Mucell-Schaumspritzgussanlage
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Bereich Kunststofftechnik der Hochschule Wismar zählt zu den forschungsintensivsten am Standort Wismar und ist regional sehr stark engagiert. Die meisten Forschungsprojekte werden in Kooperation mit Unternehmen aus der Region durchgeführt. Zu diesen Unternehmen zählen sowohl Rohstoffhersteller, Kunststoffverarbeiter als auch Anwender, insbesondere aus dem Bereich der Medizintechnik. Der Bereich Kunststofftechnik befasst sich mit der Produkt-, Verfahrens- und Materialentwicklung sowie der Materialprüfung. Im Rahmen dieser Arbeitsfelder kam das Großgerät zur Bearbeitung spezifischer Fragestellungen in der Produkt- und Materialentwicklung zum Einsatz. Das Gerät diente zur Herstellung von Schaumspritzgussteilen. Die Beladung von Kunststoffschmelzen erfolgt hierbei mit CO2 oder ggfls. N2 im überkritischen Zustand (erhöhter Druck) im Spritzzylinder. Die sich hier einstellende physikalische Lösung expandiert erst im Spritzgusswerkzeug, wobei ein verhältnismäßig geringer Schäumungsgrad erreicht wird. Die Schaumstruktur ist als Integralschaum zu bezeichnen (kompakte Wand und geschäumter Kern), wobei der Gasbeladungsgrad von 5 – 10 % (Volumenanteil der Gasporen am Spritzgussteil) die anzustrebenden Schäumgrade charakterisiert. Seit der Inbetriebnahme wurde die Mucell-Schaumspritzgussanlage insbesondere in den beiden nachfolgend beschriebenen Projekten der Hochschule Wismar eingesetzt: Im Verbundprojekt „Flowfieldstrukturen“ stand die Entwicklung von Zukunftstechnologien für die Produktion großflächiger dünnwandiger 3-D-Strukturen für Filtermodule mit hohen Planheitsanforderungen an die Membranfläche im Fokus der wissenschaftlichen Problematik. Die Problematik lag vor allem in der verzugsarmen Herstellung großflächiger ebener Bauteile. Ausgehend von systematisch erarbeiteten Erkenntnissen über virtuell erzeugte Strukturen wurden diese in praktische Funktionsmuster experimentell umgesetzt. Als Ergebnis des Vorhabens konnte u. a. prototypisch dargestellt werden, dass die Spritzgussfertigung solcher Flowfieldplatten unter Einsatz des physikalischen Mikroschaum-Spritzgießverfahrens zielführend ist. Durch den Mikroschaumspritzguss wurden sowohl die strukturmechanischen Eigenschaften der 3-D-Plattenstruktur als auch deren Formfüllverhalten positiv beeinflusst. Neben verminderten Verzugserscheinungen sorgt die Mikroblasenstruktur im inneren der Stege auch für eine beträchtliche Materialersparnis bei der Herstellung der neuen Module. Im Verbundprojekt „EvaNuZell“ wurden Mucell-geeignete Nukleierungsmittel (Additive) für technisch relevante Thermoplaste evaluiert, um einerseits eine feinporige, homogene Zellbildung im Mikroschaumspritzguss-Prozess zu erreichen und zum anderen die Schlierenbildung im Mucell-Prozess zu verringern. In Zusammenarbeit mit einem renommierten Industriepartner ist es gelungen Masterbatch-Rezepturen für zwei Basispolymere zu entwickeln die für den Mikroschaum-Spritzgussprozess besonders geeignet sind. Es konnte mit Hilfe der Computertomografie an technischen Bauteilen nachgewiesen werden, dass durch den Einsatz dieser Additive eine wesentlich homogenere Größenverteilung der Gasblasen und eine deutlich verminderte Schlierenbildung (an der Oberfläche der Spritzlinge) erreicht werden kann. Neben den beiden genannten Drittmittelprojekten wurde die Mucell-Schaumspritzgussanlage auch genutzt, um ergänzende bzw. Voruntersuchungen in anderen kleineren Projekten durchzuführen und wissenschaftliche Abschlussarbeiten für Studierende zu ermöglichen. Hierzu seien folgende Vorhaben auf dem Gebiet der Nanocompoundierung genannt. Zeitlich definierte Freisetzung von Antistatikwirkungen - „Slow Release“; Ersatz von HBCD durch Flammschutz-Synergisten - „Flame Retardent“; „Kratzfestausrüstung“ von transparenten Polymeren insbesondere PC Entwicklung hoch wärmeleitfähiger Thermoplaste; Entwicklung von Polymerblends mit erhöhtem Schockabsorbtionsvermögen für die Anwendungsbereiche Verpackung und Automotive - „High Cushioning“
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Optimierte Flowfieldstrukturen für Ultrafiltrationsanlagen mit hohem Durchsatz. Fachverband Fiber International Bremen (FIB) e. V.“ 04/2012
Daniel C. Martin, Harald Hansmann
- EvaNuZell – Evaluierung geeigneter Nukleierungsmittel für die Zellbildung im Mikroschaum-Spritzgussprozess. Forschungsbericht der Hochschule Wismar Jahresbericht 2013/2014
Harald Hansmann
- Flowfieldstrukturen – Entwicklung von Zukunftstechnologien (Werkzeug und Prozess) für die Produktion großflächiger dünnwandiger 3-D-Strukturen mit hohen Planheitsanforderungen. Forschungsbericht der Hochschule Wismar Jahresbericht 2013/2014
Uwe Hildebrand
