Sobald ein Polymer in einem Extruder geschmolzen, gemischt und unter Druck gesetzt wurde, wird es durch eine Extrusionsdüse gepumpt, um es (nach dem Abkühlen und Erstarren) kontinuierlich zu einem Endprodukt zu formen.Die gebräuchlichsten Düsentypen sind Flach-, Ring- und Profildüsen.Zu den durch Extrusion hergestellten Produkten gehören Rohre, Schläuche, Drahtbeschichtungen, Plastikflaschen, Kunststofffolien und -platten, Plastiktüten, Beschichtungen für Papier und Folien, Fasern, Fasern, Garne, Bänder und eine breite Palette von Profilen.
Die Polymerextrusion durch Düsen weist gewisse Ähnlichkeiten mit der Heißextrusion von Metallen auf, es gibt jedoch auch erhebliche Unterschiede.Bei der Metallextrusion wird das Material von einem Stößel vorwärts geschoben, während bei der Polymerextrusion das Material kontinuierlich von einer rotierenden Schnecke zugeführt wird.Bei der Heißmetallextrusion liegen die Temperaturen zwischen 340 °C für Magnesium und 1325 °C für Stahl, und die entsprechenden Drücke liegen zwischen 35 und über 700 MPa.1 5 Bei der Polymerextrusion überschreiten die Temperaturen selten 350 °C und die Drücke normalerweise nicht an der Schneckenspitze deutlich über 50 MPa ansteigen.Für die Herstellung bestimmter hochfester Produkte wurde die Festphasenextrusion von Polymeren entwickelt. Bei niedrigen Temperaturen bleibt die molekulare Orientierung, die durch das Drücken des Materials durch die Formdüse entsteht, im Extrudat erhalten.Die Extrusion fester Polymere weist gewisse Ähnlichkeiten mit der Kaltextrusion von Metallen auf.
Die Blasfolienextrusion ist das wichtigste Verfahren zur Herstellung dünner Kunststofffolien aus Polyethylen. Das geschmolzene Polymer wird durch eine Ringdüse (normalerweise in Spiralform) zu einem dünnwandigen Schlauch extrudiert, der gleichzeitig axial gezogen und radial expandiert wird.In den meisten Fällen bildet sich die Blasfolienblase senkrecht nach oben.Der maximale Blasendurchmesser ist in der Regel 1,2- bis 4-mal größer als der Düsendurchmesser.Die heiße Schmelze wird durch ringförmige Luftströme mit hoher Geschwindigkeit von externen Luftringen und gelegentlich auch von internen Luftverteilern gekühlt.Der verfestigte Film läuft durch einen Rahmen, der die Oberseite der Blase einklemmt, und wird von Rollen aufgenommen.Mit diesem Verfahren werden auch coextrudierte Folien mit 3 – 8 Schichten (manchmal bis zu 11) für den Einsatz in Lebensmittelverpackungen hergestellt.
Bei der Extrusion von Gussfolien und -platten wird ein Polymer durch eine Düse mit einer großen Öffnung (bis zu 10 m) auf eine oder mehrere gekühlte Stahlwalzen extrudiert, die das geschmolzene Material abschrecken und verfestigen.Als Folie wird im Allgemeinen ein Produkt definiert, das dünner als 0,25 mm ist, während Blech dicker ist. Das Gießfilmverfahren wird für sehr enge Toleranzen dünner Filme oder für Harze mit niedriger Viskosität verwendet.Bei den meisten Flachdüsen handelt es sich um T-Schlitz- oder Kleiderbügel-Designs, die einen Verteiler enthalten, um das fließende Polymer über die Breite der Düse zu verteilen, gefolgt von abwechselnd schmalen und offenen Schlitzen, um die gewünschte Strömungsverteilung und den gewünschten Druckabfall zu erzeugen.Bei den meisten heute hergestellten Gießfolienanlagen handelt es sich um Koextrusionsanlagen, bei denen Schichten aus bis zu sieben Extrudern durch Mehrfachverteilerdüsen oder Einzelverteilerdüsen mit Hilfe von Zuführblöcken zu einem Produkt zusammengeführt werden.
