Extrusion 4-2024

hen aus einem Polypropylen (PP) des Typs Moplen EP240H für die Mittelschicht und einem Moplen HP640J für die Außen- schichten der Firma Lyondellbasell, Rotter- dam, Niederlande. Das Material für die Außenschicht ist ein Thermoformmaterial. Und das Material für die Mittelschicht eig- net sich aufgrund der Tatsache, dass es ein Copolymer ist, für das Schäumen. Neben der PP-Folie wird eine Folie aus einer Poly- styrolmischung (PS) aus den Typen Styrolu- tion 486N und Escrimo der INEOS Styrolution GmbH, Frankfurt am Main, un- tersucht. Die Materialauswahl wurde auf Basis der Schäumeignung und einer hohen Schmelzefestigkeit getroffen. Zum chemi- schen Schäumen der B-Schicht wird für das PP das Hydrocerol 591 und CF20E sowie für das PS das Hydro- cerol 583 der Firma Avient verwendet. Bei allen Schichtaufbau- ten erfolgt jeweils die Herstellung einer kompakten Folie sowie zwei unterschiedlicher Schaumfolien, die sich gemäß Tabelle 1 in ihrer Dichte unterscheiden. Verwendet wurde eine Flachfolien- extrusionsanlage der Collin Lab & Pilot Solutions GmbH, Mai- tenbeth. Das Aufschäumen der Folien verändert deren Eigenschaften, so- dass in einem weiteren Schritt die Folien hinsichtlich typischer Schaum- sowie Folieneigenschaften durch die Oberflächenrau- heit, der maximalen Durchstoßkraft sowie der Schaummorpho- logie analysiert werden. Dafür wird jeweils eine kompakte Folie mit zwei geschäumten Folien mit unterschiedlichen Auf- schäumgrad verglichen. Zur Charakterisierung des Aufschäum- grads wird das Flächengewicht der entsprechenden Folie bestimmt. Oberflächenrauheit Bei Verpackungsanwendungen ist die Haptik der Folien von Be- deutung. Durch die sich bildenden Schaumzellen verschlechtert sich meistens die Oberflächenstruktur, die mit zunehmenden Aufschäumgrad rauer wird. Durch die Einkapselung der Schaumschicht in kompakten Außenschichten (Schichtaufbau ABA) wird versucht, dies zu vermeiden. Die Oberflächenrauheit wird mit dem Gerät MarSurf M 310 der Firma Mahr GmbH, Esslingen, gemessen. Pro Prüfpunkt werden drei Messungen durchgeführt, von denen der Mittelwert des Rauheitsparameters Rz zur Auswer- tung herangezogen wird. In Bild 1 ist der Rauheitswert Rz der PS- und PP-Schaum- folien aufgetragen. Es ist ersichtlich, dass für beide Materialien die Rauheit durch das Aufschäumen zunimmt. Eine mögli- che Erklärung ist, dass der gebildete Schaum sich durch die kompakte Struk- tur durchdrückt und unebene Stellen auf der Folienoberfläche verursacht. Eine weitere wichtige Folieneigenschaft ist die mechanische Widerstandskraft bei punktueller Belastung der Folien. Um die diese in einem möglichst verarbeitungs- nahen Szenario zu bestimmen, werden 31 Extrusion 4/2024 die PP- und PS-Schaumfolien mittels Durchstoßversuch getestet. Die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften im biaxialen Be- lastungsfall erfolgt mit dem Fallturm CEAST 9350 der Firma In- stron, Nordwood USA, im Durchstoßversuch. Für jeden Versuchspunkt werden fünf Proben nach der Prüfnorm ISO 6603-2 mit einer 4,5 kN Kraftmesszelle, einer Schlagenergie von 78,4 N und einer Fallgeschwindigkeit von 4,4 m/s gemessen [NN23]. In Bild 2 sind die maximalen Durchstoßkräfte in Abhän- gigkeit des Aufschäumgrads aufgetragen. Bei der PP-Folie lässt sich eine nahezu lineare Abnahme der Durchstoßkraft erkennen. Die geschäumten PS-Folien zeigen im Hinblick auf die Durch- stoßfestigkeit ein anderes Bild. Hier setzt eine deutliche Redu- zierung der Durchstoßkraft mit Einbringung einer Schaumstruktur ein. Dabei verringert sich die maximale Durch- stoßkraft von 445 N auf 220 N. Schaummorphologie Durch Computertomographie (CT)-Aufnahmen (SkyScan 1172 system, der Firma Bruker mikroCT, Aartselaar) kann die Schaum- morphologie hinsichtlich des Schaumanteils und der mittleren Zellfläche charakterisiert werden. Besonders wichtig ist hierbei der Kennwert der Zellgröße, da dieser mit den mechanischen Eigenschaften korreliert. Kleine Zellen führen zu höheren me- chanischen Eigenschaften, während große Zellen die mechani- Tabelle 1: Hergestellte Kompakt- und ABA-Folien aus PS und PP mit unterschiedli- chen Gewichtsreduktionen durch eine geschäumte Mittelschicht Bild 2: Erzielte Durchstoßkraft für die PS- und das PP-Folien in Abhängigkeit der Gewichtsreduktion Polystyrol (PS) Polypropylen (PP) Gewichtsreduktion [%] Gewichtsreduktion [%] Maximale Durchstoßkraft [N] Maximale Durchstoßkraft [N] 600 500 400 300 200 100 0 600 500 400 300 200 100 0 0 25,85 29,04 0 16,77 27,20 PS-Halbzeug PP-Halbzeug PS Kompakt PS Schaum,1 PS Schaum,2 PP Kompakt PP Schaum,1 PP Schaum,2 A B A B A B A B A B A B 40% 60% 40% 60% 40% 60% 20% 60% 20% 60% 20% 60% 50 50 50 49,5 50 49,3 50 50 50 49,5 50 49,3 0 0 0 1 0 1,4 0 100 0 99 0 98 100 0 100 0 100 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 2 0 25,85 29,04 0 16,77 27,20 Schichtaufbau (ABA) Styrolution 486N [%] Escrimo [%] Hydrocerol 583 [%] Moplen EP240H [%] Moplen HP640J [%] Hydrocerol 591 [%] Hydrocerol CF20E [%] Gewichtsreduktion [%]