Aufbau eines verbesserten Material- und Prozessverständnisses für die Herstellung physikalisch geschäumter Mehrschichtblasfolien durch die Identifizierung von Wirkzusammenhängen zwischen der Materialstruktur und den Schaumeigenschaften

Abstract

Die Wirtschaftlichkeit industrieller Produktionsketten steht unmittelbar in Zusammenhang mit der Ressourcenschonung durch Erhöhung der Materialeffizienz innerhalb des Herstellungsprozesses. Diese Kausalität führt in direkter Konsequenz zu einer Verringerung der Produktionskosten sowie einer geringeren Umweltbelastung. Der Aspekt der Nachhaltigkeit steht auch in der Kunststoffindustrie im Vordergrund [Toe18], weshalb die Produktion dünner (Mehrschicht)-Folien in der Blasfolienextrusion seit längerem Entwicklungsgegenstand ist. Zur weiteren Reduktion des Gewichtes der Folien kann die Blasfolie noch zusätzlich geschäumt werden. Ziel des Forschungsvorhabens war, die Zusammenhänge zwischen dem molekularen Aufbau des Kunststoffes und des Prozesses mit der resultierenden Schaumstruktur näher zu untersuchen. Diese sind für die Prozessführung von entscheidender Bedeutung, da die Molekülstruktur bspw. die dehnrheologischen Eigenschaften der treibmittelbeladenen Schmelze stark beeinflusst und nur dadurch können kmU auf effiziente Weise geeignete Materialien für ihre Prozesse auswählen und die richtigen Prozesseinstellungen identifizieren. Dazu wurden systematisch unterschiedliche Materialien der Polyolefine ausgewählt und hinsichtlich ihres molekularen Aufbaus charakterisiert. Die Materialien zeigten innerhalb der Materialtype Unterschiede in Bezug auf Molekulargewicht, -verteilung, Verzweigungsgrad und Dehn- und Scherviskosität. Für das Erreichen einer guten Zellstruktur wird vielmals auf den Einsatz von Nukleierungsmitteln zurückgegriffen. Daher wurden für die Materialien zudem geeignete Nukleierungsmittel identifiziert und erprobt. Hierbei stellte sich ein talkumbasiertes Nukleierungsmittel als ideal heraus und erzielte die feinzelligste Schaumstruktur. Die Schaumstruktur ist dabei neben den Materialeigenschaften auch von der Prozessführung abhängig. Den größten Einfluss auf die Dichtereduktion sowie Schaummorphologie nehmen die Prozessparameter Schmelzetemperatur und Schichtdickenverhältnis zwischen Außen- und Mittelschicht. In einem weiteren Schritt wurde ein Vergleich zwischen konventionell hergestellten und geschäumten Dreischichtfolien vorgenommen, um die Rohstoffeinsparung und den wirtschaftlichen Vorteil geschäumter Folien zu ermitteln. Als Ergebnis ergab sich eine Gewichtseinsparung von zwei Dritteln bei einer massenunabhängigen Steigerung der Zugfestigkeit sowie fünffachhöherer Isolationsfähigkeit. Bei der Ermittlung der Wirkzusammenhänge zwischen molekularen Aufbau des Kunststoffes und der Schaummorphologie konnte eine Zusammenspiel der verschiedenen Materialcharakterisierungskennwerte festgestellt werden. Die Materialien PE-LD und PE-LLD zeichnete sich durch die längeren Verzweigungen und hoher hoher Dehnviskosität als ideal. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht. Datei-Upload durch TIB