Steigerung der Materialeffizienz im Thermoformen durch den Einsatz von Schaumfolie-Prozessanalyse und Untersuchung der mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit der Dichtereduktion

Abstract

Eine Möglichkeit der Materialeinsparung im Thermoformen ist der Einsatz von geschäumten Halbzeugen. Der Einsatz von Schwerschaumfolien, die nur leicht geschäumt werden und vergleichsweise hohe mechanische Eigenschaften aufweisen können, ist bisher kaum untersucht. Herausforderungen stellen die Herstellung des Schwerschaums und die anschließende Verarbeitung im Tiefziehprozess dar, da sich z.B. das Aufheizverhalten und die möglichen Verstreckungsgrade der Folien deutlich verändern. In diesem Forschungsvorhaben wurden daher verschiedene Schaumfolien aus Polystyrol und Polypropylen mit unterschiedlichen Schichtsystemen und Dichtereduktionen hergestellt. Anschließend wurden die Folien unter verschiedenen Prozessbedingungen und mit unterschiedlichen Stempelgeometrien thermogeformt. An den hergestellten Becherformteilen erfolgte eine Messung der Wanddickenverteilung, der Topload-Stabilität sowie der Sauerstoffbarriere. Bei den hergestellten Schaumfolien zeigten sich innerhalb der beiden Materialklassen große Unterschiede hinsichtlich der Oberflächen-, Mechanik- und Schäumeigenschaften. Die Eigen-schaften können durch Variation des Schichtaufbaus und des Aufschäumgrades bzw. der Dichteeinsparung eingestellt werden, um eine Modifikation der Halbzeuge für die Weiterverarbeitung im Thermoformprozess zu ermöglichen. Bei der Weiterverarbeitung im Thermoformprozess zeigt sich in der Regel mit zunehmender Gewichtsreduktion eine Veränderung der Wanddickenverteilung. Durch Variation der Stempelgeometrie konnte die Wanddickenverteilung mit dem Ziel einer homogenen Wanddickenverteilung an den Aufschäumgrad angepasst werden. Nachfolgende Topload- und Sauerstoffbarrieremessungen zeigen erwartungsgemäß eine absolute Abnahme der gemessenen Eigenschaften, zeigen jedoch gewichtsspezifisch das Potenzial geschäumter Kunststoffhalbzeuge für die Weiterverarbeitung im Thermoformen. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.