Extrusion 4-2024

Bild 5 , links, visualisiert die erzielte Wand- dickendifferenz Δ d unter Einsatz der 3- Schicht-Folie aus PS und PP in Abhäng- igkeit der Gewichtsreduktion des Halb- zeugs und der Vorstreckstempelgeome- trie. Es ist ersichtlich, dass beim kompakten Schichtaufbau unter Einsatz der 8°-Stem- pel die homogenste Wanddickenvertei- lung hergestellt werden kann ( Δ d = 0,14 mm, 8°R3-Stempel). Auch bei einer er- zielten Gewichtsreduktion von 25,58 % ( Δ d = 0,17 mm, 8°R9-Stempel) und 29,04 Prozent ( Δ d = 0,18 mm, 8°R9-Stempel) ist der Einsatz der 8°-Stempel vorteilhaft. Es zeigt sich demnach bezüglich der Homogenität der Wanddickenverteilung kein signifikanter Ein- fluss des Schäumgrades auf das Verstreckverhalten des Halb- zeugs. Es lässt sich jedoch festhalten, dass die Homogenität tendenziell mit dem Schäumgrad abnimmt. Bild 6 zeigt exemplarisch die Wanddickenverteilung unter Ein- satz der 3-Schicht-Folie aus PS in Abhängigkeit der Vorstreck- stempelgeometrie bei einer Gewichtsreduktion des Halbzeugs von 25,58 Prozent. Es ist ersichtlich, dass es zu einer Ausbildung von Schreckmarken unter Einsatz der 4°-Stempel kommt (MP 8 bzw. MP 9). Der 4°R9-Stempel bildet einen dünnen Becherbo- den aus, während das Material beim 4°R3-Stempel im Boden- bereich des Bechers verbleibt. Ursächlich ist, dass das Halbzeug über den großen Stempelradius abgleiten kann. Es ist zu be- denken, dass der 8°R9-Stempel zwar zu der homogensten Wanddickenverteilung führt, jedoch auch eine Dünnstelle an Messposition 9 mit d = 0,95 mm zur Folge hat. Im Vergleich zum Einfluss der Stempelgeometrie auf die Wand- dickenverteilung des PS-Bechers zeigt sich bei PP-Halbzeugen ( Bild 5 , rechts) ein verändertes Verstreckverhalten der Halbzeuge. Das kompakte 3-Schicht-Halbzeug kann unter Verwendung der 8°R9- Stempel ( Δ d = 0,14 mm) und 4°R9-Stempel ( Δ d = 0,15 mm) mit der höchsten Homogenität verstreckt werden. Wird der Schäum- grad erhöht (Gewichtsreduktion 16,77 Prozent), sind Stempel mit einer 4°-Schräge zielführend für eine homogene Wanddik- kenverteilung. Durch die höhere Oberfläche des Stempels kann mehr Material in tieferliegende Bereiche der Kavität verbracht werden. Unter Ein- satz der 8°-Stempel zeigt sich ein signifi- kanter Anstieg der Wanddicke an der Becherwand, was zu einer inhomogenen Wanddickenverteilung führt. Durch eine weitere Erhöhung der Gewichtsreduktion (27,2 Prozent) kann eine hohe Homogeni- tät des Formteils mit dem 4°R9-Stempel er- zielt werden. Insgesamt zeigt sich bei der 3-Schichtfolie eine gute Homogenität der Wanddickenverteilung unter Verwendung des 4°R9-Stempels. Einflusses des Schäumgrades und der Stempelgeometrie auf das Topload- Verhalten Ein weiteres Kriterium für die Bewertung der geformten Becher ist neben der Ho- mogenität der Wanddicke ihre mechani- 33 Extrusion 4/2024 sche Stabilität (Topload). Die Becher werden im Verlauf ihres Pro- duktlebenszyklus für den Transport zum Beispiel in Trays aus Pappe übereinandergestapelt. Sie müssen aus diesem Grund eine gewisse Stabilität aufweisen, damit das Gewicht der gesta- pelten Becher die untersten Becher nicht zerdrückt [CK11]. Bei der Topload Messung wird die mechanische Stabilität der ge- formten Becher mittels eines Druck- bzw. Stauchversuchs ge- prüft. Die Versuche werden mit einer Universalprüfmaschine vom Zyp Z010 der ZwickRoell GmbH & Co. KG, Ulm, und einem 10 kN Kraftsensor in Anlehnung an DIN 55440-1 durchgeführt [NN19]. Bei der Messung werden die Becherformteile zwischen zwei Druckplatten platziert und mit einer stetig wachsenden Kraft belastet, bis ein Kraftabfall von 10 Prozent des Maximal- wertes auftritt. In Bild 7 , links ist der erzielte Topload für die Becher aus PS in Ab- hängigkeit der Gewichtsreduktion des Halbzeugs und der Vor- streckstempelgeometrie dargestellt. Es ist ersichtlich, dass das kompakte Halbzeug erwartungsgemäß den höchsten Topload unter Einsatz des 4°R9-Stempels aufweist (81,9 N). Bei einer Ge- wichtsreduktion um 25,85 Prozent bzw. 29,04 Prozent fällt der maximale Topload auf 50 N (4°R9-Stempel) bzw. 62,2 N (4°R9- Stempel) ab, was einem Abfall von 38,9 Prozent bzw. 24,1 Pro- zent entspricht. Bei Betrachtung der Wanddickenverteilung unter Einsatz der 3- Schicht-Folie aus PS in Abhängigkeit der Vorstreckstempelgeo- metrie bei einer Gewichtsreduktion des Halbzeugs von 25,58 Prozent (vgl. Bild 6 ) wird deutlich, dass Formteile, welche mit Tabelle 2: Konstante Prozesseinstellungen bei der Weiterverarbeitung der Halbzeuge im Thermoformverfahren Bild 5: Erzielte Wanddickendifferenz Δ d unter Einsatz von 3-Schicht-Folie aus PS und PP in Abhängigkeit der Gewichtsreduktion des Halbzeugs und der Vorstreckstempelgeometrie Polystyrol (PS) Polypropylen (PP) Gewichtsreduktion [%] Gewichtsreduktion [%] Δ d = | d max – d min | [mm] Δ d = | d max – d min | [mm] 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 25,85 29,04 0 16,77 27,20 4° R3 4° R9 8° R3 8° R9 Konstante Parameter Einheit Wert Tempelverstreckweg [mm] 37,8 Verstreckgeschwindigkeit [mm/s] 275 Formdruck [bar] 5 Haltedauer des Formdrucks [s] 3 Stempeltemperatur [°C] 35 Verzögerung der Druckluftaktivierung [mm] Nach 100% des Stempelvorstreckwegs