Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Kostengünstige und energieeffiziente Fertigung von PUR-Formteilen durch trockene Entformung

Eine der größten wirtschaftlichen und ökologischen Herausforderungen bei der Herstellung von Polyurethan (PUR)-Formteilen (z.B. Sichtbauteile im Transportwesen, Schuhsohlen und medizintechnische Prothesen) ist die Vermeidung von lösungsmittelhaltigen Trennmitteln zur zerstörungsfreien Entformung. Eine trockene Entformung, also der Verzicht auf Trennmittel und die Vermeidung von PUR-Rückständen auf den formgebenden Werkzeugen, würde für branchenübergreifend einen entscheidenden wettbewerblichen Vorteil durch eine ressourcenschonendere Produktion der PUR-Formteile darstellen. Auf Basis vorangegangener Forschungsvorhaben sind für den trockenen Entformungsprozess Trennschicht, PUR-Rezeptur und dessen Verarbeitung aufeinander abzustimmen. PUR-verarbeitende Unternehmen, die insbesondere KMU sind, benötigen neben einem technischen Nachweis auch den fachlichen Hintergrund, um zusammen mit dem PUR-Systementwickler nach geeigneten Rezepturen für eine trockene Fertigung zu suchen.

Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer ressourcen- und kosteneffizienteren Produktion von PUR-Formteilen unter industriellen Randbedingungen. Der grundlegende Ansatz besteht darin den Einfluss von Katalysatoren in industriell eingesetzten PUR-Systemen auf grenzflächennahe Effekte und die Resthaftkraft zu untersuchen. Weiterhin wird erstmalig ein durchgängig trennmittelfreies Werkzeugkonzept entwickelt und getestet. In diesem Zusammenhang soll auch gezeigt werden, dass die trennmittelfreie Fertigung die Abbildung unterschiedlicher Oberflächenstrukturierungen dauerhaft und in hoher Qualität ermöglicht. Schließlich wird auf Basis einer Standfestigkeitsanalyse der trennmittelfreien PUR-Produktion das wirtschaftliche und ökologische Potenzial erfasst.

Die Ergebnisse dienen PUR-verarbeitenden Unternehmen, Werkzeugbauern, Dienstleistern und Materialherstellern als Leitfaden für die Materialauswahl, die Prozessführung sowie die Werkzeugkonzeptionierung.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde eine permanente Werkzeugbeschichtung zur trennmittelfreien Bauteilproduktion in Bezug auf die Kompatibilität unterschiedlicher PUR-Systeme, einer angepassten Werkzeug- und Prozesstechnologie sowie die grundsätzliche Übertragbarkeit in die industrielle Praxis untersucht. Hinsichtlich der PUR-Systeme konnte die Klasse der aminischen Katalysatoren als kompatibel in Bezug auf das Trennverhalten der Werkzeugbeschichtung eingestuft werden. Zinn-basierte Katalysatoren müssen zum jetzigen Entwicklungsstand noch ausgeschlossen werden. Diese Klassifizierung ermöglicht die fundierte Auswahl kommerzieller PUR-Systeme für die Verarbeitung mit der permanenten Werkzeugbeschichtung. Am Beispiel solcher Systeme konnte im weiteren Projektverlauf die Langzeitstabilität der Trennschicht für bisher 1.200 Entformungen nachgewiesen werden. Eine quantitative Analyse der Entformungskräfte erlaubt zudem die Identifikation optimaler Prozessfenster. Auf diese Weise konnte im abgeschlossenen Projekt das wirtschaftliche Entformungspotenzial der permanenten Werkzeugbeschichtung im Technikumsmaßstab nachgewiesen werden. Auf dieser Grundlage kann die Übertragung der Technologie in die industrielle Serienproduktion von PUR-Bauteilen erfolgen. Gemeinsam mit den Mitgliedern des pbA und weiteren Unternehmen der PUR-Branche (Systemhäuser, Werkzeugbauern, Verarbeiter) erfolgt die Erarbeitung und Validierung eines ganzheitlichen Konzeptes zum Einsatz der trennmittelfreien Entformung in der industriellen Praxis. Dabei zeigt das im Projekt entwickelte Formwerkzeug wesentliche Aspekte auf, die Unternehmen und insbesondere kmU die Anwendung der neuen Technologie in die eigene Produktion wesentlich erleichtert. Werkzeugbauern dient das validierte Konzept als Vorlage zur Entwicklung industrieller Werkzeuge angepasst an die Anforderungen der trennmittelfreien PUR-Bauteilproduktion.