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Fachhochschule Hof Prof. Dr.Herbert Peiffer Mai 2004 SS 2004 Einführung in die Kunststofftechnik Kompendium zur Vorlesung „Kunststofftechnik“ für: WIng, WOT Nur für den persönlichen Gebrauch 2 Inhaltsverzeichnis 1. 1.1 1.2. 2. 2.1 2.2 2.2.1 2.2.1.1 2.2.1.1.1 2.2.1.1.2 2.2.1.1.3 2.2.2 2.2.3 3. 4. 4.1 4.2 4.3 4.4 Einführung in die Kunststofftechnik Überblick Eigenschaften der Kunststoffe, kurz gefasst Aufbau und Synthese von Kunststoffen Molekularer Aufbau von Kunststoffen Synthesereaktionen von Kunststoffen Die Polymerisation Sonderformen der Polymerisation Die stereospezifische Polymerisation Die Co- und die Pfropfpolymerisation Polymerblends Die Polykondensation Die Polyadditionn Überblick über wichtige Technologien Die Extrusion Allgemeines über die Extrusion von Kunststoffen Die Klassifizierung von Extrudern Schneckenkennlinie (Schneckencharakteristik, Extruderkennlinie) Zonenweise Behandlung der Plastifizierextruder 5. 6. 7. Literatur 3 1. 1.1 Einführung in die Kunststofftechnik Überblick In der Vorlesung Kunststofftechnik werden die wesentlichsten, am Markt vorhandenen Technologien besprochen. Die Kunststofftechnik umfasst generell die in der Tabelle aufgelisteten Disziplinen Kunststofftechnik Kunststoffherstellung • Morphologie Kunststoffverarbeitung • Erstellung von Verfahrenskonzepten Kunststoffprüfung • Bestimmung von mechanischen, chemischen, optischen und elektrischen Eigenschaften • Reaktionskinetik • Entwurf, Konstruktion und Herstellung von Verarbeitungsanlagen • Produktionsprüfung mittels zerstörungsfreier Prüfmethoden, einschließlich Schadensanalyse • Strukturmechanik • Einrichtung, Betrieb und Unterhalt von derartigen Produktionsmittel • Modifikation • Analyse mechanisch thermischer Prozesse, deren modellmäßige Simulation und die Erstellung von Optimierungskriterien • Kunststoffaufbereitung Compoundieren Granulieren Was soll uns die Vorlesung vermitteln? Durch die Kunststofftechnik soll in erster Linie ein grundlegendes Verständnis für • den Aufbau • Statistische Qualitätskontrolle Polyvinylchlorid (PVC). Typische Beispiele für Kunststoffe 1. Polyester (PET). unter Anwendung von Wärme und Druck einmal oder wiederholt formbar (solche Kunststoffe gehören zur Produktklasse der sogenannten Thermoplaste).4 • • die Wirkungsweise und die Verfahrenstechnik der geläufigen Technologien vermittelt werden. Was sind die Voraussetzungen für die Vorlesung? Voraussetzungen für die Vorlesung: Grundverständnisse in Chemie und in technische Zusammenhänge. die eventuell mit chemischen Reaktionen verbunden sind. Kautschuk. die auf synthetischem Wege (oder durch Umwandlung von Naturstoffen) hergestellt werden. • Das physikalische Merkmal der Formgebung der Kunststoffe sind thermodynamischrheologische1 Zustandsänderungen. die für das Verständnis der Vorlesung notwendig sind. Die chemische Reaktionen treten beispielsweise bei der Herstellung und Verarbeitung von Elastomeren und Duroplasten auf. je nach ihrem chemischen Aufbau. Polyamid (PA). Massenkunststoffe Polyethylen (PE). Polypropylen (PP)2. Polyurethane (PUR) Anwendungen von Massenkunststoffe (Auswahl): 1 2 Rheologie heißt auf Deutsch Fließkunde PE und PP gehören zur Produktklasse der Polyolefinen (Polyolefinen = Wachsartiger Kunststoff) . Zuvor soll eine kurze Einführung in die Begriffswelt der Kunststoffe gegeben werden. GFK-Platten. die aus hochmolekularen organischen Verbindungen bestehen (den Polymeren). Polystyrol (PS). Definition von Kunststoffen (auch Polymere oder Plastic genannt) • Kunststoffe sind Werkstoffe. • Sie sind. Die einzelnen Technologie werden dabei ab Kapitel 3 besprochen. Wärme. Fensterscheiben) • Reifen. Polycarbonat (PC). Flüssig-kristalline Kunststoffe (LCP = Liquid Crystalline Polymer). Polyimide (PI). Haushalt. • Verpackungsanwendungen. Keil.und Genussmittel. die zu unterteilen sind in starre und flexible Verpackung. etc. PBT. Zigaretten. Schläuche.und Türrahmen. Drogerieartikel. Hosen). 2. Technische Kunststoffe Spezielle Polyamide (PA). Getränkeflaschen aus PET. Transportbänder für Schüttgüter. PEN). Garne aus Polyester • Spritzgussartikel für den Automobilbereich aus ABS. Leiterplatten. Automobilbau. andere Implantate) aus PVC.und Schalldämmung. Technischer Kautschuk Anwendungen: • Faserverbundwerkstoffe für Seile. PC und POM (25 Volumen% des Autos bestehen aus Kunststoff) • Konstruktionswerkstoffe aus POM (Uhren. Hydroxyalkylcellulose Anwendungen • Lebensmittel-Verpackung (Schätzung: In 10 Jahren sollen etwa 30% aller Kunststoffverpackungen aus biologisch abbaubaren Kunststoffen bestehen) . Zierleisten) • Kleidung (Hemden. Schaumstoffe für Matratzen. Heimwerkermarkt. Computer. Rohre. ABS-Polymere. Jacken. Süßigkeiten (flow pack. Pullover. Beutel für Lebens.und Synthesekautschuk • Medizintechnik (Blutkonserven. spezielle aromatische Polyester (PET. Gelenke. Schokoladenriegel) • Profile für den Bau (Fenster.und Zahnradriehmen aus Natur. Menüschalen. Teppiche. aliphatische Polyester. Polyoxymethylen (POM).5 • Spritzgussartikel aller Art für den täglichen Gebrauch. EPDM 3. gleichzusetzen mit Kunststoff auf Basis von Milchsäure). Polymere aus modifizierter Stärke. Büroartikel. Dichtungen. Biologisch abbaubare Kunststoffe Polylactidacid (PLA. PA. In der BRD ist der Pro-Kopf-Verbrauch an Kunststoffen 112 kg/Kopf (USA 127 kg/Kopf. Einen beachtlichen Markt stellen auch Spielzeuge. Elektro-. Camping. PS und PVC entfallen mehr als 2/3 der gesamten Kunststoffproduktion.2 Haupteinsatzgebiete für Kunststoffe in der BRD in 2000 .5% Fahrzeugindustr ie 8% Verpackung 27% Bau 27% Elektroindustrie 7% Bild 1.und Haustechnik sowie Fahrzeug.1 Weltproduktion von Kunststoffen nach Kunststoffarten in 1998 (Thermoplaste insgesamt 125 Mio t) Bild 1. dass sich die Haupteinsatzgebiete auf das Bauwesen. Auf die thermoplastischen Standardkunststoffe wie PE. Blends 10% PUR 