Kunststoffe (Subject) / Verarbeitung [3] (Lesson)

Aufbereiten, Zerkleinern, Mischen

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• Zerkleinerung Verringerung der Partikelgröße durch mechanische Einwirkung zur Vergrößerung der spezifischen Oberfläche. + Besseres Mischen + Bessere Trocknung + Gleichmäßigeres Passieren + Schnelleres Aufschmelzen ApparatAnwendungWirkmechanismusWalzenbrecherSprödes Material (PS)DruckSchneidmühleZähes, elastisches MaterialScherungStiftmühleSprödes und Zähes MaterialPrall & Reibung
• Mischen Vermengen und Verteilen verschiedener Stoffe. Rührwerke:  - Für flüssige oder pastöse Massen  - Um Lufteinschlüsse zu vermeiden, kann Vakuum Absaugung verwendet werden Freifallmischer:  - Für Granulate und Pulver (z.B. Gleitmittel, Pigmente, …)  - Es tritt elektrostatische Aufladung und damit Anziehung auf.  - Doppelkonusmischer  - Taumetrische-???  - Farbmischaggregat Heiz-Kühl-Mischer:     Von großer Bedeutung bei der Aufbereitung pulverförmiger Ausgangsverbindungen.     Schnelllaufender Heizmischer (Wirbelmischer) in Kombi mit einem langsam laufenden Kühlmischer     Mischwerkzeug:     Bodennaher Mischflügel zur Abschwächung des Umlaufs => Profilschwerter     Starke Relativbewegung => Aufheizung des Mischguts, jedoch zusätzliche Heizung bis zu 140°C möglich.     Diskontinuierlicher Prozess     Ablass nach etwa 10min in den Kühlmischer => Abkühlung auf etwa 35°C.     Weiteres Rühren zur Verhinderung des Anbackens.      Volumen Heizmischer: 1000-1500l, Volumen Kühlmischer 2000-3000l
• Plastifizieren Die trocken vorgeschmischte Kunststoffmasse wird aufgeschmolzen und weiter homogenisiert. Diskontinuierlich: Walzwerke und Innenkneter Kontinuierlich: Plastifizieranlage (Schneckenkneter, Extruder)  Walzwerk: - Zwei oder mehr Walzen - Beanspruchung im Walzspalt Innenkneter:  - Knetkammer (max. 300l) horizontal und beheizt  - Mischgut wird von oben beschickt  - Zwei Schaufeln (= Knetflügel) in der Knetkammer Plastifizieranlage (Extruder) - Schneckenaggregat (Doppelschnecke) - Kämmende Schnecken kneten die Partikel wie in einem Walzspalt wendelförmig über die gesamte Länge. - Steckbare Schneckenelemente => Zusammenstellung einer angepassten Schneck 1. Variante: Kokneter - Rotierende Bewegung der Schnecke - Oszilierende Axiale Bewegung - Im Zylinderraum befinden sich Knetzähne => Hohe Scherkärfte/Große Relativbewegung    2. Variante: Planetenwalzenextruder    - Schrägverzahnung der Spindeln und der Zylinderwand    - Antrieb durch eine Zentralspindel    - Abwälzen der Masse zwischen den Spindeln    - Dünneres Auswalzen und damit gute Homogenisierung
• Granulieren (Herstellung von Granulat) Heißabschlag: (Zerteilung erfolgt als heiße Schmelze) 1. Schmelze wird durch eine Mehrlochdüse gedrückt. 2. Auf der anderen Seite durch ein rotierendes Messer abgeschabt. 3. Schmelzeteilchen werden in einem geschlossen Gefäß durch Luft, Wasser o. Wasserring gekühlt. (Körner (=Granulat) sind rund bzw. linsenförmig) Kaltabschlag: (Zerteilung erfolgt als kalter Strang) 1. Schmelze wird durch eine Rundstrangdüse zu einem Strang geformt. 2. Strang wird im Wasserbad abgekühlt. 3. Durch einen Abzug wird der Strang zum Granulator zugeführt. (Körner sind zylinderförmig)
• Extrudieren Fertigung von endlosgeformten Kunststoffsträngen, ausgehend von pulver- oder granulatförmiger Kunststoffmassen. Herzstück einer Extrusionsanlage ist der Extruder = Strangpresse = Schneckenpresse. Extrusionsanlage/Extrusionsstrecke: Beispiele Siehe 3.3.6. Grundprinzip: Extruder, Werkzeug/Düse, Kalibrierung, Kühlstrecke, Abzug, Optional: Nachbearbeitung
• Extrudierfähige Kunststoffe Grundsätzlich alle Thermoplasten extrusionsfähig. Vorrausetzung: Formmasse muss eine hohe Viskosität im Schmelzzustand aufweisen, damit der Strang nach dem Werkzeugaustritt seine gegebene Gestalt behält.
