Extrusion 4-2024

dem 4°R9-Stempel hergestellt wurden (hoher Topload), einen dicken Wandbereich aufweisen. Insbesondere wirkt sich die Schreckmarke am MP 9 positiv auf den Topload aus. Formteile mit geringstem Topload innerhalb der Versuchsreihe (4°R9-Stem- pel) weisen einen dicken Bodenbereich auf, welcher keinen si- gnifikant positiven Einfluss auf den Topload aufweist. Bild 7 , rechts zeigt den erzielten Topload unter Einsatz der 3- Schicht-Folie aus PP in Abhängigkeit der Gewichtsreduktion des Halbzeugs und der Vorstreckstempelgeometrie. Es ist ersichtlich, dass es durch eine Erhöhung der Gewichtsreduktion von 0 Pro- zent auf 16,77 Prozent zu einer Erhöhung des maximalen Top- load von 27,35 N (8°R9-Stempel) auf 47,9 N (4°R9-Stempel). Bei weiterer Erhöhung der Gewichtsreduktion auf 27,2 Prozent fällt der maximale Topload wiederum auf 25,47 N (4°R3-Stempel) ab. Die Erhöhung des Topload bei mittlerer Gewichtsreduktion lässt sich an dieser Stelle nicht abschließend klären. Möglicher- weise sind die Ergebnisse auf Messfehler in der Topload-Mes- sung zurückzuführen. Hinsichtlich einer industriellen Umsetzung kann festgehalten werden, dass eine Erhöhung des Schäum- grades materialabhängig unter Anpassung der Wanddickenver- teilung zu einem spezifisch hohen Topload- Verhalten führen kann. Fazit und Ausblick Der Kern der Untersuchungen bezüglich der Herstellung von Schwerschaumfolien (PP und PS) im Extrusionsprozess ist die sys- tematische Ermittlung der Wirkzusammen- hänge zwischen den erzielten Dichtereduktionen mit den Folieneigen- schaften wie der Oberflächenrauigkeit, der Durchstoßfestigkeit und der Schaummor- phologie. Generell gibt es große Unter- schiede in Bezug auf die Oberflächen- und Schaumeigenschaften sowie die mechani- schen Eigenschaften innerhalb der beiden Materialklassen. Es ist zu beachten, dass das Aufschäumen die Oberflächenqualität ne- gativ beeinflusst. Insbesondere führen hö- here Schäumgrade zu einer höheren Oberflächenrauheit. Bei beiden Materialien führt eine Erhöhung des Schäumgrades zu einer Reduktion der Durchstoßfestigkeit, was auf die Substitution von kompaktem Kunststoff durch Schaumzellen zurückzuführen ist. Bei der PP-Folie nimmt die Dichte linear ab, während bei der PS-Folie ein konstanter, hoher Abfall festzustellen ist. Hinsichtlich der Schaumstruktur kann keine eindeutige Korrelation zwischen der erzielten Schaum- morphologie und dem Aufschäumgrad festgestellt werden. Weiterhin wurde untersucht, inwiefern die Prozessführung und das Stempeldesign beim Thermoformen beim Einsatz von Schaumfolie anzupassen sind, da sich mit steigendem Schäum- grad der Verstreckwiederstand der Folie signifikant ändert. Es lässt sich festhalten, dass die Homogenität der Formteile unter Einsatz geschäumter Halbzeuge ohne Anpassung der Stempel- geometrie tendenziell abnimmt. Durch Anpassung der Stem- pelgeometrie zu einer geringeren Stempeloberfläche kann die Homogenität der Formteile jedoch auf ein ähnliches Niveau wie beim kompakten Halbzeug eingestellt werden, indem weniger Material in tiefere Kavitätsbereiche verbracht wird. Unter Betrachtung der Wanddickenverteilung wurde festgestellt, dass sich analog zu Bechern aus kompak- ten Halbzeugen insbesondere eine erhöhte Wanddicke im Übergangsbereich zwischen Becherboden und Wand positiv auf die Topload-Beständigkeit der Formteile aus- wirkt. Die Topload-Untersuchungen bele- gen, dass es bei allen Schäumgraden erwartungsgemäß zu einer absoluten Ab- nahme der gemessenen Eigenschaften kommt. Weiterhin wird jedoch gewichts- spezifisch das Potenzial geschäumter Kunststoffhalbzeuge zur Weiterverarbei- tung im Thermoformen aufgezeigt. Bei- spielsweise weist die kompakte 3-Schicht-Folie aus PS einen maximalen Topload von 81,9 N bei einer Dichte von 1,04 g/cm 3 auf. Hingegen erreicht die ge- schäumte 3-Schicht-Folie aus PS einen maximalen Topload von 62,2 N bei einer Dichte von 0,68 g/cm 3 . Bei Vergleich des Bild 6: Wanddickenverteilung unter Einsatz der 3-Schicht-Folie aus PS in Abhängigkeit der Vorstreckstempelgeometrie bei einer Gewichtsreduktion des Halbzeugs von 25,58 Prozent Bild 7: Erzielter Topload unter Einsatz der 3-Schicht-Folie aus PS und PP in Abhängigkeit der Gewichtsreduktion des Halbzeugs und der Vorstreckstempel- geometrie Wanddicke [mm] Messposition [-] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 PS 4° R3 3-Schicht 25,58% PS 4° R9 3-Schicht 25,58% PS 8° R3 3-Schicht 25,58% PS 8° R9 3-Schicht 25,58% Polystyrol (PS) Polypropylen (PP) Gewichtsreduktion [%] Gewichtsreduktion [%] Topload [N] Topload [N] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 25,85 29,04 0 16,77 27,20 4° R3 4° R9 8° R3 8° R9 34 Thermoformen – Aus der Forschung Extrusion 4/2024