5% PS /EPS 8% Bild 1. weltführend).5% Möbelindustrie 8% Landwirtschaft 2% Haushaltswaren 4. Man sieht. Landwirtschaft.und Feingerätebau aufteilen.2 gibt eine Übersicht über die Einsatzgebiete der erzeugten Kunststoffe am Markt. PP. Polyethylen 29% Polypropylen 16% Duroplaste 17% PVC 15% technische Kunststoffe.6 Bild 1. Medizin.und Haushaltsgeräte dar.1 gibt eine Übersicht über die Weltproduktion der erzeugten Kunststoffe. Hobby. Sonstige 16. Verpackung. das bei niedrigen Temperaturen (im Winter) transparent ist und die Wärmestrahlung an das Mauerwerk durchlässt. Funktionspolymere Neben den Standardkunststoffen und den technischen Kunststoffen gibt es daneben noch eine weitere spezielle Gruppe von Kunststoffen. sehr speziellen Polymerklasse. Im Sommer bei hohen Temperaturen. die sogenannten Funktionspolymere. die das ursprünglich thermoplastische Material in einen hochfesten Kleber überführt. Fotoinitiator). Bei den polymeren Displays fungieren die Polymere als Leuchtdioden. Die Leuchtdioden können dabei verschiedene Farben annehmen.3 ist ein Überblick über die Entwicklung der Polymeren Werkstoffe gegeben. Polyacrylat mit eingebautem Fotoinitiator. Der heutige technisch verwertbare Stand wird in etwa durch den Übergang von der zweiten in die dritte . Solche Polymere sammeln z. können heute und morgen Anwendungen erschlossen werden. Bei ersteren handelt es sich um photoadressierbare Polymere. Wärmestrahlen und leiten diese an das dunkle Mauerwerk weiter. Beispiele für solche Polymere sind: • Schaltbare Polymere (durch Wärme.B. Sie können dabei die Ordnungszustände 0 (dunkel = kristallin) und 1 (hell = transparent) annehmen. Dies ist so gewollt. die hierdurch überhaupt ermöglicht werden. • Elektrorheologische Flüssigkeiten (bei diesen Substanzen wird das rheologische Verhalten durch ein starkes elektrische Feld verändert) • Polymere Datenspeicher und polymere Displays. die durch Halbleitereigenschaften spezieller Polymere erzeugt werden. Funktionspolymere machen nicht das Produkt aus. elektrisches Feld.B. In Bild 1. wird das thermotrope Polymer kristallin. eine Vernetzung des Polymers hervorgerufen werden.7 4. z.B. • Thermotrope Polymere (PC+Vinyl-Caprolactam-Copolymer). die sich ordnen. Das Funktionspolymer ist dabei ein sogenanntes thermotropes Polymer (VCC). Durch die Zugabe des Fotoinitiators kann z. Mit dieser. die der sogenannten Delphi-Prognose aus dem Jahre 1996 entspringt. Strahlung. sondern übernehmen innerhalb eines Produktes eine ganz spezielle technische Funktion. verliert damit seine Transparenz und lässt keine Wärme an das Mauerwerk durch. wenn sie mit einem Laserstrahl bestrahlt worden sind. Generation Massenkunststoffe Bild 1. Generation SuperEngenineering Plastics Shape Memory Polymere Ultrahigh advaned composites Hohe Kristallinität Magnetische Polymere Polymere für optische Funktionen Hohe Festigkeit und SteifigkeitWärm efestigkeit Polymerlegierungen 2. gerade erst jetzt beginnt eine neue Wachstumsphase. Supraleitfähige. kurz gefasst Gegenüber anderen Werkstoffe (Eisenmetalle.2 Eigenschaften der Kunststoffe. Generation molekular geordnete K. Hochleistungs kunststoffe Funktionskunststoffe Composites Im Nanobereich geordnet HybridWerkstoffe Im submikroskopischen Bereich geordnet 4. Aus diesem Chart folgt unmittelbar: Kunststoffe haben eine große Zukunft. Der Entwicklungsstand wird dagegen durch den Übergang von der dritten in die vierte Generation dargestellt.8 Generation dargestellt. Nichteisenmetalle) haben Kunststoffe hervorstechende Eigenschaften. Generation Engenineering Plastics Leitfähige.3 Die Entwicklung der polymeren Werkstoffe 1. Diese „besonderen“ Eigenschaften bestimmen hauptsächlich ihr Einsatzgebiet.stoffe Intelligente Polymere Biologisch wirksame Polymere Flüssigkristalline Kunststoffe (LCP) 3. Halbleitende Polymere Polymere mit selektiver Abstoßung Faserverstärkte Kunststofe 1. . und Elastizitätsmodulbereiche gummielastischer bis stahlelastischer Werkstoffe denjenigen von Metallen. Thermoformen. Hierdurch können relativ einfache und damit billige Fertigungsmethoden angewendet werden (z.9 • Kunststoffe sind leicht Kunststoffe sind deutlich leichter als Metalle. • Kunststoffe haben niedrige Verarbeitungstemperaturen Die Verarbeitungstemperaturen erstrecken sich von Raumtemperatur bis zu etwa 300°C. Treibmitteln. in der Verpackung (PET-Flaschen) und als Leichtbauwerkstoffe in der Flugzeugindustrie. Fasern.7 Elastizitätsmodul N/mm Zugfestigkeits. Verarbeitungshilfen. . Dieser Eigenschaft verdanken sie vielen Anwendungen im Fahrzeugbau.2kg/dm3 (Polytetrafluorethylen). wie Farbpigmente. Die Flexibilität in den Eigenschaften von Kunststoffen wird von keiner anderen Werkstoffgruppe auch nur annähernd erreicht.B. Spritzgießen. Stabilisatoren. Extrudieren).8kg/dm3 (Polymethylpenten) und 2.7). Ihre Dichten liegen zwischen 0. etc. Bild 1. Sie reichen von denjenigen eines weichen Kautschuks bis zu Zugfestigkeit N/mm Metalle Faser Thermoplastische Polymere 2 Kautschuk 101 102 103 104 105 2 Bild 1. Des Weiteren erlauben die niedrigen Verarbeitungstemperaturen die Einarbeitung einer Vielzahl von teils wärmeempfindlichen Füllstoffen. • Kunststoffe sind flexibel Der Elastizitätsmodul (= E-Modul) und die mechanischen Festigkeiten sind sehr weit gespreizt (vgl. 8 W/mK und Stahl Zu nennen sind hier die Wärmeleitfähigkeit R. PET). ist damit um drei Größenordnungen kleiner als diejenigen von Metallen ( = Kunststoffe gehören damit zu den wichtigsten thermischen Isolationswerkstoffen (z. womit sie als Energielieferer gelten. Dies unterstützt ihren Einsatz bei Haus. n-Heptan. PUR-Schäume). Andererseits können Kunststoffe in organischen Lösungsmitteln (wie z.3-Dioxolan) gelöst werden. . sowie bei Spielzeugen sehr. Dichloressigsäure. aber auch im Haushalt oder bei Kraftfahrzeugen. Kunststoffabfälle können heutzutage wiederverwertet werden. THF. welches Lösungsmittel geht und