Entwicklung des Online-Gasgegendruckverfahrens zur Herstellung eigenschaftsverbesserter PUR-Formschäume mittels flüssigem CO2

Das Ziel der Arbeit bestand in der Herstellung eigenschaftsoptimierter PUR-Formschäume durch den Einsatz von CO2 als Treibmittel, das sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile gegenüber herkömmlich eingesetzten Treibmitteln aufweist. Hierzu wird das Online-Gasgegendruck-Verfahren entwickelt, das eine Kombination aus der Gasgegendruck-Technologie aus [Lat16] und der Online-Dosierung von flüssigem CO2 in die Polyol-Zulaufleitung kurz vor dem Mischkopf darstellt. Für die drei untersuchten PURSchaumsysteme wurden geeignete Prozessparameter zur Herstellung vollwertiger Formteile mit einer homogenen Schaummorphologie und vollständiger Kavitätsfüllung identifiziert. Weiterhin ergeben sich systemspezifische mechanische Eigenschaften, die den Stand der Technik zum Schäumen von PUR mit reinem CO2 erweitern. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass die Kombination mit dem chemischen Treibmittel Wasser für ein elastomeres Schaumsystem zu vorteilhaften Eigenschaften führt.
Um auch weitere PUR-Systeme für die Technologie möglichst effizient zu befähigen, liegt im Rahmen dieser Arbeit ein weiterer Fokus auf der prozessnahen Charakterisierung von PURSystemen. Neben der Entwicklung einer neuen Charakterisierungsmethode, dem Reaktionsviskosimeter, wurden unterschiedliche Charakterisierungsstrategien mit konventionellen als auch innovativen Methoden für die drei PUR-Systeme angewandt und hinsichtlich der Möglichkeit zur Identifikation von Prozessparametern bewertet. Dabei können für den zukünftigen Einsatz neuer Materialien vor allem die Sorptionsmessung sowie die Schäumstudien bei über den Reaktionsprozess konstantem Gasgegendruck in dem hier genutzten RIM-Werkzeug mit Sichtfenster als zielführend empfohlen werden. Neben den hieraus abgeleiteten Prozessparametern Komponenten- und Werkzeugtemperaturen, CO2-Gehalt sowie Gasgegendruck bei Injektion kann die Vorreaktionszeit abgeschätzt werden. Die Gasgegendruck-Reduktionsrate muss weiterhin iterativ bestimmt werden, um eine homogene und feinzellige Schaummorphologie in den resultierenden Formteilen zu erreichen. Auch das entwickelte Reaktionsviskosimeter erweist sich als grundlegende vielversprechende Charakterisierungsmethode, allerdings müssen hierbei noch in weiteren Entwicklungsstufen die identifizierten Nachteile hinsichtlich des maximalen Gasgegendruckes sowie der Bestimmung des Aufschäumgrades behoben werden.