaften dargestellt. Im Ergebnis können Weichschaum-Formteile mit einer Dichte von 61 kg/m³ hergestellt werden. Da die dargestellten Schäumverfahren keine verhärtenden Harnstoffe produzieren, wird die Stauchhärte gegenüber einem Bauteil, das chemisch geschäumt wurde, auf ein Viertel reduziert. Die Verfahren fügen daher einen neuen Freiheitsgrad zur Auslegung der Härte, auch bei niedrigen Formteildichten, hinzu. Für Hartschaum-Systeme bieten die Verfahren das Potenzial zur Verbesserung der Brandschutzeigenschaften, ohne das ein ökologisch bedekliches Treibmittel eingesetzt werden muss.