welches nicht). Daneben sind die meisten Kunststoffe sehr gut brennbar. Anwendungen finden sich vor allem im Baubereich. Die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen 50W/mK). VIP).10 • Kunststoffe haben niedrige Leitfähigkeiten und der elektrische Durchgangswiderstand liegt im Bereich von 0. dass die Lösungsmittel spezifisch wirken und nicht von vornherein gesagt werden kann. ob der vorliegende Kunststoff von dem vorliegenden Lösemittel gelöst werden kann (auch der Chemiker muss hier probieren.und Elektrogeräten. da sie zu ihrer Herstellung und ihrer Verarbeitung nur wenig Energie benötigen. Der elektrische Durchgangswiderstand R liegt bei homogenen Kunststoffen zwischen 1010 und 1018 FP (U LVW GDPLW DOVR PHKU DOV  *U|‰HQRUGQXQJHQ K|KHU DOV EHL GHQ schlechtest leitenden Metallen (Konstantan). Wichtig ist in diesem Zusammenhang jedoch. • Kunststoffe haben eine hohe chemische Beständigkeit Das Wort Korrosion ist bei Kunststoffen so gut wie unbekannt. sei es als sogenanntes Eigenrecyclat oder als Reclyclat. Kunststoffe werden daher speziell für die Isolierung von elektrischen Leitungen und Kabeln genutzt (PVC. ABS. • Kunststoffe lassen sich hervorragend recyclieren Kunststoffe gelten als umweltfreundliche Material. PS-. Kunststoffe sind nahezu gegen alle Säuren beständig. welches down-recycled wurde. Zusammen mit in ihnen enthaltenes Vakuum stellen sie die besten bekannten Isolationswerkstoffe dar (= Vacuum Isolated Pannel.B.B. 1.1 bis 0. 1 Der Aufbau eines Ketten. Sie sind daher als umweltneutral (umweltfreundlich) einzustufen. die aus einer Vielzahl von Wiederholungseinheiten besteht. bzw.oder eines Makromoleküls . anderen Atomen aufgebaut sind. • Das kennzeichnende Merkmal von Kunststoffen ist. die Kohlenstoff enthalten. 2. dass sie aus Makromolekülen bestehen. die aus einzelnen Molekülen aufgebaut sind.1 als Stäbchenmolekül dargestellt. Ein Makromolekül kann man sich relativ einfach als eine lange Kette vorstellen. aus Kohlenstoffatomen und weiteren. Eine solche Kette ist in Bild 2. Dies unterscheidet sie damit grundsätzlich von den meisten anderen Werkstoffen.1 • Aufbau und Synthese von Kunststoffen Molekularer Aufbau von Kunststoffen Kunststoffe sind aus organischen Verbindungen aufgebaut.11 Kunststoffe haben ein ungewöhnlich breites und variables Eigenschaftsspektrum und lassen sich vor allem recyclieren. 2. Bild 2. Organische Verbindungen sind solche Verbindungen. teilt sich mit ihnen die Elektronen und gelangt so quasi zur Edelgaskonfiguration. Der Kohlenstoff versucht nun diese Lücken in seiner äußeren Schale dadurch aufzufüllen. wie in Bild 2.oder Makromoleküle entstehen z. fehlen auf der äußeren Schale 4 dieser Elektronen. Bei dieser Bindungsart werden die Lücken in der äußeren Schale des jeweiligen Atoms durch die sogenannten freien Valenzen (das sind die fehlenden Elektronen in der äußeren Schale) aufgefüllt. Die Anzahl der Wiederholungseinheiten wird auch mit mittlerem Polymerisationsgrad n bezeichnet.B.3 dargestellt ist.12 • Die Länge einer solchen Kette besteht aus mehreren Hundert bis mehreren Tausend solcher Wiederholungseinheiten. durch die Verbindung oder die Aneinanderlagerung solcher freien Valenzelektronen mit anderen Kohlenstoffatomen.und Mehrfachbindung. • Ketten. Zu unterscheiden ist hier generell zwischen Einfach. • In Bild 2.2 sind Beispiele für mögliche Anordnungen der Valenzen beim Kohlenstoffatom Bild 2. Da Kohlenstoff 4 dieser freien Valenzen aufweist. . spricht man auch von einem 4-wertigen Atom. Die Bindungen zwischen den Monomermolekülen sind in der Regel kovalente Bindungen (auch homöopolare Bindung oder Elektronenpaarbindung genannt). Beim Kohlenstoff z. • • Die Wiederholungseinheiten bestehen aus den sogenannten Monomeren und den Bindungen zwischen den Monomeren. • Das Kohlenstoffatom lagert sich daher mit anderen Atomen zusammen. Auf Grund des Mechanismus der Kettenbildung sind nicht alle Ketten gleichlang. so dass man einen Mittelwert für den Polymerisationsgrad angibt.B. die das Kohlenstoffatom eingehen kann. indem er sich Elektronen von anderen Atomen leiht.2 Zur Valenztheorie von Kohlenstoffatomen dargestellt. 4 • H C H H C H H C H H C H H C H H C H H C H Zur Entstehung von Polyethylen Die wichtigste Größe zur Charakterisierung einer Kette ist das Molekulargewicht Mw (auch Molmasse genannt). dass es sich um ein Makromolekül mit dem Polymerisationsgrad n handelt. Fluor F. • Im einfachsten Fall sind die noch fehlenden Atome Wasserstoff H. Chlor Cl oder Stickstoff N sein.4). die in der Klammer die Monomereinheit (das Ethylen) enthält. Bei der Anlagerung von Wasserstoff an das Kohlenstoffatom entsteht Polyethylen.13 Bild 2. Andere Atome können z. als den am einfachsten aufgebauten Kunststoff (vgl. Mw = M * n Die Fähigkeit des Kohlenstoffs. Das Molekulargewicht Mw ist definiert als das Produkt aus Molmasse für das Monomer und dem mittleren Polymerisationsgrad n. Kettenmoleküle zu bilden. Die Kurzform für den Aufbau der Kette aus Ethyleneinheiten ist im rechten Teil des Bildes dargestellt. Sauerstoff O.3 • Zur Entstehung von Ketten.B. Diese Form bezeichnet man auch als Strukturformel. um einige gängige Atome zu nennen. liefert die Grundlage für die meisten Polymere. 1.oder Makromolekülen Die noch freien Valenzen werden durch andere Atome abgesättigt. Bild 2. Wasserstoff H. Die Zahl n bedeutet. H C H Bild 2. Der Polymerisationsgrad n und das Molekulargewicht Mw geben Aufschluss über die Kettenlänge.1 . dass die Moleküle sehr reaktiv sind und zur Absättigung weitere Reaktionen eingehen können.und H.2 Synthesereaktionen von Kunststoffen Es gibt im Wesentlichen drei Aufbaureaktionen von Kunststoffen.. Das Ethylen besteht nur aus C. d. Dies bringt zum Ausdruck.2. • • • Das einfachste Beispiel für ein ungesättigtes Molekül ist das Ethylen (chemisch auch Ethen genannt). Moleküle mit Doppel.h. Die Monomere bleiben dabei für sich erhalten.oder Dreifachbindungen zwischen zwei C-Atomen.Atomen. ohne das dabei ein Nebenprodukt abgespalten wird. Die Polymerisationsreaktionen sind alle exotherm.oder Dreifachbindungen werden als ungesättigt bezeichnet. Wie entsteht nun aus dem Ethylen (oder Ethen) das Polyethylen. die für die Polymerisation von Monomeren zum Polymeren (= Polymerisat) gilt (vgl. • Unter Polymerisation versteht man chemisch gesehen die Aneinanderreihung der Monomeren bzw. aber auch einige technische Kunststoffe werden durch die Polymerisation hergestellt. die technische Bedeutung gewonnen haben.5).14 2. 