Extrusion 5-2017

kosität, so dass sich die Zeit für das Zell- wachstum bis zum Erreichen der Kristalli- sationstemperatur verlängert. Bei höhe- ren Temperaturen wird durch eine Ver- schlechterung der Schmelzelastizität ein Kollabieren der Blasen ebenfalls wahr- scheinlicher [Rau98]. Für das Erreichen einer feinzelligen Schaumstruktur mit hoher Blasendichte sind daher niedrige Schmelztemperaturen notwendig. Erzielte Ergebnisse In einer ersten Versuchsreihe wird ein blasfolientypisches PE-LD 2101 TN00W (SABIC Europe, Geleen) mit einem MFR von 0,85 g/10 min (190 °C, 2,16 kg) für die geschäumte Mittelschicht eingesetzt. Durch die hohe Viskosität des Materials liegt der resultierende Massestrom bei dem vorliegenden maximal zulässigen Druck der Versuchsanlage von 250 bar unter dem vom Extruder regelbaren Mi- nimalwert, sodass PE-LD Typen mit ei- nem MFR von deutlich unter 2 g/10 min an der Technikumsanlage nicht zum Schäumen nicht verwendet werden kön- nen. Im weiteren Vorgehen werden da- her für die Mittelschicht niedrigviskosere Materialtypen eingesetzt. Die nachfol- genden Ergebnisse dieses Beitrages be- ziehen sich auf eine Schaumtype PE-LD 2102 TX00 (SABIC Europe, Geelen) mit einem MFR von 1,9 g/10 min. Die Au- ßenschichten bestehen aus einem Blend aus 70 Prozent PE-LLD 6118NE (SABIC Europe, Geelen) und 30 Prozent PE-LD 2101 TN00W (SABIC Europe, Geelen). Die Temperaturführung erfolgt auf der Grundlage von Vorversuchen bei einer Temperatur von 160 °C für alle drei Ex- truder. Für eine genaue Differenzierung des Einflusses des Materialtyps wird im Laufe des Projektes ebenfalls eine Blasfo- lientype 2102N0W (SABIC Europe, Ge- elen) mit einem vergleichbaren MFR un- tersucht. Die Versuche sind noch ausste- hend. Die Ausbildung einer feinen Zellstruktur kann durch die Zugabe von Nukleie- rungsmitteln realisiert werden. Die Nu- kleierung erfolgt zum einen mit Talkum PBH FPE 50 T (A.Schulman Europe GmbH, Kerpen) und zum anderen mit dem chemischen Treibmittel Hydrocerol (Clariant Produkte (Deutschland) GmbH, Frankfurt a.M.). Beide Nukleierungsmit- tel werden der Mittelschicht in Form ei- nes Masterbatches hinzugefügt. Die Ver- suche werden an einer Düse mit einer Spaltweite von 0,7 mm und einer Bügel- zonenlänge von 4 mm bei einem kons- tanten Massedurchsatzverhältnis aller drei Extruder (3 kg : 4 kg : 3 kg) durch- geführt. Eine ausschließliche Nukleie- rung mit Talkum (3 Gew.-%) führt zu ei- ner groben Zellstruktur mit einer Zellgrö- ße größer als 1 mm ( ). Deutlich bessere Ergebnisse können erzielt wer- den, wenn die Nukleierung zusätzlich mit Hydrocerol erfolgt. Durch das Beimi- schen von 1 Gew.-% Hydrocerol wird die Zellgröße auf circa 300-400 µm reduziert ( ). Die bisher erzielten Foliendich- ten der geschäumten Mittelschicht lie- gen bei circa 260 kg/m 3 und die Dichte der gesamten Folie bei ca. 500 kg/m 3 . Für eine weitere Dichtereduktion der Ge- samtfolie muss das bisherige Masse- durchsatzverhältnis von (3 kg : 4 kg : 3 kg) hinsichtlich der Mittelschicht er- höht werden. Aufgrund des hohen Fließ- widerstandes bei einem Düsenspalt von 0,7 mm lässt sich dieses Verhältnis nur begrenzt erhöhen, da der maximal zuläs- sige Druck des OptiFoam-Systems von 250 bar bei größeren Massendurchsät- zen erreicht wird. Für die Ermittlung ei- ner geeigneteren Düsengeometrie müs- sen Versuche bei einem konstanten Druckniveau durchgeführt werden, da die Nukleierungsrate wie bereits be- schrieben mit der Höhe des Druckabfalls am Werkzeugaustritt steigt. Die verwendeten Düsen unterscheiden sich hinsichtlich der Düsenspalte (0,7 mm, 1 mm, 1,5 mm) und der Bügelzonenlän- ge (4 mm und 8 mm). Der beste Kom- promiss zwischen einer feinzelligen Schaumstruktur von 350 µm und einem großen Massedurchsatzverhältnis von bis zu (2 kg : 6 kg : 2 kg) ergibt sich für ei- nen 1 mm Düsenspalt mit einer Bügelzo- nenlänge von 4 mm bei einem CO 2 -ge- halt von 2,6 Gew.-%. Neben dem Einfluss von Nukleierungs- mitteln und Düsengeometrien wird der Einfluss des Abzugsverhältnisses auf die Zellstruktur untersucht. Ein vergrößertes Abzugsverhältnis und ein somit erhöhtes Verstrecken der Folie in Extrusionsrich- tung führt zu einer länglichen Ausrich- tung der Zellen ( ). Diese Ausrich- tung kann durch eine deutlich verringer- te Abzugsgeschwindigkeit minimiert werden ( ), wodurch sich jedoch die Gesamtfoliendicke von 124 µm auf 262 µm und die Dicke der Mittelschicht von 84 µm auf 172 µm erhöht. Fazit und Ausblick Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass ei- ne Übertragung des Schäumprozesses auf eine konventionelle Blasfolienextrusi- onsanlage realisierbar ist. Bestehende Blasfolienanlagen lassen sich durch die vorgestellte Technik kostengünstig und adaptiv zum Schäumen umrüsten. Die Schaumstruktur ist von verschiedenen Einflussfaktoren abhängig. Einen hohen Einfluss zeigen dabei aktive Treibmittel. So lässt sich die Zellgröße im Vergleich zu einer mit 3 Gew.% Talkum gefüllten Mit- telschicht mit einer zusätzlichen Zugabe von 1 Gew.-% Hydrocerol bereits um den Faktor 3 reduzieren. Chemische Treibmittel haben allerdings den Nach- teil, dass Reaktionsprodukte in der Folie verbleiben. Im weiteren Verlauf des Pro- jektes werden daher die Einflüsse weite- rer Nukleierungsmittel, sowie die Einflüs- se des Materialtyps, verschiedener Mate- rialkombinationen (Blendzusammenset- zung der Außenschichten) und weiterer Prozessparameter (Aufblasverhältnis) un- tersucht, um die bisher erzielte Schaum- struktur weiter zu verbessern. Bild 3: Einfluss der Abzugsgeschwindigkeit auf die Schaumstruktur ((a) v = 2 m/min, (b)v = 4 m/min) 32 Aus der Forschung – Blasfolien Extrusion 5/2017