Extrusion 5-2017

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Extrusion 5/2017
messer D D = 80 mm und verschiedenen Düsengeometrien
durchgeführt. Für die Treibmittelinjektion wird das oben ge-
nannte OptiFoam-System genutzt. Der Anlagenaufbau ist
in dargestellt. An den Extruder der Mittelschicht wird
ein OptiFoam-System zur Treibmittelinjektion angeschlos-
sen. Das Kernstück des Gasinjektionsmoduls ist ein Ring-
spalt, der von zwei porösen Sintermetalleinsätzen gebildet
wird und eine Permeabilität gegenüber dem Treibmittel auf-
weist. Für eine homogene Verteilung des Gases in der
Schmelze wird dem OptiFoam-Modul ein statischer Mischer
nachgeschaltet. Dieser ist flüssigtemperiert und ermöglicht
so, die Viskositätsverringerung aufgrund der Treibmittelbe-
ladung durch eine Temperatursenkung zu kompensieren.
Das homogene Schmelze/Treibmittel-Gemisch wird an-
schließend im Werkzeug ausgeformt. Der Schäumungspro-
zess startet unmittelbar nach dem Verlassen des Düsen-
spalts aufgrund des Druckabfalls auf Umgebungsdruck.
Da bei Folienprodukten Polyethylene niedriger Dichte (PE-
LD) den höchsten Anteil der verarbeiteten Mengen ausma-
chen, werden als Versuchsmaterialien PE-LD Blasfolientypen
und Schaumfolientypen verschiedener MFR zwischen 0,8
und 2,5 g/min verwendet [NN12]. Als kostengünstiges,
inertes und einfach zu handhabendes Treibmittel wird über-
kritisches CO2 verwendet, das bei der Schaumextrusion
häufig Anwendung findet und im Vergleich zu Stickstoff ei-
ne deutliche bessere Löslichkeit in PE-LD aufweist [CJ98].
Beeinflussung der Schaumstruktur
Die Zellstruktur des Schaums hängt von einer Vielzahl von
Einflussfaktoren ab. Dazu zählen die verwendeten Polymer-
rohstoffe, die Prozessführung, beigemischte Additive und
das Treibmittel.
Für das Erzielen einer guten Zellstruktur ist der Druckabfall
am Werkzeugaustritt maßgeblich mitbestimmend, da die
Nukleierungs- bzw. Keimbildungsrate mit der Höhe des
Druckabfalls am Werkzeugaustritt steigt [Kos96]. Der plötz-
liche Druckabfall führt zu einer Übersättigung des in der
Schmelze gelösten Gases [EHE08]. Das Treibmittel kann
nicht mehr in Lösung gehalten werden, so dass es zu einer
Phasentrennung zwischen dem Gas und der Polymer-
schmelze kommt [Sta06]. Durch die schnelle Änderung des
thermodynamischen Gleichgewichts der Polymer-Gas-Lö-
sung wird die Keimbildung initiiert. Ein großer Druckgra-
dient führt zu einer größeren Zelldichte und einer Abnahme
der Zellgröße [Hei02, LPT98, BPV98, PBS95].
Die Schaumstruktur lässt sich ebenfalls durch den Einsatz
von Nukleierungsmitteln beeinflussen. Dabei wird zwischen
aktiven (chemische Treibmittel) und passiven Nukleierungs-
mitteln (zum Beispiel Talkum, Siliziumoxid und Titaniumdi-
oxid) unterschieden [Sta06]. Durch die Zugabe von Nu-
kleierungsmitteln wird die notwendige Aktivierungsenergie
zur Keimbildung abgesenkt und somit die Zellbildung ge-
fördert [Sta06].
Neben der Höhe des Druckgefälles und der Zugabe von Nu-
kleierungsmitteln ist für das Erreichen einer feinen Zellstruk-
tur eine richtige Temperaturführung ausschlaggebend. Stei-
gende Temperaturen führen zu einer Reduzierung der Vis-
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