2. Die Polymerisation betrifft daher vornehmlich Massenkunststoffe. wie hat man sich die Polymerisation vorzustellen? Dazu wollen wir uns zunächst die allgemeine chemische Bruttoreaktion anschauen.1 Die Polymerisation Die Polymerisation hat die größte technische Bedeutung erlangt. Bild 2. • Eine wesentliche Voraussetzung für den Start der Polymerisation ist das Vorhandensein von Doppel. Durch die Polymerisation werden von der Molekülstruktur her vergleichsweise einfache Kunststoffe erhalten. besitzen eine . Es sind dies • • • die Polymerisation die Polykondensation und die Polyaddition. den Wiederholungseinheiten. .und in Emulsionspolymerisation. R Monomer R Polymer (Polymerisat) − ∆H Bild 2. Bei der Polymerisation wächst die durch ein Radikal gestartete Polymerkette durch Anlagerung einzelner Monomermoleküle in einer Kettenwachstumsreaktion. „R“ steht allgemein für „Rest“. Bei der Polymerisation wird unterschieden in Masse-. Lösungsmittel. • Bei der Massepolymerisation enthält das Reaktionsvolumen außer dem Monomeren. • Bei der Lösungsmittel. Mit dieser Polymerisationsart werden die reinsten Polymerisate hergestellt. • Die einfachsten Verbindungen mit C-C-Doppelbindungen sind die sogenannten Vinylverbindungen. Der Aggregatzustand des Monomeren ist meist gasförmig. gasförmiges Ethylen. z. dem Initiator und dem Katalysator keine weitere Stoffe.und bei der Emulsionspolymerisation sind die Monomeren entweder in einem Lösungsmittel gelöst oder in einem Emulgator dispers verteilt. Die meisten Stoff lassen sich nach allen drei Verfahren herstellen. Nach der Polymerisation müssen das Lösemittel und der Emulgator vom Polymeren getrennt werden. Bekannte Beispiele hierfür sind das Polyvinylchlorid oder das Polyvinylfluorid.5 • • Die chemische Bruttoreaktion einer Polymerisation Erläuterungen zu obiger Formel.15 Reaktionsenthalpie ∆H zwischen 40 und 100kJ/mol Monomer und sind mit einer Verringerung der Entropie verbunden. wobei der Vinylrest durch die chemische Formel CH2 = CHgekennzeichnet ist.B. Das Ergebnis der Polymerisation ist ein Polymerisat. H R C H Bild 2. die ein Metallatom enthalten) ist man in der Lage . Der restliche Anteil des Polymeren ist amorph. Es gehört damit zu den teilkristallinen Thermoplasten. die Copolymerisation und die Pfropfpolymerisation.1 Die stereospezifische Polymerisation Die stereospezifische Polymerisation wollen wir am Beispiel von Polypropylen erläutern.1.16 2.6 CH3 C H H CH3 C H C H H C CH3 C H n-1 H Isotaktisches Polypropylen (IPP) Auf Grund des regelmäßigen Aufbaus des Makromoleküls ist isotaktisches PP in hohem Maße zur Kristallisation befähigt. .6).1 Sonderformen der Polymerisation Im Rahmen der Vorlesung wollen wir kurz auf drei verschiedene. Bei der Verwendung bestimmter Katalysatoren (z. Die Kristallinität oder der kristalline Anteil von IPP beträgt etwa X = 65% (X = mkristallin/mgesamt) und der Kristallschmelzpunkt beträgt etwa TK = 164 °C. Es sind dies • • • die stereospezifische Polymerisation.1. • Isotaktisches Polypropylen (IPP): Hierbei ragen die Methylseitengruppen (die CH3Gruppen) von der Kohlenstoff-Hauptkette räumlich geordnet in gleicher Richtung heraus (Bild 2. die CH3-Gruppe (die Methylseitengruppe) in Bezug auf das C-C Gerüst sterisch (räumlich) verschieden anzuordnen. 2. Die Kristallitschmelzpunktstemperatur wird industriell mittels DSC gemessen.B. Nicht nur wegen seiner guten mechanischen und optischen Eigenschaften stellt IPP den größten Anteil in der Wirtschaft dar.2.2. die Ziegler-Natta-Katalysatoren. aber technisch und wirtschaftliche bedeutsame Sonderformen der Polymerisation eingehen.1. 1.und Pfropfpolymerisation . der vergleichsweise weich und klebrig ist.1. als Siegelrohstoff. den Metallocenen.B.2 Die Co. neuer Katalysatoren.2. z.7). Auf Grund neuer Techniken und neuartiger Katalysatoren (Metallocene) hat sich die Einsetzbarkeit von SPP deutlich erhöht. 2.8). • Ataktisches Polypropylen (APP): Hierbei zweigen die Methylseitengruppen von der Kohlenstoff-Hauptkette räumlich gesehen ungeordnet in entgegengesetzter Richtung heraus (Bild 2. „ hot melts“ ). Es bildet sich daher ein amorpher Thermoplast. H R C H Bild 2.7 Syndiotaktisches Polypropylen (SPP) Das syndiotaktisches PP ist ebenfalls zur Kristallisation befähigt.8 H C CH3 H C H H C CH3 H C H CH3 C H H C H H C CH3 Ataktisches Polypropylen (APP) Das APP ist nicht zur Kristallisation befähigt.-% im IPP vorhanden.17 • Syndiotaktisches Polypropylen (SPP): Hierbei zweigen die Methylseitengruppen von der Kohlenstoff-Hauptkette räumlich geordnet alternierend in entgegengesetzter Richtung heraus (Bild 2. H R C H H C CH3 H CH3 C H C H H C H H C CH3 H C CH3 C H n-1 H Bild 2. Daneben ist APP immer zu Anteilen von 1 bis 5 Gew. Durch Einsatz spezieller. kann der ataktische Anteil im IPP deutlich gesenkt werden. Sein Einsatz ist vergleichsweise beschränkt und bezieht sich hauptsächlich auf die Herstellung von Schmelzklebstoffen (engl. 18 • Bei der Copolymerisation werden Gemische von verschiedenen Monomeren (mindestens zwei. bei drei Monomeren spricht man auch von Terpolymeristion) gemeinsam polymerisiert. Hier besteht die Molekülkette aus Ethylen. …) sind in der Regel verschieden zu denen der entsprechenden Homopolymeren. wenn die fertigen Homopolymerisate physikalisch miteinander vermischt und dann zu Produkten verarbeitet werden. Geringere Kristallinität des Copolymeren.1. Die Blends können dabei mischbar oder nicht mischbar sein. • • Welche vorteilhafte Eigenschaften des Copolymerisats erreicht man durch die Copolymerisation von Propylen mit Ethylen? Hierzu einige Beispiele: Absenkung des Schmelzpunktes von 164°C auf 125°C durch Zugabe von ca.1. Das Material wird hierdurch heißsiegelbar und besser oberflächenbehandelbar. 