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Treibmittel, eine Einführung

 1.      Definition

Treibmittel sind chemische Stoffe, die bei Erreichung der Zersetzungstemperatur (thermisch oder mechanisch) Gase freisetzen, die in der Kunststoffschmelze      verteilt (dispergiert) werden

2.      Funktion der Treibmittel

Unerläßlich für den Einsatz von Treibmitteln ist ein geeignetes Prozeßequipment für die Einarbeitung des Treibmittels in dem eingesetzten Thermoplast. Das Treibgas wird mittels der Extruderschnecke der Aufschmelzeinheit in den Thermoplast eingearbeitet. Die Intensität dieser physikalischen Einarbeitung hängt unter anderem ab von der Umfangsgeschwindigkeit der Schnecke, der Schneckenlänge, der freigesetzten Gasmenge des Treibmittels, des thermischen Zersetzungpunktes des Treibmittels, der Löslichkeit des Treibmittels in der Kunststoffschmelze und andere Parametern.

Dies beinhaltet auch die Einspritzgeschwindigkeit, Staudruck, Nachdruck usw.

Die Oberflächenqualität des fertigen Kunststoffteiles und die erzielbare Dichtereduzierung sind abhängig von der Gasverträglichkeit der Kunststoffschmelze.

Sobald die Kunststoffschmelze in die Form eingespritzt wurde, wird das Treibgas freigesetzt und bildet die Schaumstruktur die durch das Einfrieren der Kunststoffschmelze stabilisiert wird.

Im Laufe der Zeit wird das Treibgas mit der Umgebungsluft ausgetauscht.

3.      Warum werden Treibmittel eingesetzt?

• Zur Erzielung optischer Effekte (Holzstruktur)

• Dichtereduzierung (Gewicht- und Kostenreduzierung)

• Reduzierung der Schwindung und Verwindung

• Einfallstellenreduzierung

• Verbesserung der Fliesseigenschaften zur Erreichung kürzerer Formfüllzeiten

• Bessere mechanische Verarbeitung der Fertigteile, z.B. durch Bohren, Nageln usw.

• Erhöhung der Steifigkeit langer Teile

• Erzielung von Isolationseigenschaften

4.      Prozesse

a)     Schaumspritzguß SFM (Structural Foam Moulding)

• Klassischer Prozess, Einfallstellenbeseitigung, erzielt maximale
             Gewichtsreduzierung, Verbesserung der Steifigkeit, Reduzierung der Schrumpfung
             und Verwindung. Kennzeichen geschäumter Teile  ist die Blasenstruktur an der
             Oberfläche der Teile.

• Dichtereduzierung bis 35% möglich. In der Praxis werden die meisten Teile lackiert.

b)     Gas-Gegendruckverfahren

• Ziel der Gewichtsreduzierung bei gleichzeitiger verbesserter Oberflächenqualität. Die Teile haben glatte Oberflächen und müssen nicht nachbehandelt werden

c)      Co-Injektion

• Treibmittel wird im Kern eingesetzt. Zur Erzielung höherer Steifigkeit,
             Vermeidung von Einfallstellen und  Verbesserung der Flieseigenschaften
              während der Verarbeitung.

• Gewichtsreduzierungen zwischen 15 und 25% können  erreicht werden

d)     Kompakter Spritzguss

• Treibmittel werden zur Reduzierung von Einfallstellen benutzt.

e)     Niederdruckverfahren kombiniert mit Direktbegasung Prozess

• Hauptsächlich in den USA genutztes Verfahren. Vorteil ist die Herstellung
              übergroßer Teile bei reduziertem Gewicht und erhöhter Steifigkeit.

• In Verbindung mit dem physikalischen Treibgas wie z.B. Stickstoff, das Treibmittel
              wirkt als aktive Nukleierung zur Erzielung eines feinen Schaums.

• Einsatz für Paletten, große Kisten etc.

 5. Arten der Treibmittel

a) Exotherme Treibmittel

Chemische Stoffe die sich bei Erreichung der „Zesetzungstemperatur“

unter Energiefreigabe zersetzen.  Häufig  Azodicarbonamide oder Derivate des Hydrazines.

• Gasausbeute ca. 220 ml/g für Azodicarbonamide

• Geringe Dosierung

• Gleichmäßige Gasverteilung

• Nicht korrosiv

• Treibmittel Masterbatche verfügbar in unterschiedlichen
          Konzentrationen und Trägern.

• Keine Tendenz zum Ausblühen

• Nicht einsetzbar für Lebensmittelverpackungen

 b) Endotherme Treibmittel

Chemische Stoffe, die sich bei Erreichung der „Zersetzungstemperatur“unter Aufrechterhaltung der Energiezufuhr zersetzen.

• Niedrigere Gasausbeute 100 – 130 ml/g

• Höhere Dosiermenge gegenüber exothermen Treibmitteln

• Kann erhöhten Chromgehalt des Werkzeuges erfordern bei hohem Citratanteil

• Ausblühen bei gewissen Typen möglich.

• Kontrollierter Aufschäumprozess

• Sehr feine Zellstruktur

• Kürzere Zykluszeit

• Für Lebensmittelverpackungen zugelassen

6. Dosierung von Treibmitteln

a)     Einfallstellenbeseitigung:

• Treibmittelbatche mit niedrigen Konzentrationen werden empfohlen,
          wie PLASTRONFOAM B 20; C 7,5; C 20; D 20.
           Bei Schussgewichten > 220 g können auch Konzentrationen bis 40%
          eingesetzt werden.

• Treibmittelbatche mit niedrigeren Konzentrationen ergeben eine bessere Gasverteilung in der Kunststoffschmelze und sollten bevorzugt werden.

• Einsatzmengen 0,5% - 2,5 %

b)     SFM, Gas-Gegendruckverfahren und Co-Injection:

• 1% - 3%; abhängig von der Treibmittelkonzentration und der
              Verträglichkeit zum Träger.

• PLASTRONFOAM B 40 or B 70, C 40 or C 70, D 40 or D 70

• In einigen Fällen bevorzugen Kunden pulverförmige Treibmittel.
              Bitte kontrollieren Sie die Pulverprodukte wie
              BSH oder COMPOUND

7. Einbringung des Treibmittels

Unterschiedliche Methoden sind möglich:

• Vormischung mit dem zu verarbeitenden Polymer.

• Volumetrische oder besser gravimetrische Dosierung

• Vortrocknung von Treibmitteln sollte vermieden werden.