Das Thermoplast-Schaumspritzgiessverfahren weist ein hohes Leichtbaupotential auf ohne dass die Bauteile an Steifigkeit verlieren. Speziell für automobile Leichtbauanwendungen ist der Prozess interessant und wird daher am IWK untersucht.
Integralschäume sind Schaumstoffe mit einer kompakten Aussenhaut und einem porösen Kern, wobei die Kerndichte in Richtung der Bauteilmitte kontinuierlich abnimmt. Auch die Kombination mit Organoblechen oder dem Mehrkomponentenspritzgiessen kann für Leichtbauanwendungen sehr attraktiv sein.
Forschung zu spritzgegossenen Integralschäumen
Das IWK untersucht die Theorie zum Thermoplast-Schaumspritzgiessen und deren Potential. Anhand von Versuchen wird ermittelt, welche maximalen Gewichtsreduktionen mit verschiedenen chemischen und physikalischen Treibmitteln möglich sind. Hierbei wird jeweils der Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften untersucht.
Für die Herstellung der Leichtbauteile durch Spritzgiessen kommen sowohl das 1K- wie auch das 2K-Verfahren in Frage. Zur Erzielung einer möglichst hohen Steifigkeit und Festigkeit kann für die kompakte Aussenhaut ein hochfaserverstärktes Material verwendet werden. Im möglichst schubsteifen, porösen Kern sollte ein möglichst hoher Schäumgrad erzielt werden. In den Versuchen wird daher zusätzlich ein geschäumter Kern aus Polyamid mit Deckschichten aus hochfaserverstärktem Polyamid kombiniert.
Ergebnisse
Die Polyamide lassen sich sowohl chemisch als auch physikalisch gut schäumen. Die Abbildung zeigt zwei typische Schaumstrukturen mit kompakten Deckschichten und geschäumten Kernen. Bei der oberen Struktur wurde 6% Treibmittel beigegeben und eine Gewichtsreduktion von ca. 30% erreicht, bei der unteren erzielten 3% Treibmittel 8% Gewichtsreduktion.
Durch die Kombination eines geschäumten Kerns aus unverstärktem und Deckschichten aus hochfaserverstärktem Polyamid konnten trotz Gewichtsreduktion von 20% eine gleiche Steifigkeit erreicht werden. Speziell beim physikalischen Schäumen konnte sogar eine Erhöhung der Biegemodule um ca. 25% festgestellt werden.
Die Ergebnisse zeigen, dass spritzgegossene Integralschäume folgende Vorteile bieten können:
- Durch ihren sandwichähnlichen Aufbau haben sie ein sehr hohes Leichtbaupotential bei sehr biegesteifen Bauteileigenschaften
- Mit hochfaserverstärkten Polyamide konnten trotz Gewichtsreduktion von 20% eine gleiche Steifigkeit erreicht werden
- Die Polamyide können eine Alternative zu hinterspritzen Organoblechen sein
- Dank dem porösen Kern kann Material eingespart werden
- Während des Spritzgiessprozesses können die Zykluszeiten und die Schliesskräfte reduziert werden
Präsentation am 13. Rapperswiler Kunststoff-Forum
Am 13. Rapperswiler Kunststoff-Forum können Sie diese Anwendung bei den Laborpräsentationen live auf einer Spritzgiessmaschine erleben und in einem Kurzvortrag mehr Details erfahren.