2.3 • Polymer-Blends Im Unterschied zu Copolymerisaten spricht man von Blends. Außerdem ist es deutlich duktiler als das vergleichbare Homopolymerisat und ist in der Regel transparent. wird bei vielen Ethylen-PropylenCopolymeren das Ethylen nur zu geringen Anteilen (gewöhnlich bis zu 8 Gew. . Die Eigenschaften des Copolymerisats (TG. TK. • Ein einfaches Beispiel für ein Copolymerisat stellt das Ethylen-Propylen-Copolymer (Bild 2. Die Polymerkette ist daher mindestens aus zwei verschieden Monomeren aufgebaut. Man spricht in diesem Fall auch von einer Polymerlegierung. 8Gew.9) dar.-% Ethylen) dem Propylen dazu gegeben.und Propylen-Einheiten. Bei den H R C H Bild 2.9 H C CH3 H C H H C H H C H H C H H C H H C H C H C CH3 CH3 H Molekularer Aufbau von Ethylen-Propylen-Copolymer meisten technisch verwertbaren Copolymeren ist eine Komponente in einem vergleichsweise geringen Anteil vorhanden.B.-% Ethylen zum Propylen.2. Z. B. Bei der Polykondensation wird ein Polykondensat gewonnen. makromolekulare Stoffe entstehen. • Polykondensationen sind aus einzelnen Kondensationsschritten bestehende Stufenreaktionen von mindestens bifunktionellen Komponenten (in diesem Fall besitzt das Molekül zwei reaktive Endgruppen). PP+KWH. • Als Nebenprodukt wird meist Wasser erhalten. • Bei der Polykondensation werden in der Regel verschiedene Reaktionskomponenten mit reaktionsfähigen Endgruppen miteinander verknüpft. PP+PE. Daher rührt auch der Name. Schwefelsäure oder Alkohol. 2. Nicht mischbar z.2.B. Die Kombination verschiedener Monomere in Copolymeren oder verschiedener Polymere in Blends liefert uns die Möglichkeit. wobei unter Abspaltung von einfachen Molekülen. das als Kondensat abfällt. Beispiele für funktionelle Endgruppen sind - bei Aromaten das Bei Alkoholen die Bei Isocyanaten die -H -OH -N = C = O (= Wasserstoffatom) (= Hydroxylgruppe) (= Isocyanatgruppe) . Bei der Polykondensationsreaktion ändert sich sowohl die Anordnung der Atome als auch ihre chemische Zusammensetzung. Eigenschaften verschiedener Kunststoffe gezielt einzustellen und zu verbessern. Dies hat gewöhnlich eine starke Rauhigkeit des Blends (Mischpolymerisats) zur Folge. wie Wasser.19 Mischbar z. Hierbei lagern sich die KWHe in die amorphen Phasen des PP und können auch mit Hilfe eines Lichtmikroskops nicht von diesen unterschieden werden.2 • Die Polykondensation Unter Polykondensation versteht man die Vereinigung vieler gleichartiger oder verschiedenartiger Grundmoleküle zu einem Makromolekül unter Abspaltung eines Nebenprodukts. Das Nebenprodukt muss von dem Reaktionsprodukt abgetrennt werden. PET entsteht durch Polykondensation von Therephthalsäure und Ethylenglykol. welche zwei ungleiche. Ausgangspunkt für diese Reaktion bildet die folgende Gleichung. verwendet man zwei verschiedene Monomere. die immer gilt: Alkohol + Säure = Ester + Wasser Ester sind in diesem Fall chemische Verbindungen. die folgende spezifische Gruppe enthalten: - Ester (= Estergruppe) • Wegen seiner großtechnischen Bedeutung wird an dieser Stelle kurz auf die Polykondensation des Polyethylenterephthalats (abgekürzt PET) eingegangen.20 - Bei Amiden die -NH2 (= Amingruppe) • Am einfachsten kann die Polykondensation von linearen (nicht verzweigten) Polykondensaten dargestellt werden. wobei als Nebenprodukt Wasser abgespaltet wird. wobei zwischen folgenden beiden Möglichkeiten unterschieden wird: 1. Hierzu werden als Ausgangsstoffe bifunktionelle Verbindungen benötigt. das ist die Polykondensation von Diolen mit Dicarbonsäuren beispielhaft dargestellt. In Bild 2.10 sind die chemische Formeln für die Terephthalsäure und das Ethylenglycol (= Äthandiol) dargestellt. . Man geht entweder von einem Monomeren aus. In diesem Fall bildet sich allgemein ein Polyester. die jeweils zwei gleiche reaktive Gruppen enthalten und miteinander reagieren können. Polykondensation von Diolen mit Dicarbonsäuren unter Abspaltung von Wasser. Diese ist technisch und wirtschaftlich gesehen am bedeutsamsten. • Im Folgenden wird die letzte dieser beiden Möglichkeiten. zur Polykondensation geeignete funktionelle Gruppen im Molekül enthält oder 2. Auch hier handelt es sich um eine Stufenreaktion. ). Zinkacetat als Katalysator aus der chemischen Reaktion von Terephthalsäure und Ethylenglycol das Zwischenprodukt bis(hydroxyethyl)terephthalat (= BHET). Als Polykondensationskatalysator wird bis heute SB angewendet. Ge. in Zukunft werden aus lebensmittelrechtlichen Gründen andere Katalysatoren verwendet (z. Ti. Daneben wird für die Herstellung kleiner Chargen die Umesterung über das Dimethylterephtalat (DMT) der Terephthalsäure mit Diolen angewendet.11b zur besseren Verdeutlichung als Strukturformel).11).. Zunächst wird bei vergleichsweise niedriger Temperatur (< 200°C) mit Hilfe von z.B. In der zweiten Stufe (der Polykondensation) erfolgt durch stufenweise Aneinanderlagerung des BHET’s mit entsprechenden Umlagerungen von Atomen die Polykondensation zu Makromolekülen. das (zum überwiegendem Teil) abgetrennt werden muss. . in Bild 2.. Bild 2..11a. • Direktveresterung: Die Herstellung von Polyethylenterephthalat erfolgt in zwei Stufen (Bild 2.B.21 Bild 2. Bei dieser Reaktion entsteht als Nebenprodukt noch Diethylenglykol. unter Abspaltung von Wasser gebildet (vgl. Summenformel.10 Terephthalsäure und Ethylenglycol (= Äthandiol) • Die Herstellung von PET erfolgt heute großtechnisch meist über eine Direktveresterung des Terephthalsäure und dem Ethylenglycol. 