Analyse und Optimierung der Bauteileigenschaften beim Thermoplast-Schaumspritzgießen

Nach dem derzeitigen Stand der Technik ist die Herstellung von thermoplastischen Schäumen mit den unterschiedlichsten Schaumstrukturen möglich. In der Regel besteht jedoch ein nur unzureichendes Wissen über die Zusammenhänge zwischen der Prozessführung, der resultierenden Bauteilstruktur und den Bauteileigenschaften. Vor diesem Hintergrund wurde mit dieser Arbeit das Ziel angestrebt, grundlegendes Prozesswissen zum Schaumspritzgießen mit physikalischen Treibmitteln zu generieren, um die Prozesskette von den Einstellparametern über die Bauteilstruktur bis zu ausgewählten mechanischen Bauteileigenschaften beschreiben zu können. Hierzu wurden zunächst umfangreiche Spritzgießversuche mit dem Schaumspritzgießen im Niederdruckverfahren durchgeführt. Zur Auswertung wurden die hergestellten geschäumten Bauteile makroskopisch und mikroskopisch analysiert. Dabei wurden charakteristische Kenngrößen der Schaumstrukturen wie die Dichte, die mittlere Zellgröße, deren Verteilung, die Zelldichte und die Zellverstreckung sowohl über den beiden längsten Ausdehnungen des Bauteils als auch über der Bauteildicke erfasst. Weiterhin wurden die jeweiligen Einflussgrößen, wie die Einstellparameter, die CO2-Konzentration und der Nokleierungsmittelanteil, mit den jeweiligen Zielgrößen (Kenngrößen) im Rahmen einer statistischen Auswertung korreliert. Um die Prozesskette beim Schaumspritzgießen von der Prozessführung bis zu den mechanischen Bauteileigenschaften zu beschreiben, wurden die Kenngrößen der Schaumstrukturen exemplarisch mit den Bauteileigenschaften unter Zugbelastung korreliert. Hierbei zeigte sich, dass die Probekörper trotz annähernd gleicher Dichten unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweisen, wobei die Werte bis zu 40 Prozent schwanken. Dies verdeutlicht das enorme Potenzial, die mechanischen Eigenschaften der geschäumten Bauteile durch eine gezielt eingestellte Schaumstruktur zu optimieren. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Analysen der Zusammenänge zwischen der Prozessführung, der Bauteilstruktur und den resultierenden Bauteileigenschaften thermoplastischer Schäume leisten damit insgesamt einen Beitrag zur Vertiefung des Prozessverständnisses beim Thermoplast-Schaumspritzgießen.