Schaumextrusionsanlage mit rheologischer Düse und Unterwassergranulierung
Final Report Abstract
Rheologische Eigenschaften und Verschiebungsprinzipien gasbeladener Polymerschmelzen in Scherung und Dehnung: Die Entwicklung polymerer Schäume erfordert ein grundlegendes Verständnis der Rheologie gasbeladener Polymerschmelzen in Scherung und Dehnung. In Scherung wurde für gasbeladene Polymerschmelzen die Gültigkeit von Verschiebungsprinzipien bzgl. Zeit, Temperatur, Druck und Treibmittelkonzentration experimentell bestätigt. Ziel dieses Vorhabens ist, die dehnrheologischen Eigenschaften gasbeladener Polymerschmelzen zu untersuchen, analoge Superpositionsprinzipien aufzustellen und sie mit den Ergebnissen in Scherung zu vergleichen. Mit Hilfe der Rotations- und Kapillarrheometrie sollen die zeitabhängige bzw. die stationäre Scherviskosität gasbeladener Polymerschmelzen sowie die entsprechenden Verschiebungsfaktoren ermittelt werden. Darüber hinaus wird durch Messung der Doppelbrechung und der Spannung mittels Kapillarrheometrie der Gültigkeitsbereich des spannungsoptischen Gesetzes bestimmt. Aus spannungsoptischen Messungen soll in deren Gültigkeitsbereich anschließend die Dehnviskosität mit Hilfe einer hyperbolischen Düse bestimmt und aus den Resultaten die Verschiebungsfaktoren in Dehnung ermittelt werden. Dieses Vorhaben unterstützt die Entwicklung von Polymerschäumen, indem die Übertragbarkeit der Resultate aus scher- auf dehnrheologische Messungen für gasbeladene Polymerschmelzen grundsätzlich untersucht wird. SFB 840 Teilprojekt B4 "Morphologiekontrolle teilkristalliner Polymere durch supramolekulare Polymeradditive" (DFG): Ziel des Projektes ist es, die Morphologie teilkristalliner Polymere durch das zielgerichtete Design neuartiger Additive zu steuern. Die Additive sollen beim Abkühlen supramolekulare Nanostrukturen ausbilden, die wiederum als Keim für die Polymerkristallisation dienen und so die makroskopischen Eigenschaften des Polymerfestkörpers bestimmen. Hierbei vereint das Teilprojekt synthetische Arbeiten, die Charakterisierung der makroskopischen Eigenschaften und die Analyse der komplexen, hierarchisch ablaufenden Selbstorganisations- und Nukleierungsprozesse mit der FK-NMR-Spektroskopie. FUN Graphen (BMBF): Der Institutsverbund FUNgraphen, gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), bildet ein Innovationszentrum für die Entwicklung von unkonventionellen Kohlenstoff- Nanomaterialien, völlig neuartigen großflächigen Kohlenstoff-Makromolekülen sowie innovativen Nanokompositen und Schichtsystemen. Schlüsselkomponenten sind großflächige ultradünne Kohlenstoffatomlagen („Graphene“) aus nur einer Kohlenstoffschicht mit einer Dicke von nur einem Zehntel Nanometer (ein Zehnmillionstel Millimeter !) als neuartige 2D-Kohlenstoff-Makromoleküle, die aus natürlichem Graphit gewonnen werden. Der FUNgraphen Verbund etabliert die nötige Wissenskette von Graphen-Herstellung mit Scale-up bis zur Verarbeitung, Materialcharakterisierung und Materialentwicklung, um das Potential der Graphene für die Werkstoffentwicklung und Oberflächentechnik zu erschließen. Schaumextrusion von modifiziertem Biokunststoff Polylactid (PLA): Schaumstoffe zeichnen sich aus durch sehr niedrige Dichte, sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit, hohe Schalldämpfung und geringe Werkzeugkosten. Die meisten geschäumten Formteile werden für relativ kurzlebige Transportverpackungen, z.B. von Elektronikgeräten sowie Isolationsanwendungen eingesetzt.Polylactid (PLA) ist ein biologisch abbaubarer und zugleich biobasierter Kunststoff, der zudem in wirtschaftlich bedeutenden Mengen aus kostengünstiger Milchsäure hergestellt wird. Um eine zusätzliche Entsorgungsoption für Verpackungen aus Schaumstoff zu bieten und / oder auch fossile Kohlenwasserstoffquellen zu schonen, ist es wünschenswert, auf Basis von diesem in großen Mengen erhältlichen PLA, Extrusionsschaum herzustellen. Aufgrund dessen geringer Schmelzesteifigkeit ist dies jedoch derzeit nicht möglich. Das hier projektierte Forschungsvorhaben will neue und kostengünstige Möglichkeiten der Modifikation von PLA erarbeiten, um dessen Schmelzesteifigkeit zu erhöhen und damit für das Extrusionsschäumen zu befähigen. Thermoplastisches Substratmaterial (BFS, AZ-858-09) - Forschungen an geschäumten Leiterplatten: • Weiterentwicklung sowohl des Substratherstellprozesses (Schaumextrusion) als auch des Substratmaterials (Schaummorphologie); • Entwicklung der kontinuierlichen Aufbringung der Kupferfolien (Kaschieranlage nach Schaumextrusionsprozess zur Herstellung von beidseitig kupferkaschiertem Substratmaterial im Inline-Prozess); • Entwicklung und Aufbau von Multilayern mit thermoplastischem Substratmaterialien; • Tests an Demonstratoren, Entwicklung der thermischen Umformbarkeit von thermoplastischen Substratmaterialien mittels neu aufgebauter Umformwerkzeuge; • Untersuchung von un- und kaschierten Substratmaterialien; • Ermittlung von Layoutvorschriften
Publications
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Effect of rheological properties on the foaming behaviour of PBT – Influence of supercritical CO2, pressure and flame retardant. Proceedings of the 29th Annual Meeting of the Polymer Processing Society (PPS29), 2013
Raps, D., Köppl, T., Heymann, L., Altstädt, V.
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In-line rheology of gas-loaded Polymer melts – The key for understanding the foaming process. Proceedings of the 29th Annual Meeting of the Polymer Processing Society (PPS29), 2013
Köppl, T., Raps, D., Altstädt, V.
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E-PBT - Bead foaming of Poly(butylene terephthalate) by underwater pelletizing J. Cell. Plast., 2014, vol. 50, p. 475-487
Köppl, T., Raps, D., Altstädt, V.
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Influence of graphene on the cell morphology and mechanical properties of extruded polystyrene foam. J. Cell. Plast., 2015
Okolieocha, C., Köppl, T., Kerling, S., Tolle, F. J., Fathi, A., Mülhaupt, R., Altstadt, V.
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Rheological behaviour of a high-melt-strength polypropylene at elevated pressure and gas-loading for foaming purposes. Rheol. Acta, Rheologica Acta February 2017, Volume 56, Issue 2, pp 95–111
Raps, D., Köppl, T., Heymann, L., Altstädt, V.