22 Bild 2. Strukturformel). Zunächst wird bei vergleichsweise .12.11b TPA-Prozess zur Herstellung von PET (Strukturformel) • Umesterung (= DMT-Methode): Die Herstellung von Polyethylenterephthalat erfolgt ebenfalls in zwei Stufen (Bild 2.12a TPA-Prozess zur Herstellung von PET (Summenformel) HO OH Bild 2. 2. späteren polymeren Produkte .B. Polyimide und die wichtige Gruppe der Silikone.3 • Die Polyaddition Bei der Polyaddition lagern sich mindestens zwei gleiche. so dass auch hier das Molekulargewicht der entstehenden Polymere im Lauf der Reaktion ständig zunimmt. • Wie die Polykondensation ist auch die Polyaddition eine Stufenreaktion.12 DMT-Prozess zur Herstellung von PET (Strukturformel) niedriger Temperatur (< 200°C) mit Hilfe von z.B. meist jedoch verschiedenartige bifunktionelle Verbindungen zu einem Makromolekül zusammen. die aus voneinander unabhängigen Einzelreaktionen besteht. das Polycarbonat. die verschiedenen Polyamide. unter Abspaltung von Methylalkohol gebildet. Die in den einzelnen Stufen gebildeten oligomeren bzw.23 Bild 2. Phenolharze. Die Verknüpfung der Grundbausteine erfolgt vielmehr in den meisten Fällen unter gleichzeitiger Wanderung eines H-Atoms. Zinkacetat als Katalysator aus der chemischen Reaktion von Dimethylterephthalat und Ethylenglycol das Zwischenprodukt bis-(hydroxyethyl)terephthalat (= BHET). • Andere wichtige Polykondensate sind z. Im Gegensatz zur Polykondensation wird hier kein niedermolekulares Nebenprodukt abgespalten. In der zweiten Stufe (der Polykondensation) erfolgt dann die Herstellung von Polyethylenterephthalat durch Umsetzung des BHET’s wie zuvor bei dem TPA-Prozess beschrieben. Auch hier wird wiederum auf die Literatur verwiesen.2. je mehr reaktionsfähige Bausteine im Molekülverbund enthalten sind. ziemlich spröder Schaumstoff bekannt. Bei der Polykondensation entstehen niedermolekulare Nebenprodukte. Diese werden fast ausschließlich durch Polyaddition von difunktionalen Hydroxygruppen eines Dialkohols (= Glykol) mit der Isocyanatgruppe eines Diisocyanats hergestellt (Bild 2. der im Baugewerbe. Polyurethan ist allen als gelblicher. der hier nicht dargestellt ist. bei der Polyaddition nicht. das die Polyaddition über einen Übergangskomplex verläuft. Angemerkt sei noch. • Als Beispiel zur Erklärung der Vorgänge bei der Polyaddition soll die Herstellung von Polyurethan (PUR) herangezogen werden. bei denen die Grundbausteine durch Urethangruppen miteinander verknüpft sind. • Das Ergebnis einer Polyaddition ist ein Polyaddukt. die umso engmaschiger vernetzt sind. { . In der Regel entstehen hierbei vernetzte Polyurethane.13). An die frei werdende Valenz des N-Atoms wandert das H-Atom der OH-Gruppe. Bei der Polykondensation und bei der Polyaddition werden Makromoleküle in einer Stufenwachstumsreaktion aus Monomeren mit reaktiven Endgruppen gebildet. • Unter Polyurethane bezeichnet man Makromoleküle. während sich die nunmehr freie Valenz des O-Atoms mit der freien Valenz des C-Atoms verbindet.13 Schema einer Polyaddition • Bei dieser Reaktion wird die Doppelbindung des N-Atoms aufgeklappt. Neben Polyurethane werden auch Epoxydharzkunststoffe durch Polyaddition gewonnen. aber auch in der Autoindustrie Verwendung findet. Bild 2.24 besitzen die dieselben funktionellen Endgruppen und daher auch dieselbe Reaktivität wie die Ausgangsstoffe. Gleitmittel. Tiefziehen. den Additiven (Farbpigmente. mit Zusatzstoffen beaufschlagt. Die Verfahren werden in späteren Vorlesungen ausführlich behandelt. Das Granulat wird in Säcken verpackt oder gelangt direkt über Tankwagen in die Verarbeitung.1 • • Die Aufbereitung von Kunststoffen Nach ihrer Herstellung (in einer Chemiefabrik) liegen die Polymere als Pulver oder als viskose Flüssigkeit vor.25 3.2 Das Extrudieren von Kunststoffen Unter Extrusion oder Extrudieren versteht man die kontinuierliche Herstellung eines Halbzeuges. 3. 3. Für die Verarbeitung der Polymere zu Halbzeugen oder zu Endprodukten in der kunststoffverarbeitenden Industrie müssen sie zunächst in eine geeignete Granulatform gebracht und mit entsprechenden Zusatzstoffen.1) setzt sich unter anderem zusammen aus dem Extruder. Daher sollen sie an dieser Stelle nur ganz kurz skizziert und erläutert werden. • • Die geschieht im Chemiewerk selbst und zwar in der Aufbereitung (oder in der Compoundierung). filtriert und in einem Granulator granuliert. Eine Extrusionsanlage (Bild 3. die der Herstellung direkt nachgeschaltet ist. Antiblockmittel) versetzt werden. Kalandrieren.dem Schmelzeextruder – das flüssige Polymer homogenisiert. In der Kunststoffaufbereitung wir in einem großen Extruder . Extrusionsblasen und das Schäumen. Spritzgießen. Rohres oder einer Folie aus Kunststoff. dem Filter. Der Extruder ist das Kernstück einer jeden . Überblick über die wichtigsten Kunststofftechnologien Die wichtigsten Verarbeitungstechnologien sind das Extrudieren. der Kühlung und der Konfektionierung. dem Werkzeug (Düse). 2 Das Blasformen und das Streckblasen Blasformen • Beim Blasformen wird zunächst ein Polymerschlauch mittels Extrusion und Extrusion dieses Schlauches in ein Werkzeug. Streckblasen • • Eine Sonderform des Extrusionsblasens ist das Streckblasen. Das Werkzeug wird dann geschlossen. erwärmt. Platte.26 Extrusionsanlage und hat die Aufgabe. die zwischen Glastemperatur Tg und Schmelztemperatur Ts liegt. • Mit Pressluft wird der Schlauch in die Formgeblasen. Dort wird die Schmelze zu dem gewünschten Halbzeug (Rohr.2 dargestellt ist. . das Formteil wird abgekühlt und aus der Form ausgeworfen. Bild 3. das innen die Kontur /Form des herzustellenden Produktes aufweist. Hierbei wird ein spritzgegossener Vorformling in die Form gebracht und auf eine Temperatur T. eine homogene Schmelze in ausreichender Menge mit der notwendigen Temperatur und dem notwendigen Druck in das nachfolgende Werkzeug zu fördern.1 Prinzipsskizze einer Extrusionsanlage 3. welches schematisch in Bild 3. Profil) ausgeformt und in einem nachfolgenden Wasserbad erfolgt die Erstarrung der Schmelze zum Produkt. wobei die Umformung unter Druck geschieht. wird das plastifizierte Material durch axialen Vorschub der Schnecke in das Werkzeug eingespritzt (Schritt 2). wobei sich die Moleküle im Wesentlichen planar orientieren.und in Umfangsrichtung verstreckt. dass hohe mechanische Festigkeiten und eine brillante Optik aufweist.27 • • In der beheizten Form wird der Vorformling in Längs. 