Partikelschäume ohne Dampf vorzuschäumen, war das Ziel des Forschungsvorhabens „IR-PreFoam“. Dem Projektteam gelang es, physikalisch-chemische Wirkprinzipien aufzuklären und damit die Grundlagen für eine erfolgreiche Skalierung und Industrialisierung einer energieeffizienten Verarbeitungstechnologie für expansionsfähige Schüttgüter zu schaffen.
Partikelschäume sind zelluläre Materialien auf Basis von Thermoplasten, die sich durch dichtebezogen sehr gute mechanische Eigenschaften, geringe Wärmeleitung und ein enormes Leichtbaupotenzial auszeichnen. Sie spielen eine wichtige Rolle in Verpackungen aller Art, Dämmstoffen für Gebäude sowie Schutzhelmen und Sport-/Freizeitartikeln.
Beim Vorschäumen werden mit Treibmittel beladene Mikrogranulate in einem ersten Schritt zu Schaumperlen expandiert, die dann ihrerseits zu Formteilen verschweißt werden. Bisher erfolgten beide Teilprozesse auf Basis von Wasserdampf als Energieträger, was eine vergleichsweise aufwändige Infrastruktur und hohen Ressourceneinsatz erfordert.
Ein neues, komplett trockenes Verfahren, das von der FOX Velution GmbH in Lichtenfels entwickelt und mittlerweile zum Patent angemeldet worden ist, setzt hingegen auf mittelwellige Infrarotstrahlung. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Verarbeitung mit sehr kurzen Durchlaufzeiten und den Entfall der bisher erforderlichen Perlentrocknung. Zudem ist es nicht nur für das weltweit verbreitete, expandierbare Polystyrol (EPS) geeignet, sondern ermöglicht die Veredelung jeglicher Partikelschäume, selbst im Hochtemperaturbereich. Der im Rahmen des Projekts „IR-PreFoam“ eingehend untersuchte und optimierte Vorschäumprozess kann somit dazu beitragen, intelligente Leichtbaulösungen in einem deutlich erweiterten Applikationsspektrum, z. B. im Automobilbau und in der Luftfahrt, zu ermöglichen.
Das Konsortium – bestehend aus der FOX Velution GmbH, der Neue Materialien Bayreuth GmbH (NMB) und der Rygol Dämmstoffe GmbH – erarbeitete beispielhaft für EPS ein grundlegendes Verfahrensverständnis des IR-Vorschäumens. Untersucht wurden die Zusammenhänge zwischen Strahlungseinwirkung und resultierenden Materialeigenschaften. Die erzielten Ergebnisse ermöglichen es nun, Zellmorphologie und Schüttdichte der Schaumperlen anwendungsspezifisch über einen breiten Bereich genau und reproduzierbar einzustellen, was wiederum entscheidenden Einfluss auf die Schaummechanik (insbesondere Drucksteifigkeit) hat.
Einen weiteren Schwerpunkt bildete die Skalierbarkeit des Prozesses und der dafür benötigten Anlagentechnik vom initialen Laborequipment über den Technikumsmaßstab bis hin zur industriellen Volumenproduktion. Damit wurden wesentliche Voraussetzungen für die Marktreife/-einführung dieser vielversprechenden Technologie geschaffen.
Die Partner danken dem Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie für die Förderung des Projekts „IR-PreFoam“ im Förderprogramm „Neue Werkstoffe in Bayern“.
Ansprechpartner
Neue Materialien Bayreuth GmbH
M.Sc. Johannes Görl | E-Mail johannes.goerl@nmbgmbh.de
