Analyse der Schaumestrusion von Polypropylen mit Treibmittelgemischen anhand eines Material- und Prozessmodells

Von:

Robert Breuer

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Aufgrund von Sicherheits- und Umweltaspekten besteht ein großes Interesse daran, Kohlenstoffdioxid (CO2) anstelle von Alkanen als Treibmittel in der Schaumherstellung zu verwenden. Der Einsatz von CO2 als Treibmittel führt bei der Schaumextrusion jedoch häufig zu unerwünschten Effekten wie verstärkter Wellenbildung und geringerer Produktqualität. Ein Lösungsansatz besteht daher im Einsatz von Treibmittelgemischen aus CO2 und Co-Treibmitteln, um die prozesstechnischen Nachteile von CO2 zu kompensieren. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden unterschiedliche Treibmittelgemische aus CO2 und Co-Treibmitteln bei der Schaumextrusion von PP eingesetzt und bezüglich ihrer Wirkung auf die rheologischen Eigenschaften und die Schaumfolienherstellung untersucht. Basierend auf den experimentellen Untersuchungen werden ein Material- und ein Prozessmodell entwickelt, um die Nukleierung und das Zellwachstum im Fließkanal am Beispiel eines Ringspaltwerkzeuges abzubilden. Zur Validierung werden Schaumfolien aus PP mit Treibmittelgemischen hergestellt und gemessene Daten aus dem realen Prozess mit den berechneten Werten verglichen. Neben den makroskaligen Prozessgrößen wie Druck, Schergeschwindigkeit und Viskosität werden auch dimensionslose Kennzahlen auf der Mikroskala berechnet, die zu einer prozesspunktübergreifenden Beschreibung des Aufschäumvorganges herangezogen werden. Darauf basierend werden Einflüsse der unterschiedlichen Maschinen- und Anlagenparameter sowie der Treibmittelrezeptur auf die Aufschäumkinetik und den Schäumprozess analysiert.