3. Das Verfahren wird vorteilhaft bei der Herstellung von komplizierten Formteilen für Massenartikel eingesetzt.3 ist schematisch der Verfahrensablauf beim Spritzgießen dargestellt. Nach Schließen des Werkzeuges (Schritt 1). Durch die in den Werkstoff eingebrachten Orientierungen werden die mechanischen Eigenschaften der Ausgangsrohstoffe deutlich verbessert Bild 3. Das Rohmaterial (Granulat oder Pulver) wird zunächst durch die Rotation einer Schnecke plastifiziert. Das Spritzgießen umfasst damit im Wesentlichen die diskontinuierliche Herstellung von Formteilen aus polymeren Formmassen. In Bild 3.4 Das Spritzgießen Das Spritzgießen ist eines der wesentlichen Produktionsverfahren bei der Verarbeitung von Kunststoffen. . welches einen Hohlraum entsprechend dem Formteil aufweist.2 Prinzip des Streckblasprozesses Bevorzugte Rohstoffe zur Herstellung von Flaschen ist Polyethylenterephthalat (PET). Der Hauptvorteil des Kalandrieren besteht in den kurzen Verweilzeiten und den vergleichsweise niedrigen Temperaturen. In Bild 3. 3.28 Bild 3. Der letzte Verfahrensschritt umfasst das Öffnen des Werkzeuges und das Auswerfen des Formteils (Schritt 4).5 Das Kalandrieren Das Kalandrieren wird zur Herstellung von Folien und Platten (Fußböden) aus Polyvinylchlorid (PVC) verwendet. Der Durchmesser der einzelnen Walzen einer . Dies kommt insbesondere dem thermisch sehr empfindlichen PVC zu Gute.4 ist ein Beispiel für einen solchen Kalander dargestellt. die angewendet werden können. Hierbei handelt es sich um die sogenannte L-Form eines Kalanders.3 Prinzipsskizze einer Spritzgussanlage Anschließend wird die Schmelze im Werkzeug gekühlt (Schritt 3). B. Diesem kann man entgegenwirken z. die beim Kalandrieren im Walzenspalt auftreten. 3. Bei allen Verfahrensvarianten (Beispiel siehe Bild 3. eine Vorspannung der Walze über die Zapfen oder durch eine Schrägstellung der Walzen in den Hauptachsenrichtungen. durch eine Bombierung der Walze.4 Prinzipsskizze einer Kalanderanlage solchen Anlage reicht bis etwa 900mm.B. Mittels amorphem Polystyrol können z. die Breite bis zu 5m. Optimal werden diese Kalander zur Herstellung von Folien mit Dicken zwischen 200 und 500µm eingesetzt.6 Das Thermoformen Das Tiefziehen (auch Thermoformen genannt) von Folien und dünnwandigen Platten eignet sich insbesondere für die Herstellung von Blistern und Jogurt-Bechern. Die Folge hiervon ist ein konvexes Dickenprofil der kalandrierten Folie über die Breite des Kalanders.5) wird das durch Erwärmung in den gummi-elastischen Zustand gebrachte Halbzeug einer schnellen biaxialen Verstreckung unterworfen. Der Vorgang dauert im . sehr transparente Produkte hergestellt werden. Dünnere Folien (bis herab zu 20 µm) werden dann in einem weiteren Verarbeitungsschritt durch Folienrecken hergestellt. Durch die hohen Kräfte. Zum Einsatz kommen hauptsächlich Polystyrol und Polypropylen.29 Bild 3. kommt es zu einer beachtlichen Durchbiegung der Walzen. Bild 3.5 Druckluftnegativ-Formen mit und ohne Stempel 3. PVC.30 Allgemeinen weniger als eine halbe Sekunde und kann daher als isotherm angenommen werden. Es liegt eine geschlossene Oberfläche vor.7 Das Schäumen Nach DIN 7726 ist ein Schaumstoff ein Werkstoff mit über der gesamten Masse verteilten Zellen und einer Rohdichte. Phenol-Formaldehyd Schaumgleichmäßigkeit (vgl. PE und PP . Ungesättigte Polyesterharze. Epoxidharz (EP) Harnstoff-Formaldehyd. Die am häufigsten zum Verschäumen eingesetzten Kunststoffe sind aus der Gruppe der • Thermoplaste (Polymerisate): • Aus der Gruppe der Duroplaste: Polyaddukte: Polykondensate: Polyurethan (PU). Allerdings ist bei vielen eine ökonomische Produktionsweise nicht möglich.6) • Normalscham: • Integralschaum: Gleichmäßige Dichte über gesamten Querschnitt Die Dichte steigt nach außen hin an. die niedriger ist als die der Gerüstsubstanz. Prinzipiell lassen sich alle Kunststoffe verschäumen. Bild 3. PS. der Schwamm. • Geschlossenzelliger Schaum: Die einzelnen Zellen haben keine Verbindung zueinander.6 g/cm3 1. Schäume werden entsprechend ihrer Größe eingeteilt in: • • • Grobzellig: Feinzellig: Mikrozellig D D D > 2 mm <= 2 mm <= 0. Technisch werden solche Schäume vorwiegend in der Akustik eingesetzt.1 g/cm3 0. Typisches Beispiel für einen offenzelliger Schaum ist.1 g/cm3 Bild 3.3 mm Hierbei unterscheidet man zwischen: • Offenzelliger Schaum: Die Zellen sind nicht gegeneinander abgeschlossen.2 g/cm3 0. Technisch werden solche Schäume vorwiegend bei Isolieranwendungen eingesetzt.31 a: Schaumstoff ohne Haut: b: Strukturschaumstoff: c: Strukturschaumstoff: d: Massiver Chemiewerkstoff: Rohdichte: Rohdichte: Rohdichte: Rohdichte: 0.6 Schematische Darstellung des Schäumens Zellstruktur Die physikalischen Eigenschaften werden stark von der Zellstruktur beeinflusst. . bzw. Die chemischen Treibmittel werden dem Polymergranulat vor der Verarbeitung in fester Form (Masterbatch. Je nach Kunststoff und Zellstruktur sind alle Kombinationen von weich bis hart. Physikalische Schäumverfahren • Gas werden in pastöse oder niedrigviskose Form des Kunststoffs eingerührt oder eingedüst. Azoverbindungen.32 Die Härte von Schäumen umfasst einen weiten Bereich von Härtegraden als auch Verformungsarten. Beispiel: Stickstoff und CO2. Chemische Schäumverfahren Beim chemischen Schäumen werden Gase aus chemischen Reaktionen gebildet. .