Verschweißung amorpher und teilkristalliner Polylactid Partikelschäume (EPLA)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Altstädt; Professor Dr.-Ing. Christian Bonten
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392851979

Das Verschweißen einzelner Schaumpartikel zu einem Formteil erfolgt im Formteilautomaten mittels Heißdampf. Abhängig von dem thermischen Erweichungsverhalten der eingesetzten Schaumpartikel (amorph/teilkristallin) laufen während des Schweißens mit Heißdampf verschiedene Wirkmechanismen in einem Volumen rund um die Partikelgrenzen, also den späteren Schweißnähten, ab. Während in amorphen Polymeren (z. B. expandiertes Polystyrol, sog. EPS) beim Verschweißen lediglich Interdiffusion und eine Verschlaufung der Polymerketten stattfindet, kommt bei Partikeln aus teilkristallinen Polymeren (expandiertes Polypropylen, sog. EPP) noch die Kristallisationskinetik der Kristallstruktur zum Tragen. Die Eigenschaften von Formteilen aus Partikelschäumen werden ganz erheblich von der Qualität der Schweißung der Partikel bestimmt. Die Verschweißbarkeit ist abhängig von dem Erweichungs- / Schmelzverhalten der einzelnen Partikel und den Parametern im Formteilautomaten(z. B. Dampftemperatur, Bedampfungsdruck und Bedampfungszeit) währenddie Partikel zu einem Formteil verschweißt werden. Ziel dieses Vorhabens ist es diese komplexen Zusammenhänge systematisch am Beispiel von Partikelschäumen aus Polylactid (PLA) als Modellsubstanz zu untersuchen und Zusammenhängezwischen dem Erweichungsverhalten der Schaumpartikel aus EPLA, der damitbeeinflussten Ausbildung der Morphologie der Formteile in der Schweißnaht und der daraus resultierenden mechanischen Festigkeit der hergestellten Formteile aufzuzeigen.PLA-Schaumpartikel können durch Modifikation und / oder Prozessbedingungen bei derPartikelherstellung sowohl amorph als auch teilkristallin sein. Dadurch unterscheidet sichPLA von den üblicherweise für die Partikelschaumherstellung verwendeten Polymeren und eröffnet die Möglichkeit, grundlegende Zusammenhänge zwischen dem thermischenVerhalten des Werkstoffs und den Wirkmechanismen in der Schweißnaht sowie denAuswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften der Schweißnähte(Schweißnahtfestigkeit) zu erforschen. Darüber hinaus sehen die Antragsteller aufgrund des Eigenschaftsprofils des Werkstoffs ein großes Potential für expandiertes PLA (EPLA) als umweltfreundliches Pendant zu EPS, das als Benchmark im Vorhaben angesehen wird. Obwohl in den letzten 10 Jahren einige Patente auf dem Gebiet PLA-Partikelschäume entstanden sind, ist die Nutzung allerdings nach wie vor wirtschaftlich unbedeutend. Die Antragsteller möchten in erster Linie einenwissenschaftlichen Beitrag zum Verständnis von Wirkmechanismen bei der Verschweißung von Partikelschäumen und der Etablierung innovativer Materialien leisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Hochdruck-Differentialkalorimeter
• Gerätegruppe: 8660 Thermoanalysegeräte (DTA, DTG), Dilatometer