• Extruder Aufbau und Technik Schnecke: - Größe: 24/40-Schnecke => Durchmesser 24mm, Länge 24mm * 40 = 960mm - Kompressionsverhältnis h1/h2 (Höhe der Gänge am Anfang und Ende der Schnecke) (0,25…0,5) => Kompression ist notwendig damit Gase und Luft beim Trichter wieder hinausgedrückt werden. Zylinder:  - Schnecke und Zylinder ergeben zusammen die Plastifiziereinheit  - Bei den meisten gängigen Thermoplasten glatte Zylinder  - Bei Polyolefine wird häufig ein zweitteiliger Zylinder verwendet.   => Vorderer Zylinder genutet => Rauigkeit => bessere Förderung  - Nach der Einzugsbuchse kommt das glatte Zylinderrohr  - Spiel zw. Zylinder u. Schneckensteg weniger Zehntel mm.  - Schnecke schwimmt im Betrieb in der Kunststoffschmelze Antrieb: Gleichstrommotor mit Getriebe (n = 25-200min-1) Heizung: Am Zylinder außen mit Heizbändern. Unterschiedlich beheizte Heizbänder => Heizzonen Doppelschneckenextruder: Zwei Schnecken liegen in einem achtförmigen Zylinder. Meist kämmende Anordnung (Die Stege der einem S. greifen in die Gänge der anderen S. und umgekehrt). Unterscheidung in gegeneinander- oder gleichlaufende Schnecken. Entgasung über eine Entgasungszone und einem Entgasungsloch im Zylinder. Grafik
• Verfahrenstechnische Vorgänge Der Extruder hat die Aufgaben, Kunststoffmassen zu Fördern, zu Verdichten, zu Plastifizieren und zu Homogenisieren. 1. Einzug/Fördern Ein Schneckenextruder: Materialförderung aufgrund von Reibkräften zwischen Kunststoff Zylinder und Schnecke. Doppelschneckenextruder: Zwangsförderung aufgrund kämmender Anordnung der Schnecken. 2. Verdichten Um Luft vor dem vollständigen Aufschmelzen herauszudrücken, muss im Mittelteil der Schecke das Gangvolumen verkleinert werden. => Kernprogressive Schnecke: Anwachsen des Schneckenkerns; damit Verkleinerung des Gangvolumens. Flüchtige Bestandteile können durch eine Entgasung abgesaugt werden. Bei entsprechend langen Schnecken wird im Mittelteil dafür ein Dekompressionsbereich vorgesehen. 3. Aufschmelzen/Plastifizieren Mit dem Verdichten erfolgt auch das Aufschmelzen des Werkstoffs. Erwärmung erfolgt durch heiße Zylinderwand und Reibung. 4. Homogenisieren Stoffliche aber auch thermische Homogenisierung notwendig. Erfolgt durch komplizierte Strömung in den Gängen (Druckströmung, Schleppströmung, Leckströmung => Aufschmelzmodell)
• Extrusionswerkzeuge Werkzeuge sitzen am Ende des Schneckenzylinders. Die Kunststoffschmelze wird allmählich in die gewünschte Querschnittsgestalt überführt. Grafik: Parabel vs Block Vor dem Eintritt ins Werkzeug muss die Fließfrontgeschwindigkeit möglichst gleich groß sein. 1.) Lochscheibe zwischen Extruderzylinder u. Werkzeug => Drosselung der Schmelze 2.) Schmelzsieb => Druckaufbau u. Reinigung der Schmelze Werkzeuge bestehen aus 3 Abschnitten: 1. Anströmteil: Führt die Schmelze vom kreisrunden Zylinderquerschnitt in einen Kanalquerschnitt 2. Übergangsteil: Schmelze wird in Profilgestalt gebracht 3. Parallelführung: „Beruhigung“ des Schmelzeflusses
• Rohr- und Profilwerkzeug: - Im Innenhohlraum werden Verdrängkörper eingesetzt, die durch Stege oder Siebkränze gehalten werden. - Schmelze muss nach den Stegen komprimiert werden, damit sie wieder zusammenfließt.    (=> Lösung Querschnittverengung) - Für große PE Rohre werden Wendenverteilerwerkzeuge eingesetzt (Dornhalter überlegen) Unterscheidung in: Hohlkammerprofile, offene Profile und Vollprofile Gestaltungskriterien für Profile: Einfach, keine Materialanhäufung, gleichmäßige Wanddicke, Symmetrie Gestaltungskriterien für Hohlkammerprofile: - Hohlkammerstege etwas dünner als die Außenwände - Hohlräume nicht zu klein, da die Kerneinsätze sonst nicht stabil genug sind - Leisten oder Rippen möglichst kurz ausglühen, da sonst Verzug durch schnelle Abkühlung
