Amorphe und teilkristalline Mikroschäume im Spritzgießverfahren

Beim Mikroschaumspritzgießen von teilkristallinen und amorphen Kunststoffen ergeben sich interessante Aspekte, die durch Wahl der Materialien und optimaler Spritzgießbedingungen in Stark beeinflusst werden können. In der vorliegenden Arbeit wurden mit Hilfe praxisnaher Verfahren unter Verwendung physikalischer Treibmittel im MuCell-Verfahren und chemischer Treibmittel im konventionellen Spritzgießverfahren PP- und PC/ABS-Mikroschäume hergestellt. Im Rahmen der Arbeit sollen die Möglichkeiten und Grenzen des Mikroschaumspritzgießens von teilkristallinen und amorphen Kunststoffen untersucht werden. In der Fachliteratur existiert eine vergleichsweise geringe Anzahl von experimentellen Studien, die sich im Rahmen einer Forschungsarbeit mit diesem Thema auseinandersetzen. Das Ziel dieser Arbeit ist die umfassende Bewertung des Eigenschaftsspektrums und Korrelationen zwischen Prozessparametern, Morphologie und resultierenden Eigenschaften von thermoplastischen PP- und PC/ABS-Mikroschäumen zu ermitteln. Die Prozessparameter wie Gasbeladung (SCF), Massetemperatur (TS), Werkzeugtemperatur (TW), Hubverzögerungszeit (tH), die über das eingespritzte Polymervolumen eingestellte Gewichtreduzierung, Gasgegendruck (GGD), Präzisionsöffnen (PMO) und auch die Treibmittelart wurden unabhängig voneinander variiert und die Ergebnisse ausgewertet. Ein weiterer wissenschaftlicher Beitrag dieser Arbeit ist die Charakterisierung der Einflüsse von Zusatzstoffen wie Mikro-Glashohlkugeln, Glasfasern und thermoplastischen expandierbaren Mikrosphären auf die Schaumentstehung und die Veränderung der mechanischen Eigenschaften von PP- und PC/ABS Materialien. Zudem werden die entstandenen Eigenschaftsveränderungen des Materials durch die chemische Verschäumung untersucht. Dafür werden die Matrixmaterialien mit den Trägermaterialien der chemischen Treibmittel PE, PP und PS verarbeitet. Mikroschäume auf Basis von teilkristallinen (PP) Materialien zeigen im Vergleich zu amorphen (PC/ABS) Mikroschäumen einige Besonderheiten, wie z. B. unkonventionelle Porenverteilung mit zusätzlicher Porenschicht im Randbereich und besserer Oberflächenqualität. Trotz der Unterschiede im strukturellen Aufbau und den damit verbundenen Verarbeitungsparametern können einige Herstellungsparameter von Material zu Material übertragen werden. Durch eine stabile Prozessführung lassen sich die Morphologieparameter: Dichteverteilung, Randschichtdicke und Porendurchmesser als auch das mechanische Verhalten der Mikroschäume gezielt beeinflussen. Für jede Dichtereduzierung existiert eine charakteristische Randschichtdicke, ab der eine deutliche Zunahme der Biege- und Zugeigenschaften auftritt. Es kann auch eine optimale Biegecharakteristik durch unterschiedliche Schaumstrukturen erreicht werden. Um ausreichende Aussagen über morphologisch-mechanische Zusammenhänge zu gewährleisten, werden umfangreiche Prüfverfahren angewendet. Um die maximale Dichtereduzierung des Materials und die Potenziale und die Wirksamkeit des angewendeten Verfahrens zu untersuchen, werden dünn- und dickwandige mikroverschäumte Bauteile gegenübergestellt.