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Geschäumtes Polystyrol

Schäumen von Polystyrol

Das Expandieren

Beim Expandieren wird von kompakten suspensionspolymerisierten Polystyrol-Kügelchen von 1 mm Durchmesser ausgegangen, in denen ca. 6 Gewichts-% Pentan enthalten sind. Die Kügelchen werden zweimal expandiert. Das erste Mal, im Vorschäumer, werden die Kügelchen mit 100 bis 120 °C heißem Wasserdampf aufgeheizt.

Abb.1
Vorschäumer

Dabei wird die Glasübergangstemperatur überschritten und die Kügelchen erweichen. Der Dampfdruck des Pentans steigt auf über 1 bar und expandiert die Kügelchen zu so genannten "Perlen", Schaumpartikeln von ca. 3 mm Durchmesser.

Abb.2
Volumenzunahme beim Vorschäumen
Mit freundlicher Genehmigung der BASF AG

Nach dem Abkühlen werden die Schaumpartikel einige Tage gelagert, damit Wasserdampf und Pentan heraus- und Luft einpermeieren können.

Abb.3
Polystyrol-Kügelchen vor und nach dem Vorschäumen
Mit freundlicher Genehmigung der BASF AG

Danach werden die Schaumpartikeln in eine feste Form geschüttet, deren Hohlraum das gewünschte Formteil darstellt. Durch feine Bohrungen in den Wänden der Form wird 100 bis 120 °C heißer Dampf eingeblasen, der die Luft zwischen den Schaumpartikeln verdrängt und durch weitere Bohrungen in den Formwänden entweicht. Nach Überschreiten der Glasübergangstemperatur dehnen sich die Schaumpartikel auf etwa das Doppelte ihres Volumens aus. Dabei verformen sie sich, füllen die ursprünglichen Leerräume zwischen den Kugeln aus und verschweißen zu einem Fertigteil.

Die Möglichkeit, vorgeschäumte Perlen mit Wasserdampf weiter aufzuschäumen, ergibt sich aus der hohen Permeabilität von Wasserdampf in heißem Polystyrol. Wasserdampf kann die über die Glastemperatur aufgeheizten Polystyrol-Wände also schnell durchdringen. Luft benötigt dafür sehr viel mehr Zeit. Dadurch wirkt heißes Polystyrol wie eine halbdurchlässige Membran, die nur für Wasserdampf gut durchlässig ist. Wie bei der Osmose sind die Partialdrücke innen und außen bestrebt, sich auszugleichen. Der Wasserdampf-Partialdruck im Innern der Schaumzellen steigt schnell an. Da die Luft in der kurzen Zeit nicht herausdiffundieren kann, baut sich in den Zellen ein Überdruck auf, der die Zellen expandieren lässt.

Das Extrusionsschäumen

Beim Extrusionsschäumen wird ein Treibgas in der Polystyrol-Schmelze unter Druck gelöst. Die Schmelze tritt aus einer Schlitzdüse aus und schäumt auf.

Auf diese Weise werden besonders druckfeste Schaumstoffplatten hergestellt, die hauptsächlich im Baubereich eingesetzt werden. Der Markt für extrusionsgeschäumtes Polystyrol ist deutlich kleiner als der für expandiertes.

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