Extrusion 4-2024

30 Thermoformen – Aus der Forschung Extrusion 4/2024 Nachhaltigkeit trifft auf Effizienz – Geschäumte Thermoformbecher im Blickpunkt Mit circa 40 Prozent der welt- weiten Kunststoffproduktion von 400 Mio. Tonnen hat der Verpackungsbereich eine große Bedeutung, wobei der Folienbereich und die Weiter- verarbeitung von Folien zu Verpackungsprodukten domi- nieren [NN12a, URL24a]. Ein Großteil der produzierten Folien wird für die Weiterver- arbeitung im Thermoformen verwendet, welches eines der wichtigsten Verfahren zur Herstellung von Verpackungs- produkten ist. Insbesondere vor dem Hintergrund der neuen Verpackungsverord- nung rücken die Aspekte Nachhaltigkeit und Recycling verstärkt in den Fokus der Verpackungs- mittelhersteller [Leo17, URL24c]. Neben den gesetzlichen Anforderungen ist es für die Unternehmen von großer Relevanz, die Produktionskosten stetig zu senken bzw. die Material- effizienz zu steigern und die Produktentwicklungszeiten zu verkürzen, um schnell auf neue Kundenwünsche und Kundenanforderungen reagieren zu können. So bietet der Einsatz von Schaumfolien beim Thermoformen Materialeffizienzpotenzial. Bild 1: Erzielte Rauheit für die PS- und das PP-Folien in Abhängigkeit der Gewichtsreduktion Polystyrol (PS) Polypropylen (PP) Gewichtsreduktion [%] Gewichtsreduktion [%] Rauhjeit R z [µm] Rauhjeit R z [µm] D urch den Einsatz verschiedener Schäumverfahren kann die Dichte des Folienhalbzeugs reduziert und somit Material ein- gespart werden. Bisher werden vornehmlich Leichtschaumfolien (bis zu 80 Prozent Reduktion des Raumgewichts) für Food-Trays eingesetzt. Problematisch ist die starke Abnahme der mechani- schen Eigenschaften bei zunehmendem Schäumgrad. Daher können solche Schäume nicht universell eingesetzt werden [AM83, TB99, Wir04]. Eine mögliche Lösung besteht darin, Schwerschäume einzusetzen, die nur gering geschäumt sind (bis zu 20 Prozent Reduktion des Raumgewichts). Diese weisen hohe spezifische mechanische Eigenschaften auf. Insbesondere die Oberfläche von Monoschaumfolien weist allerdings eine höhere Rauigkeit und einen geringeren Glanzgrad auf, was die Weiter- verarbeitung im Thermoformen erschwert und die Produktqua- lität mindert. Daher besteht großer Verbesserungsbedarf durch Anpassung der Verarbeitungsprozesse und Herstellung ver- schiedener Folienaufbauten. In einem Forschungsprojekt wurden daher Schwerschaumfolien im Extrusionsprozess hergestellt und mögliche Wirkzusammen- hänge zwischen den erzielten Dichten und den Folieneigen- schaften wie der Oberflächenrauigkeit, der Durchstoßfestigkeit und der Schaummorphologie untersucht. Weiterhin wurde un- tersucht, inwiefern die Prozessführung und das Stempeldesign beim Thermoformen beim Einsatz von Schaumfolie anzupassen sind, da sich mit steigendem Schäumgrad der Verstreckwieder- stand der Folie signifikant ändert. Ziel ist es, die Materialeffizienz von Thermoformprodukten durch eine Dichtereduktion des Fo- lienhalbzeugs zu erzielen. Herstellung und Charakterisierung von Schwerschaumfolien In der Industrie werden häufig Mehrschichtschaumfolien einge- setzt. Die Vorteile solcher Folien liegen in der besseren Haptik sowie Optik, die durch eine kompakte Außenschicht erzeugt werden. Daher wird im Folgenden die Herstellung und Weiter- verarbeitung einer 3-Schicht-Folie (Dicke 800 µm) mit dem Schichtaufbau ABA vorgesehen. Die verwendeten Folien der Avient Colorants Germany GmbH, Ahrensburg, weist zwei kom- pakte Außenschichten (A) (jeweils 20 Gew.-%) auf, während die innere B-Schicht (60 Gew.-%) geschäumt ist. Die Folien beste- 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 25,85 29,04 0 16,77 27,20