Kostengünstige und energieeffiziente Fertigung von PUR-Formteilen durch trockene Entformung

Abstract

Polyurethan (PUR)-Systeme neigen zur Ausbildung starker adhäsiver Kräfte hin zu metallischen Werkzeugmaterialien. Als Alternative zu herkömmlichen Trennmitteln bietet die trennmittelfreie Entformung mit permanenten Werkzeugbeschichtungen eine vielversprechende Alternative und Grundlage für effizientere und emissionsarme Produktionsprozesse. Eine solche Beschichtung stellt die plasmapolymere ReleasePLAS®-Schicht des Fraunhofer Institutes für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) dar. Die prinzipielle Eignung dieser Beschichtung für experimentelle Polyurethanformulierungen konnte bereits in den IGF-Vorhaben 296 ZN sowie 437 ZN gezeigt werden. Als besonders kritisch in Bezug auf die Trennqualität zeigte sich der Einfluss der in den Formulierungen eingesetzten Vernetzungskatalysatoren. Des Weiteren bringt die Entformungstechnologie neue Anforderungen für die PUR-Verarbeitung, die Prozessführung und Werkzeugauslegung in der PUR-Verarbeitung mit sich. Die Untersuchungen am IKV und IFAM zielten auf die Übertragung einer permanenten Werkzeugbeschichtung in die industrielle Serienproduktion von PUR-Bauteilen ab. Ein zentraler Aspekt ist die Entwicklung eines zuverlässigen Klassifizierungsverfahrens für kompatible Materialsysteme. Letztlich ist die Demonstration der hohen Trennleistung der trennmittelfreien Entformung im industriellen Maßstab Grundlage zur ganzheitlichen Übertragung der Technologie in die Praxis. Im Rahmen des Forschungsprojektes konnte die Klasse der aminischen Katalysatoren als kompatibel in Bezug auf das Trennverhalten der Werkzeugbeschichtung eingestuft werden. Zinn-basierte Katalysatoren müssen jedoch zum jetzigen Entwicklungsstand noch kategorisch ausgeschlossen werden. Diese Klassifizierung ermöglicht die fundierte Auswahl kommerzieller PUR-Systeme für die Verarbeitung mit der permanenten Werkzeugbeschichtung. Am Beispiel solcher Systeme wurde die Langzeitstabilität der Trennschicht für bisher 1.200 Entformungen ohne Veränderung der Leistungscharakteristik nachgewiesen. Eine quantitative Analyse der Entformungskräfte erlaubte zudem die Identifikation optimaler Prozessfenster. Auf diese Weise wurde im Projekt das wirtschaftliche Entformungspotenzial der permanenten Werkzeugbeschichtung im Technikumsmaßstab nachgewiesen. Auf dieser Grundlage kann die Übertragung der Technologie in die industrielle Serienproduktion von PUR-Bauteilen erfolgen. Gemeinsam mit den Mitgliedern des pbA und weiteren Unternehmen der PUR-Branche (Systemhäuser, Werkzeugbauer, Verarbeiter) erfolgt die Erarbeitung und Validierung eines ganzheitlichen Konzeptes zum Einsatz der trennmittelfreien Entformung in die industrielle Praxis. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht. Datei-Upload durch TIB