Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung von Thermoplast-Schaumspritzgießverfahren mit kurzen Plastifizier- und Zykluszeiten für Dünnwandformteile im Verpackungssegment

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Verringerung des minimalen Gewichts von dünnwandigen Spritzgießformteilen für Verpackungsanwendungen mit Schaumspritzgießverfahren (TSG). Aufgrund der verringerten Viskosität der treibmittelbeladenen Kunststoffschmelze und der veränderten Prozessführung werden mit dem TSG längere Fließwege bei geringeren Werkzeuginnendrücken erreicht. Dadurch können Formteile mit niedrigeren Wanddicken produziert werden. Da der Verpackungssektor mengenmäßig der zweitgrößte der Kunststoffbranche ist und die Materialkosten bei Verpackungsanwendungen mit bis zu 70 % den größten Kostenanteil darstellen, können erhebliche Rohstoffersparnisse und wirtschaftliche Vorteile erzielt werden. Da Verpackungsprozesse in der Regel kurze Zykluszeiten erfordern, ist es nötig, innerhalb kurzer Dosierzeiten eine homogene Schmelze-Treibmittel-Mischung vor dem Einspritzen zu realisieren. Hierzu stehen die physikalischen TSG-Verfahren Cellmould, ProFoam und MuCell zur Verfügung. Diese werden im Forschungsvorhaben hinsichtlich der minimalen Dosierzeit und der maximalen Beladung untersucht und bewertet. Anschließend die maximale Viskositätsreduktion und Fließweg-/ Wanddickenverhältnis mehrerer Kunststoffe bestimmt. Die Ergebnisse werden abschließend mit einer Kostenanalyse im Schlussbericht dokumentiert.

Die Ergebnisse des Projekts ermöglichen dem Verarbeiter die gezielte Auswahl eines geeigneten TSG-Verfahrens für Dünnwandformteile. So werden kmU auch ohne hohe Entwicklungskapazitäten befähigt, die Eignung dieses Prozesses für eigene Anwendungen zu bewerten. Aufgrund der niedrigeren Schließkräfte können kmU, die häufig hinsichtlich der Maschinengröße begrenzt sind, größere Formteile herstellen und ressourcenschonend ihre Produktpalette erweitern. Das gewonnene Prozesswissen erlaubt zudem Werkzeugbauern und Ingenieurbüros, die in der Kunststoffbranche eine Schlüsselrolle spielen, den internationalen Wettbewerbsvorteil auszubauen und neue Marktsegmente zu erschließen.

Ergebniszusammenfassung:

In diesem Projekt wurden alle wichtigen Aspekte für die Gestaltung von Verpackungen berücksichtigt. Die Untersuchungen zeigen, dass mit dem Thermoplast-Schaumspritzgießen erhebliche ökologische und ökonomische Vorteile im Verpackungssegment erreicht werden können. Die mögliche Wanddickenreduktion von bis zu 20 % übertraf das Projektziel deutlich. Darüber hinaus konnten im Projekt weitere positive Eigenschaften des TSG festgestellt und analysiert werden, wie die weißfärbende Wirkung des Treibmittels oder die gute Haftung von Standarddekorfolien. Die Wirtschaftlichkeitsanalyse zeigt darüber hinaus, dass der Prozess besonders bei höheren Wanddicken wie Eimern wirtschaftlich ist. Es können bei Eimern mit angepasster Wanddicke pro Maschine über 100.000 € im Jahr an Materialkosten eingespart werden. Daraus ergeben sich für die Verwender der Technologie deutliche Wettbewerbsvorteile.