Einfluss der Faserverstärkung auf Festigkeit bei thermoplastischem Stärke-Schaum

Im Forschungsvorhaben wurden Untersuchungen zur Faserverstärkung an thermoplastischer Stärke (TPS) für Leichtbauanwendungen durchgeführt. Dabei konnten Aussagen zur Art, Feinheit, Länge, Gehalt, Verteilung der Verstärkungsfaser in der TPS-Schaummatrix getroffen werden.

Ergebnisse

Der Fasergehalt spielt die größte Rolle bei der Faserverstärkung von Schaumstoffen. So kann das Biegemodul initial um über 25% gesteigert werden, bevor es bei Fasergehalten über 5 wt.% absinkt. Die Verstärkungsfaser weist bei einem Anteil von mehr als 5 wt.% einen negativen Effekt auf, da sie die Schaummatrix und den Schaumbildungsprozess empfindlich stört.

Ferner wurden Untersuchungen zum Aufschäumgrad durchgeführt. Dabei wurden verschiedene Treibmittel und Schäumungstechnologien analysiert. CO₂ und N₂ eignen sich am besten für die Herstellung von TPS-Schaumstoffen. Zusätzlich ist es gelungen, den Aufschäumgrad um bis zu Faktor 4 mittels eines nachgelagerten Vakuum-Nachschäumverfahrens zu erhöhen. Darüber hinaus konnten mittels herkömmlicher Lichtmikroskopie Aussagen über die Blasengröße und ‑verteilung getroffen werden.

Die Kombination aus Extrusionsschäumen und Faserverstärkung resultiert in einer breiten Matrix an Eigenschaften. So konnte aufgezeigt werden, dass es diese Kombination ermöglicht gezielt physikalische und mechanische Eigenschaften einzustellen. Dabei können die Zug- und Biegeeigenschaften, die Dichte und die Zellgröße eingestellt werden.

Anwendung

Die im Forschungsvorhaben gewonnenen Erkenntnisse, Wirkzusammenhänge und die entwickelten TPS-Schaumstoffe besitzen ein breites Anwendungsspektrum in Bereichen, in denen Gewichtsersparnis mit guten mechanischen Eigenschaften kombiniert werden muss. Der Ansatz Materialien zu verwenden, die biobasiert und gleichzeitig biologisch abbaubar sind, trifft zusätzlich den Nerv der Zeit, bei dem es darum geht nachhaltige Produkte zu entwickeln. Die Anwendungsgebiete sind u.a. Automotive, Verpackungen, Bau- und Consumer Goods.