Optimierte Integralschaumstrukturen durch Thermoplast-Schaumspritzgießen von strahlenvernetzten Recyclaten

In der vorliegenden Arbeit wurde ein Verfahrenskonzept zur Herstellung von geschäumten Thermoplast-Anwendungen mit strahlenvernetzten Recyclatanteilen entwickelt und die dazu relevanten Parameter und Eigenschaften untersucht. Als Referenzen wurden Probeplatten aus Neuware, welche im unvernetzten und vernetzten Zustand vorlagen, im konventionellen Spritzgussverfahren hergestellt. Dazu wurde sowohl der Einfluss der Strahlenvernetzung als auch der Einfluss der strahlenvernetzten Recyclatpartikel auf den Prozess, auf die Struktur sowie auf ausgewählte Formteileigenschaften untersucht und bewertet. Es zeigte sich, dass durch die Strahlenvernetzung von den untersuchten Probeplatten eine signifikante Verbesserung der Endteileigenschaften erreichbar ist. Trotz hoher Gewichtsreduktion konnten zum Beispiel bei den geschäumten Proben teilweise bessere Eigenschaften erreicht werden, als bei den kompakten Bauteilen. Durch eine zusätzliche Einbringung von strahlenvernetzten Recyclatpartikeln wurde allgemein eine Verbesserung insbesondere der mechanischen Eigenschaften und der Oberflächen-eigenschaften erreicht. Die Probekörper zeigten eine homogene und mikrozellulare Integralschaumstruktur, die u.a. auf den Nukleierungseffekt der zugefügten unaufschmelzbaren Recyclatpartikeln zurückzuführen ist. Verfahrens-technisch waren die Compounds ohne Probleme verarbeitbar, allerdings zeigte sich ein erhöhter Spritzdruckbedarf in Folge der Viskositätszunahme bei 50%-Recyclatanteil. Bei niedrigen Anteilen war der Spritzdruckanstieg geringer und er lag je nach Recyclatanteil sogar unter den Werten des Kompaktspritzgusses. Die Untersuchungen an geschäumten Probeplatten zeigten zudem, dass selbst bei hohen Recyclatanteilen von 50% keine weitere Reduzierung der Oberflächenqualität auftrat. Zur Vorhersage der Untersuchungsergebnisse wurden modellhafte Ansätze des Leichtbaueffekts und der linearen Mischungsregel genutzt, welche als Ergebnisse valide Übereinstimmungen aufzeigten. Zudem wurde eine komplette Validierung und Optimierung der Prozessketten durchgeführt, sodass ein Endprodukt mit hohem Recyclatanteil bei höheren mechanischen und thermischen Eigenschaften hergestellt werden konnte. Zusätzlich wiesen die Bauteile eine hohe Oberflächenqualität bei gleichzeitig niedrigem Formteilgewicht verglichen mit einem unmodifiziertem Polypropylen auf. Eine Kostenanalyse zeigte ein hohes wirtschaftliches Potential und leistet somit einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit durch Partikelrecycling.