• Flachfolien- und Plattenwerkzeug: Massestrom muss sich seitwärts ausbreiten und überall eine gleichmäßige Fließfront ergeben. a) Breitschlitzkopfdüse:  - Querkanal zur Verteilung  - Abfluss der Schmelze auf breiter Front  - Schmelze passiert Stauballen, der Fließgeschwindigkeit korrigiert  - Letzte Korrektur an den Düsenlippen b) Kleiderbügeldüse:  - Verteilerkanal      - Verlaufszone  - Lippenbreich Grafik
• Blasfolienwerkzeug: Aus verfahrenstechnischen Gründen wird die Schmelze in einen Winkel von 90° nach oben umgelenkt der Schlauch wird zu einem Folienschlauch aufgeblasen. a) Radial angeströmter Blaskopf:- für kleine und mittlere Folienschlauchdurchmesser - Umströmmung der Schmelze im Ring- oder Herzkurvenkanal - Anwendung: Temperaturempfindliche Polymereb) Zentral angeströmter Blaskopf: - im Krümmer umgelenkt - durch Verdrängkörper verteilt - Austritt am Ringspalt - Anwendung: PVC Folienc) Spiraldornkopf - Für Große Foliendurchmesser - Zentral angeströmt - Schraubenförmige Verteilung (vgl. Wendelverteiler)
• Ummantelwerkzeug Sollen (Kupfer, Stahl) andersartige Werkstoffe umwandelt werden, setzt man Winkelköpfe ein, durch die der zu ummantelnde Werkstoff gezogen wird.
• Nachfolgeeinrichtung A) Kalibrierung: Kalibrierung hat die Aufgabe, die dem Extrudat vorgebene Querschnittsgestalt maßgerecht bis zum Erstarren der Kunststoffschmelze zu erhalten.   Ziehblende: Gekühlte Ziehblenden verjüngen sich in der Innenkontur ein wenig. Abzugsgeschwindigkeit ist                          etwas größer als die Extruderleistung des Stranges.   Vakuumkalibrierung: Bei Rohren ist der Außendurchmesser genormt und wird kalibriert.   Druckluftkalibrierung (für Großrohre): Durch Druckluft wird das Extrudat von innen gegen ein gekühltes                                            Kalibrierrohr gedrückt. Luftzufuhr durch den Dorn, Verschluss über Schleppstopfen. B) Kühlung: Luft oder Wasser (Wasserbad oder Wasserdusche) C) Abzugseinrichtung: Vom Abzug wird das Extrudat erfasst und mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit abgezogen. Für Profile und Rohre: Raupenabzug   (Aber auch Band-, Rollen-, Trommel-, Walzenabzüge) D) Aufwickeleinheit: Für Folien oder Kabel, aber auch für Weichprofile und Schläuche E) Trennvorrichtung: Säge, Abschlagstrahl, Schlagschere
• Extrusionsanlage- & strecken Anlage zur Herstellung von Rohren und Profilen - Extruder - Rohr- und Profilwerkzeug - Kalibrierung - Kühlstrecke - Raupenabzug - Trennvorrichtung - Kipprinne Anlage zur Herstellung von Blasfolien  - Extruder  - Schlauchfolienwerkzeug/Blaskopf  - Kühlung (Kühlring)  - Flachlegeinheit  - Abquetsch- und Abzugswalzen  - Aufwickelvorrichtung Anlage zur Kabelummantelung  - Drahtabwickler  - Drahtrichtgerät  - Vorwärmgerät  - Extruder mit Quer- o. Schrägspritzkopf  - Kühlwanne  - Abzug  - Aufwickler
• RAM-Extrusion: Druck-Sinterverfahren für z.B. PTFE, UHMW-PE. Ein Stempelring (für Rohre) drückt das Pulver in den Spalt zwischen Zylinder und Innenrohr. Die Versinterung erfolgt bei hohen Temperaturen und Drücken.
