Extrusion 4-2024

schen Eigenschaften tendenziell verschlechtern. In Bild 3 sind die mittlere Zellgröße sowie der Zellanteil (Fläche von Schaum- zellen bedeckt) für PP und PS über die verschiedenen Dichteein- sparungen dargestellt. Bei beiden Folien ergibt sich durch die Zugabe eines höheren Anteils an Treibmitteln ein Anstieg der Zellgröße. Die größten Zellen bzw. Zellfläche mit einem Mittelwert von circa 1 mm tre- ten bei der 3-Schichtfolie mit der geringsten Dichte (PP) auf. Durch einen höheren Anteil an Treibmittel entsteht einerseits ein größerer Gasdruck innerhalb der Schmelze, was zu größeren Zel- len führt. Andererseits wird durch einen höheren Treibmittelan- teil die Viskosität der Schmelze abgesenkt, wodurch ebenfalls die Schmelzefestigkeit sinkt und größere Zellen entstehen kön- nen. Bei Betrachtung des Zellanteils zeigt sich ein erwarteter Zu- sammenhang zur Gewichtsreduktion. Dies ist auf die Größe der Zellen zurückzuführen. Kleine Zellen weisen bei gleicher Fläche mehr Zellwände auf, was zu einer höheren Dichte führt. Aller- dings ist die Zellgröße der PS-Folie deutlich geringer als bei der PP-Folie. Für die Herstellung geschäumter Halbzeuge für das Thermoformen muss immer ein Kompromiss zwischen der Ge- wichtseinsparung und den mechanischen Eigenschaften der Folie eingegangen werden. In Hinblick auf die Rauheit, mecha- nische Eigenschaften sowie Schaummorphologie zeigt das PS- Material auch bei der höchsten Gewichtsreduktion die besten spezifischen Eigenschaften. Durchführung von Thermoform- versuchen zur Ermittlung des Einflusses des Schäumgrades und der Stempelgeometrie auf die Wand- dickenverteilung und das resultierende Topload-Verhalten Im Folgenden werden Becherformteile im Thermoformen ausgeformt, welche im An- schluss auf die Qualitätsmerkmale Wand- dickenverteilung und ihre Toploadbestän- digkeit untersucht werden. Ziel ist die Er- mittlung des Einflusses des Schäumgrades und der Vorstreckstempelgeometrie auf die Wanddickenverteilung. Es werden Vor- streckstempel aus Hytac-W, einem syntak- tischen Schaum der CMT Europe BV, Kaatsheuvel, Niederlande, verwendet. Das Material weist durch seine Struktur eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch der Wärmeentzug beim Kontakt mit dem Halbzeug begrenzt werden kann [Heg04, HKB16, URL24d]. Bild 4 zeigt die verwendeten Stempel- und Werkzeuggeometrien, welche nach der Konstruktionsrichtlinie nach Illig und Schwarz- mann [IS16] gestaltet wurden. Aus Kombination der Wand- schräge ( α ) sowie des Kantenradius (R) ergeben sich vier verschiedenen Stempelgeometrien (4°R3, 4°R9, 8°R3, 8°R9). Die Versuche werden auf einer Labor-Einstationenformanlage im Negativverfahren mit ausgelagerter Heizstation vom Typ KD 20/25 der Kiefel GmbH, Freilassing, unter konstanten Standard- einstellungen (vgl. Tabelle 2 ) durchgeführt. Pro Versuchspunkt werden fünf Formteile hergestellt. Einflusses des Schäumgrades und der Stempelgeometrie auf die Wanddickenverteilung Die Messung der Wanddickenverteilung erfolgt mit einem Di- ckenmessgerät des Typs Magna Mike 8600 der Olympus Europa SE & Co. KG, Hamburg, an 14 Messpunkten (vgl. Bild 4 , rechts). Im Übergangsbereich vom Boden des Bechers zu seiner Wand- schräge (Messpositionen 6 und 7) ist die Verstreckung im kon- ventionellen Thermoformen (reine Druckluftumformung) charakteristisch hoch und die Wanddicke damit gering. Die so entstehende Dünnstelle wird als kritischer Bereich des Bechers angesehen. Neben der Halbzeugqualität kann durch den Einsatz von Vorstreckstempeln die Wanddickenverteilung maßgeblich beeinflusst werden. Um die Qualität der geformten Becher beurteilen und quantifizieren zu können, wird die Homogenität der Wanddicken- verteilung als Kriterium herangezogen. Eine Methode zur Bestimmung der Ho- mogenität des Formteils ist die Betrach- tung der Wanddickendifferenz Δ d der dicksten (d max ) und dünnsten (d min ) Wanddicke des Bauteils [HB19]. Je kleiner die Wanddickendifferenz Δ d, desto ho- mogener ist das Bauteil. Die Homogeni- tät wird durch Gleichung 1 beschrieben: Δ d= | d max – d min | (Gl. 1) 32 Thermoformen – Aus der Forschung Extrusion 4/2024 Bild 3: Erzielte Schaummorphologie für die PS- und PP-Folien in Abhängigkeit der Gewichtsreduktion Bild 4: Verwendete Werkzeug- und Stempelgeometrien und Messpunkte zur Bestimmung der Wanddickenverteilung Polystyrol (PS) Polypropylen (PP) Gewichtsreduktion [%] Gewichtsreduktion [%] Schaumanteil [%] Mittlere Zellfläche mm Mittlere Zellfläche mm Schaumanteil [%] 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Werkzeuggeometrie Stempelgeometrie Messpunkte am Formteil 14 13 12 11 10 9 8 7 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 25,85 29,04 16,77 27,20 ∅ 60 mm 4° R Wand Boden Messpunkte (MP) Übergang vom Boden zur Wand ∝ 40 mm 80 mm 20 mm ∅ 58.69 mm 1 2 3 4 5 6