Bei der Folienextrusion betragen die Schergeschwindigkeiten an den Düsenlippen üblicherweise ~103 s21.Wenn die Wandschubspannung einen bestimmten Wert überschreitet (normalerweise 0,14 MPa in Forschungsarbeiten, höher in der Industrie mit Hilfe von Additiven), verliert die Extrudatoberfläche aufgrund des Haifischhaut-Schmelzbruchphänomens ihren Glanz. Haifischhaut kann als eine Abfolge von Graten beschrieben werden mit bloßem Auge sichtbar, senkrecht zur Strömungsrichtung.
Bei der Rohr- und Schlauchextrusion wird ein geschmolzenes Polymer durch eine ringförmige Düse gepumpt, woraufhin das extrudierte Produkt beim Ziehen durch einen Vakuumgrößenmesser läuft, wo es seine endgültigen Abmessungen erreicht.Anschließend erfolgt die Sprüh- oder Tauchkühlung und der Zuschnitt auf Fixlängen.Mit diesem Verfahren werden Rohre mit einem Durchmesser von bis zu 2 m oder mehr und Rohre mit Durchmessern von 10 mm bis unter 1 mm hergestellt.Die ringförmigen Matrizen haben normalerweise eine Spinnen- oder Spiraldornkonstruktion.
Bei der Draht- und Kabelbeschichtung werden einzelne Drähte oder Drahtpakete mit sehr hoher Geschwindigkeit quer zur Extruderachse durch eine Kreuzkopfdüse gezogen.Bei der Hochdruckextrusion trifft die Polymerschmelze vor dem Düsenaustritt auf den Draht oder das Kabel und dient beispielsweise der Isolierung einzelner Drähte.Bei der Niederdruckextrusion trifft die Schmelze nach dem Düsenaustritt auf das Kabel, beispielsweise bei der Ummantelung von Baugruppen isolierter Kabel.Bei diesem Verfahren treten häufig sehr hohe Schergeschwindigkeiten auf (bis zu 106 s2 1 ) und es werden niedrigviskose Harze verwendet.
Profilextrusion ist ein Herstellungsverfahren für Produkte mit konstantem Querschnitt.Diese können von einfachen Formen bis hin zu sehr komplexen Profilen mit mehreren Kammern und Fingern reichen.Beispiele reichen von Bilderrahmenleisten über Automobilverkleidungen bis hin zu Kanten für Tischplatten und Fensterleisten.Die extrudierten Materialien werden (grob) als starr oder flexibel klassifiziert.Die typische ProŽle-Extrusionslinie besteht aus einem Extruder, der ein Polymer durch eine ProŽle-Düse pumpt, gefolgt von einem Kalibrierbehälter oder Kalibrator, zusätzlichen Kühltrögen, einem Abzieher und einer Abschneidevorrichtung.Die Konstruktion von Profildüsen erfordert viel Erfahrung und Geduld. Leistungseinschränkungen bei der Profilextrusion ergeben sich entweder aus der Haifischhaut (für dünne Produkte aus hochviskosen Polymeren) oder aus der Möglichkeit, dickwandige Produkte abzukühlen.Die Extrusion von Polymerrohren und -profilen ähnelt der Warmfließpressung von Metallen zur Herstellung kontinuierlicher Hohlformen aus stabförmigen Gegenständen.Die mathematische Modellierung dieser Prozesse für Metalle basiert jedoch hauptsächlich auf elastisch-plastischen Strömungshypothesen.
Beim Schmelzspinnen fließt das geschmolzene Polymer durch zahlreiche Kapillaren (bis zu 1000) in einer Spinndüse.Das Polymer wird zur genauen Dosierung von einer Zahnradpumpe unter Druck gefördert, nachdem es einen Filter passiert hat, der dem Extruder folgt.Beim Austritt aus den Kapillaren werden die Fasern auf den gewünschten Durchmesser verfeinert. Zur Herstellung sehr dünner Fasern wird das Schmelzblasverfahren eingesetzt.Bei diesem Vorgang werden die Fasern durch die Widerstandskraft eines Luftstrahls mit hoher Geschwindigkeit gedämpft.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. April 2017