Reaktive Kunststoffaufbereitungs- und Formgebungsprozesse mit Hilfe verbesserter Spritzgießcompounder

Maßgeschneiderte Werkstofflösungen mit besonderen Eigenschaftskombinationen werden zunehmend durch Funktionalisieren, Blenden und Legieren herkömmlicher Grundpolymere kreiert. Dabei ist es erstrebenswert, die Teilschritte der Kunststoffmodifikation und Werkstoffpräparation sowie der Formgebung zu Einstufenverfahren zu verknüpfen.

Der sogenannte Spritzgießcompounder (IMC) stellt dafür ein geeignetes Aggregat dar. Eine wesentliche Verbreiterung des IMC-Einsatzgebiets steht zu erwarten, wenn es gelingt, mit diesem Verbundsystem auch reaktive Compoundierprozesse sicher zu beherrschen und reproduzierbar zu gestalten. Ferner gilt es, schwache Stellen am aktuellen Anlagenkonzept systematisch zu eliminieren. Schließlich sollen die an einer Pilotanlage erarbeiteten Ergebnisse auf eine großvolumige Produktionsanlage übertragen und hinsichtlich der Nachhaltigkeit beurteilt werden.

Ziel
Das Ziel des Projekts Kunststoffaufbereitung ist die Entwicklung und Verifikation zweier reaktiver Compoundierprozesse.Damit sollen thermoplastische Vulkanisate und mehrphasige Polymerlegierungen mit hoher Temperaturformbeständigkeit entwickelt werden. Ihre Formgebung als qualitätsüberwachtes Einstufenverfahren mit Demonstrationscharakter wird angestrebt. Dafür ist die Entwicklung eines Real-Time-Qualitätsüberwachungssystems unter Einbeziehung rheometrischer Sensoren sowie zusätzlicher Informationen aus der IMC-Anlage und aus Peripheriegeräten erforderlich.

Technologie
Konzipiert und verifiziert werden sollen thermoplastische Vulkanisate. Die dynamische Vernetzung der synthetischen Kautschukphase soll mittels organischer Peroxide oder über Organosilane erfolgen. Solchermaßen aufbereitete Zweiphasenwerkstoffe werden in Form eines qualitätsüberwachten Einstufenprozesses durch den IMC zu technischen Formteilen ausgeprägt, wobei der Formgebungsschritt als Spritzgieß- oder Injektions-/Kompressionsformprozess erfolgt.

Die Optimierung des gesamten Schmelzekanalsystems zwischen Aufbereitungs- und Einspritzeinheit auf numerischer Grundlage (FEM, FDM) unter den Aspekten Verweilzeitspektrum, Selbstreinigungszeit und Druckgradientenverlauf stellt einen wichtigen Arbeitsschritt dar.

Zu konzipieren sind ferner zwei rheologische Messdüsen für die Erfassung der Schmelze-Viskositäten am Extruder-Ende und während der gesamten Einspritzphase.Gleichzeitig wird die Plastifikattemperatur mit Hilfe von IR-Sensoren ermittelt. Diese und weitere relevante Prozessdaten aus Extruder, Spritzgießwerkzeug und Peripheriegeräten werden in Echtzeit erfasst. Aus diesen Informationen werden einschlägige Stoff- und Prozesskennzahlen definiert und quantifiziert, um die aktuelle Plastifikatqualität und Prozessstabilität zu kennzeichnen.

Anwendung
Die IMC-Technologie in Verbindung mit der reaktiven Kunststoffaufbereitung besitzt ein hohes Anwendungspotenzial bei der Herstellung komplexer technischer Bauteile aus Glasfaser- und Naturfaser-Composites oder hochwertigen Polymerlegierungen, wie sie im Automobilsektor (Frontend, Stoßfänger, Außenbeplankung), im Geräte- und Apparatebau (Basisplatten, Gehäuseelemente), sowie im Bereich der Logistik/Verpackung (Transportpaletten, Preforms) benötigt werden.

Die innovative IMC-Technologie verspricht ferner ein interessantes Anwendungspotenzial auf dem Gebiet der Generierung und Formgebung polymergebundener zeolithischer und Silikagele enthaltender Formmassen für technische Formteile, wie sie von der pharmazeutischen und medizintechnischen Industrie gesucht sind. Auf Grund der Feuchtesensitivität derartiger Medien ist die Einstufentechnologie zu bevorzugen.

Mit Hilfe einer neuen Spritzgießcompoundertechnologie werden komplexe technische Bauteile aus Glasfaser- und Naturfaser-Verbundstoffen hergestellt.

 Bild: Spritzgießcompounder, Typ KM 200-1400 C2 IMC des Instituts für Kunststofftechnik (IKT) der Universität Stuttgart

Ansprechpartner

  • Projektkoordinator

    • Prof.Dr.-Ing. Hans-Gerhard Fritz
    • Institut für Kunststofftechnologie
    • 70199 Stuttgart
    • Telefonnummer: 0711 685-85317
    • E-Mail-Adresse: hans-gerhard.fritz@ikt.uni-stuttgart.de
    • Dipl.-Ing. Rainer Zimmet
    • Krauss-Maffei Kunststofftechnik GmbH
    • 80997 München
    • Telefonnummer: 089 8899 4880
    • E-Mail-Adresse: zimmetr@krauss-maffei.de

Laufzeit

Oktober 2005 bis September 2007

Förderung

Das Projekt Kunststoffaufbereitung wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert und vom Projektträger im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (PT-DLR) betreut.