• Extrusionsblasformen Unter Blasformen versteht man das Aufblasen eines extrudierten thermoplastischen Schlauchabschnittes in einem zwei geteilten Hohlwerkzeug (Negativwerkzeug). 1. Schritt: Extrusion eines Schlauchs (Vorformling) 2. Schritt: Umformen in der Blasstation Extrusion des Vorformlings: Im Gegensatz zum Folienblasen wird immer nach unten extrudiert. →Umlenkkopf (Zentral- o. Ringanströmung) - Wanddickenregulierung: So erhält das unterschiedlich gestreckte Endprodukt die gleiche Wandstärke - Speicher-/Akkukopfwerkzeug: Speichern Schmelze zwischen, damit der Extruder kontinuierlich laufen kann. - Coextrusionswerkzeug: Erzeugen mehrschichtige Vorformlinge Umformen in der Blasstation: Die Blasstation ist eine Einrichtung, in der der Vorformling zum fertigen Hohlkörperumgeformt wird. a)      Übergabe: Bei kontinuierlichem Schlauchaustritt muss das Blaswerkzeug den Schlauch abholen. Das Werkzeug übernimmt den Schlauch und bewegt sich von der Extrusionseinheit weg. (entfällt bei Akku-/Speicherwerkzeug) b)     Aufblasen: Für die Öffnung des Behälters wird der Dorn (Blasdorn) eingesetzt, der als Zu- und Abflusskanal benutzt wird. Gegenseite wird luftdicht abgequetscht. (Butze, Abquetschling) Für technische Artikel oder Spielzeug werden oft Hohlnadeln benutzt. Schließeinheit: Nimmt die Werkzeughälften auf und öffnet & schließt diese. Sie muss gegen den Blasdruck zuhalten. Antrieb hydraulisch oder elektrisch. Blaswerkzeug: Sind zweiteilig aufgebaut und enthalten einen Hohlraum, der der Hohlkörperkontur entspricht. Teilung in der Symmetrieachse. Der Blasdorn gehört ebenfalls zum Blaswerkzeug. - Im Bereich der Quetschkante, d.h. am oberen und unteren Ende, unterliegt das Werkzeug einem      erhöhten Verschleiß. Die Quetschkanten sind nicht messerscharf, sondern Flächen von 0,1…2mm Bereite. - Zur Aufnahme des überstehenden Materials (Butze/Abquetschling) sollten Quetschtaschen    (Butzenkammer) im Werkzeug vorgesehen werden. - Manipulatoren legen einen Extrusionsschlauch in ein 3D geformtes Werkzeug ein.         +Weniger Materialverbrauch       -Aufwand       (z.B. für Ansaugrohre, Krümmer,…)  Sequentielle Coextrusion: Vorformling mit harten und weichen Material hintereinander. Grafik
• Streckblasen Variante des herkömmlichen Hohlkörperblasens mit zusätzlicher Längsstreckung. (Anwendung bei Flaschen)Vorteile: + Weniger Metrialeinsatz (Kein Abquetschling/Butze) + Bessere Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit + Bessere GasbarriereDerzeit nur rotationssymmetrische Hohlkörper aus PVC oder Thermoplasten. Zwei (Haupt-) Verfahrensschritt:1) Herstellung eines Vorformlings mit der endgültigen Halspartie (Hals und Bodenbutzen werden im Werkzeug abgetrennt) (oder Vorformling aus Spritzguss)2) Etwas über die Erweichungstemp. erwärmter Vorformling wird in eine zweite/neue Blasstation übergeben. a) Verstrecken mit einem Streckstempel in Längsrichtung b) Verstrecken mit Blasluft in Umfangsrichtung^^
• Spritzgießen Vollautomatische Herstellung von Kunststoffformteilen in einem zyklischen Prozess. 1) Plastifizieren des pulverförmigen oder granulierten Aufgabeguts. 2) Überführung unter hohem Druck und hoher Geschwindigkeit in die Werkzeughöhlung 3) Abkühlung (möglicherweise Vernetzung) im Werkzeug 4) Entformung 3.5.1 Materialien (Spritzgießen

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