Schaumstruktur

Die Schaumstruktur bezeichnet die innere Architektur eines Schaums, eines zellularen Festkörpers, der aus gasgefüllten Zellen besteht, die durch dünne Wände voneinander getrennt sind. Diese Architektur bestimmt wesentliche Eigenschaften wie Dichte, Festigkeit, Wärme- und Schalldämmung sowie Verformbarkeit.

Es gibt offene Poren (Open-Cell) und geschlossene Poren (Closed-Cell): Open-Cell-Schaum erlaubt den Durchfluss von Luft und Flüssigkeiten, während Closed-Cell-Schaum meist höhere Festigkeit und geringere Dichte aufweist.

Die Zellen variieren in Größe, Form und Verteilung. Typische Morphologien reichen von gleichmäßig kugeligen Zellen bis zu unregelmäßigen, verwobenen Strukturen. Die Zellwanddicke und Porengrößen bestimmen mechanische Eigenschaften.

Entstehung: Schäume entstehen durch Blasenbildung in einem Matrixmaterial oder durch Expansion eines Gasgehalts. Physikalisches Schäumen nutzt Druck- und Temperaturänderungen, chemisches Schäumen setzt Blowing Agents frei. Die Stabilisierung der Zellen erfolgt durch Tenside, Emulgatoren oder Katalysatoren; die Zellstruktur wird durch Prozessparameter wie Temperatur, Druck, Mischungsgeschwindigkeit und Nachbehandlung beeinflusst.

Anwendungen finden sich in Dämmstoffen, Leichtbauteilen, Verpackungen, Filtermedien und Metall- bzw. Keramikschaumen. Die Wahl der Porenstruktur beeinflusst Leitfähigkeit, Dämpfung und mechanische Eigenschaften.

Charakterisierung: Die Struktur wird durch Mikroskopie, Computertomographie sowie Porositäts- und Dichtemessungen beschrieben. Kennzahlen sind Porosität, durchschnittliche Zellgröße, Zellform und Verhältnis offener zu geschlossenen Zellen.

Beispiele umfassen Polyurethan- und Polystyrolschaum sowie Metall- und Keramikschaumen.