Kunststoffextrusion ist ein Massenproduktionsprozess, bei dem Rohkunststoff geschmolzen und zu einem kontinuierlichen Profil geformt wird. Extrusion produziert Produkte wie Rohre, Dichtungsleisten , Zäune, Terrassengeländer , Fensterrahmen , Kunststofffolien und -bahnen, thermoplastische Beschichtungen und Drahtisolierungen.
Dieser Prozess beginnt mit der Zufuhr von Kunststoffmaterial (Pellets, Granulat, Flocken oder Pulver) aus einem Trichter in den Zylinder des Extruders. Das Material wird allmählich durch die mechanische Energie geschmolzen, die durch Drehen von Schrauben und durch entlang des Zylinders angeordnete Heizelemente erzeugt wird. Das geschmolzene Polymer wird dann in eine Düse gezwungen, die das Polymer in eine Form formt, die während des Abkühlens aushärtet.
Geschichte
Rohrextrusion
Die ersten Vorläufer des modernen Extruders wurden im frühen 19. Jahrhundert entwickelt. Im Jahr 1820 erfand Thomas Hancock einen Gummi- "Masticator" zur Rückgewinnung von verarbeiteten Gummiresten, und 1836 entwickelte Edwin Chaffee eine Zweiwalzenmaschine, um Additive in Gummi zu mischen . Die erste thermoplastische Extrusion wurde 1935 von Paul Troester und seiner Frau Ashley Gershoff in Hamburg , Deutschland, durchgeführt. Kurz darauf entwickelte Roberto Colombo von LMP die ersten Doppelschneckenextruder in Italien.
Verarbeiten
Bei der Extrusion von Kunststoffen liegt das rohe Verbundmaterial üblicherweise in Form von Nurlen (kleine Kügelchen, oft als Harz bezeichnet) vor, die von einem oben montierten Trichter durch Schwerkraft in den Zylinder des Extruders eingeführt werden. Zusatzstoffe wie Farbstoffe und UV-Inhibitoren (entweder in flüssiger oder in Pelletform) werden oft verwendet und können in das Harz vor dem Einfüllen in den Trichter eingemischt werden. Das Verfahren hat aus der Sicht der Extrudertechnologie viele Gemeinsamkeiten mit dem Kunststoffspritzgießen , unterscheidet sich jedoch dadurch, dass es sich üblicherweise um ein kontinuierliches Verfahren handelt. Während die Pultrusion viele ähnliche Profile in kontinuierlichen Längen bieten kann, üblicherweise mit zusätzlicher Verstärkung, wird dies erreicht, indem das fertige Produkt aus einer Düse gezogen wird, anstatt die Polymerschmelze durch eine Düse zu extrudieren.
Das Material tritt durch die Zuführöffnung (eine Öffnung nahe der Rückseite des Zylinders) ein und kommt in Kontakt mit der Schraube. Die rotierende Schnecke (normalerweise bei 120 U / min rotierend) drückt die Kunststoffperlen nach vorne in den beheizten Zylinder. Die gewünschte Extrusionstemperatur ist wegen der viskosen Erwärmung und anderer Effekte selten gleich der eingestellten Temperatur des Zylinders. Bei den meisten Prozessen wird ein Heizprofil für den Zylinder eingestellt, in dem drei oder mehr unabhängige PID- gesteuerte Heizzonen die Temperatur des Zylinders von hinten (wo der Kunststoff eintritt) allmählich nach vorne erhöhen. Dies ermöglicht, dass die Kunststoffperlen allmählich schmelzen, wenn sie durch den Zylinder gedrückt werden, und verringern das Risiko einer Überhitzung, die eine Zersetzung des Polymers verursachen kann.
Zusätzliche Wärme wird durch den starken Druck und die Reibung im Inneren des Laufs verursacht. In der Tat, wenn eine Extrusionslinie bestimmte Materialien schnell genug laufen lässt, können die Heizeinrichtungen abgeschaltet werden und die Schmelztemperatur wird durch Druck und Reibung allein innerhalb des Zylinders aufrechterhalten. In den meisten Extrudern sind Kühlventilatoren vorhanden, um die Temperatur unter einem eingestellten Wert zu halten, wenn zu viel Wärme erzeugt wird. Wenn die Zwangsluftkühlung unzureichend ist, werden eingegossene Kühlmäntel verwendet.
Kunststoff-Extruder halbiert, um die Komponenten zu zeigen
An der Vorderseite des Zylinders verlässt der geschmolzene Kunststoff die Schnecke und läuft durch eine Siebpackung, um jegliche Verunreinigungen in der Schmelze zu entfernen. Die Siebe sind durch eine Lochplatte (ein dicker Metallring mit vielen Löchern) verstärkt, da der Druck an dieser Stelle mehr als 34 MPa ( 5000 psi ) betragen kann . Das Siebpaket / die Brecherplattenanordnung dient auch dazu, einen Gegendruck in dem Zylinder zu erzeugen . Rückdruck ist für gleichmäßiges Schmelzen und richtiges Mischen des Polymers erforderlich, und wie viel Druck erzeugt wird, kann durch Variieren der Zusammensetzung der Siebpackung (die Anzahl der Siebe, ihre Drahtgewebegröße und andere Parameter) "optimiert" werden. Diese Kombination aus Brecherplatte und Siebpaket eliminiert auch das "Rotationsgedächtnis" des geschmolzenen Kunststoffs und schafft stattdessen ein "longitudinales Gedächtnis".
Nach dem Passieren der Brecherplatte tritt geschmolzener Kunststoff in die Düse ein. Der Stempel gibt dem Endprodukt sein Profil und muss so gestaltet sein, dass der geschmolzene Kunststoff gleichmäßig von einem zylindrischen Profil zur Profilform des Produkts fließt. Ein ungleichmßiger Fluß in diesem Stadium kann ein Produkt mit unerwünschten Restspannungen an bestimmten Punkten im Profil erzeugen, die beim Abkühlen zu Verwerfungen führen können. Eine Vielzahl von Formen kann erstellt werden, beschränkt auf kontinuierliche Profile.
Das Produkt muss nun gekühlt werden, und dies wird üblicherweise durch Ziehen des Extrudats durch ein Wasserbad erreicht. Kunststoffe sind sehr gute Wärmeisolatoren und daher schwierig schnell abzukühlen. Im Vergleich zu Stahl leitet Kunststoff seine Wärme 2000-mal langsamer ab. In einer Rohr- oder Rohrextrusionslinie wird auf ein versiegeltes Wasserbad mit einem sorgfältig kontrollierten Vakuum eingewirkt, um zu verhindern, dass das neu gebildete und noch geschmolzene Rohr oder Rohr kollabiert. Für Produkte wie Kunststofffolien wird die Kühlung durch Ziehen eines Satzes von Kühlwalzen erreicht. Für Filme und sehr dünne Folien kann Luftkühlung als eine erste Kühlstufe, wie in der Blasfolienextrusion, wirksam sein.
Kunststoff-Extruder werden auch häufig verwendet, um recycelten Kunststoffabfall oder andere Rohmaterialien nach dem Reinigen, Sortieren und / oder Mischen aufzubereiten . Dieses Material wird üblicherweise zu Filamenten extrudiert, die zum Zerkleinern in den Kügelchen- oder Pelletstoff zur Verwendung als Vorläufer für die weitere Verarbeitung geeignet sind.
Fortsetzung folgt...
