Session 2 des 33. IKV-Kolloquiums fokussiert Thermoplastschaumspritzgießen als nachhaltiges Herstellverfahren für Anwendungen im Automobilbereich
Das IKV erforscht die Substitution von nicht rezyklierbaren Materialverbunden in Soft-Touch-Anwendungen durch den Einsatz geschäumter thermoplastischer Elastomere (TPE) im Automobilbereich und widmet dem Thema eine eigene Session beim 33. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik.
Das Sonderverfahren des Thermoplast-Schaumspritzgießens (TSG) hat großes Potenzial, Materialeinsatz und Energiebedarf für Spritzgießbauteile deutlich zu reduzieren. Am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen wird erforscht, wie sich nicht rezyklierbare Materialverbunde in Soft-Touch-Anwendungen durch den Einsatz geschäumter thermoplastischer Elastomere (TPE) substituieren lassen, um in Zukunft geltende Recyclingvorgaben der End-of-Life Vehicle Regulation (ELV) zu erfüllen.
Konventionelle mehrkomponentige Soft-Touch-Bauteile bestehen oftmals aus einem thermoplastischen Träger, einem Polyurethan-(PUR)-Schaum und einer Dekorschicht, die beispielsweise aus einer Polyvinylchlorid-(PVC)-Folie oder Nappaleder bestehen kann. In dem Fall ist weder ein gemeinsames mechanisches Recycling noch eine stoffliche Trennung der verschiedenen Materialklassen möglich.
Im Projekt „Foam2Cycle“, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wird, untersucht das IKV die Herstellung von Soft-Touch-Lösungen mit TPE-Schäumen, die im TSG-Verfahren hergestellt werden (Abbildung 1). In einem Zwei-Komponenten-Spritzgießprozess werden Soft-Touch-Bauteile hergestellt, die sich durch folgende Vorteile auszeichnen:
© IKV- Herstellung in einem einzigen abgeschlossenen Prozess
- Gemeinsames mechanisches Recycling der thermoplastischen Komponenten
- Erzeugung hochwertiger Oberflächen im Spritzgießprozess
- Kostengünstige Fertigung im Vergleich zu konventionellen Soft-Touch-Verbunden
Ergebnisse aus dem Projekt sind auf dem 33. Internationale Kolloquium Kunststofftechnik in Aachen Thema in Session 2 Kreislauffähige Produkte durch Schaumspritzgießen.
Eine Frage des Timings beim Negativprägen
Bei der Herstellung des Soft-Touch-Bauteils erfolgt das Aufschäumen der TPE-Komponente durch einen negativen Prägehub. Dazu wird das Spritzgießwerkzeug nach der vollvolumetrischen Füllung teilweise geöffnet, sodass die kontrollierte Öffnung des Werkzeugs die Expansion des Schaums ermöglicht. Das Einrichten dieses Negativprägehubs ist nicht trivial. Faktoren wie Verzögerungszeit, Werkzeugwandtemperatur, Öffnungsweg und Öffnungsgeschwindigkeit haben einen maßgeblichen Einfluss auf die resultierende Schaumstruktur und die erreichbaren Schäumgrade des TPEs. Bei ungünstiger Prozessführung kann es zu Defekten wie einem aufgerissenen Schaumkern oder einem zu geringen Schäumgrad kommen (Abbildung 2). Am IKV wurden die Wechselwirkungen dieser Parameter identifiziert und Fenster der Parameter definiert, mit denen sich eine homogene Schaummorphologie bei gleichzeitig hohen Schäumgraden herstellen lässt.
© IKVCharakterisierungsmethoden für die Haptik von TPE-Schäumen
Die Qualität von TPE-Schäumen ist nicht nur von den genannten Einstellparametern, sondern ebenfalls von Materialschwankungen und den Umgebungsbedingungen abhängig. Daher ist eine Qualitätsprüfung entscheidend, um während der Produktion eine gleichbleibende Bauteilqualität zu gewährleisten. Aufgrund der kurzen Zykluszeiten des Spritzgießprozesses ist die mögliche Prüfzeit für eine Kontrolle im Prozess jedoch sehr kurz. Aus diesem Grund wird das Materialverhalten von TPE-Schäumen untersucht, um die Bedeutung bestimmter Qualitätsmerkmale zu verstehen. Auf Basis dieser Untersuchungen wird ein optimiertes Prüfverfahren für Eindrückprüfungen entwickelt, um innerhalb der begrenzten Zeit eines Produktionszyklus relevante Informationen über die Schaumqualität zu erhalten. Das Prüfverfahren soll in einer realen Anwendung evaluiert werden, um die Bedeutung der einzelnen Parameter in einer Produktionsumgebung zu validieren.
Kreislaufwirtschaft technischer Kunststoffe beim 33. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik
Mit dem Thema Kreislaufwirtschaft und Rezyklateinsatz befassen sich beim Kolloquium mehrere Sessions:
- Session 1: Additivierung, De-Inking, Coating – Bausteine zur Steigerung des Rezyklateinsatzes
- Session 2: Kreislauffähige Produkte durch Schaumspritzgießen
- Session 6: Werkstoffliches Recycling von CFK: Vitrimere als Wegbereiter
- Session 7: Analyse und Verbesserung der Qualität von Polyolefin-Rezyklaten
- Session 12: Verarbeitungs- und Recyclingtechnologien für Polyurethane und
- Session 14: Verarbeitung von Rezyklaten in der Folienextrusion
Bei „IKV 360° – Forschung live“ machen die wissenschaftlichen Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen das Thema an verschiedenen Stationen im IKV-Technikum erlebbar.