-> Beispiele: Natriumbicarbonat. Die Bildung kann erfolgen durch : • • • Zersetzung eines Treibmittels Reaktion der Grundkomponenten untereinander oder einer Grundkomponente mit einem Zusatzstoff Weitere Kombinationen der genannten Verfahren. organische Säuren. Pulver) wie andere Additive auch zugemischt. plastische bis elastische Verformbarkeit möglich. Folien. duktilen Metallen. Eine Art Sonderstellung nimmt die Extrusionsbeschichtung ein. diejenige von Stahlblechen mit Kunststoffschmelzen (Bild 4. Spaghetti. ausführlich und umfassend beschrieben.1 Das Extrudieren von Kunststoffen Allgemeines über die Extrusion von Kunststoffen Unter Extrusion oder Extrudieren versteht man das kontinuierliche und das diskontinuierliche Pressen von Strängen aus formbaren Stoffen. z.ä.“ KunststoffExtrudertechnik“ . So kann der sogenannte Fleischwolf als eine Vorstufe des Einschneckenextruders betrachtet werden. Extruder verwendet man in der Hauptsache zur kontinuierlichen Fertigung von Halbzeug aus thermoplastischen Kunststoffen (Rohre. Dosieren und Formen von hochviskosen Stoffen.4. Süßigkeiten. nutzt.B. Außerdem gibt es viele Anwendungen in der chemischen Industrie.ä. Die Entwicklung der Extrusionstechnik für Kunststoffe unter Berücksichtigung der Patentliteratur wird in dem 1963 erschienenen Buch von G.B. 4. Größte technische Bedeutung hat das Extrudieren für die Herstellung von Halbzeug aus leicht verformbaren Werkstoffen oder ihren Vorprodukten wie keramischen Massen. usw. für das Fördern. Außerdem kann man mit der von Extrudern ausgetragenen Schmelzen Ummantelungen und Beschichtungen auf Produkte aus anderweitigen Werkstoffen aufbringen.1).).). Pasten u. wo man Extruder z. Schläuche. Nach dem Abkühlen haftet das (amorphe) Polymer auf dem Stahlblech. erlangt. Früher wurde daher im deutschen Sprachbereich überwiegend die Bezeichnung Strangpressen für das Verfahren und Strangpresse anstelle von Extruder für die Maschine verwendet. Hierbei wird mit einer sogenannten Schnabeldüse der Schmelzefilm in den Walzenspalt von zwei Walzen extrudiert. Wurst. usw. Seit langem nutzt man aber auch die Extrusionstechnik in der Lebensmittelindustrie zur Erzeugung von Teigwaren (Nudeln mit verschiedenartigem Querschnitt. o. Schenkel . Kunststoffen. . Platten. Profile. c Einzugsöffnung.34 Niproll Bild 4. g Temperierzone für Heizung und Kühlung. In derartigen Extrudern (Schema eines Extruders. n Anschlüsse für die Schneckentemperierung .2 Schema eines Einschnecken-Plastifizierextruders mit horizontaler Schnecke a Fülltrichter.1 Schema einer Extrusionsbeschichtungsanlage Im Extruder nutzt man überwiegend die Förderwirkung rotierender Schnecken (Schneckenextruder. k Extrudat. siehe Bild 4. f Zylinder. m Untersetzungsgetriebe. wobei die konstruktiv einfachen Maschinen nur mit einer Schnecke (Einschneckenextruder) der Zahl nach überwiegen. b Extrusionsmasse. h Extrusionswerkzeug. i Elektromotor. Schneckenpressen).2) finden folgende Verfahrensschritte statt: N K J F E D L I H O G P Q Bild 4. d Kanäle für Kühlmedium (Meist Wasser. e Schnecke. i Heizzonen des Werkzeugs. aber auch Luft). Vorrichtungen zum Beschicken des Extruders sowie produktspezifische Nachfolgeeinrichtungen. • • • • . Homogenisieren der Schmelze und Pumpen der Schmelze durch das Extrusionswerkzeug (= Düse). Demzufolge umfassen Extrusionsanlagen einen beträchtlichen Anteil von Meß-. abziehen. Steuer. Extrusionsanlagen umfassen. nachbehandeln. umformen.35 • • • Fördern der als Granulat.und Regeleinrichtungen. Führt man hingegen dem Extruder bereits eine pumpfähige Schmelze zu. usw. Ummantelung von Kabeln Blasfolien Blasformen Flachfolien Platten gereckte Folien. aufwickeln. Bei der Anlagentechnik kann nach folgenden Produkten unterschieden werden: • • Rohre. ablegen. kühlen. Sämtliche Nachfolgeeinrichtungen müssen im Funktionsablauf dem jeweiligen Durchsatz des Extruders angepasst werden. Grieß oder Pulver durch den Fülltrichter zugeführten Extrusionsmasse von der Einzugsöffnung in den beheizten Teil des Zylinders Verdichten der Extrusionsmasse zu einem kompakten Feststoff und Aufschmelzen der Extrusionsmasse. auf Format schneiden. Man bezeichnet deshalb einen solchen Extruder als Plastifizierextruder. Verdichten und Scheren in eine homogene Schmelze überführt (die Extrusionsmassse wird plastifiziert). so spricht man von einem Schmelzeextruder. außer dem Extruder und dem Werkzeug. Profile. Die ursprünglich feste Extrusionsmasse wird also in einer solchen Maschine durch Erwärmen. welche das Extrudat kalibrieren. b das Mehrschicht-düsenverfahren . die den geforderten Anwendungszweck mit verringertem Werkstoffaufwand oder mit verbesserter Qualität erreichen. coextrudierte Spritzgussteile oder coextrudierte Blasformteile.3 Beispiele für Coextrusionsverfahren a das Pinolenverfahren mittels Adapter und Monodüse. dass sich der gewünschte Schichtenaufbau ergibt (Bild 4. Bild 4. Bei der Coextrusion werden die von mehreren Extrudern gelieferten Schmelzeströme in einem Werkzeug so zusammengeführt.36 Die Extrusion von Elastomeren oder gar Duroplasten erfordert gegenüber Thermoplasten veränderte Anlagen.3). 4. Beispiele für solche Produkte sind coextrudierte Folien (bis zu sieben Schichten). Durch Kombination unterschiedlicher Werkstoffe kann man hierdurch Produkte erzeugen. Die resultierenden wirtschaftlichen Vorteile wiegen den erhöhten Aufwand durch zusätzliche Extruder und kompliziertere Werkzeuge auf.1 Verfahrensvariante Coextrusion Nahezu alle der vorgenannten Produkte lassen sich durch Coextrusion mit einem mehrschichtigen Aufbau aus verschiedenen Thermoplasten herstellen.1. da das Extrudat überwiegend durch Wärmebehandlung vernetzt (vulkanisiert) wird. Bild 4. deren Durchsatz zwischen 1000 und 6000 kg/h liegt (Bild 4.und Kaskadenextruder . eignen sich Schneckenextruder auch als Mischmaschinen.37 Da die zu extrudierenden Kunststoffmassen in den Schneckengängen und in den Spalten zwischen der Schnecke und dem Zylinder beträchtliche Scherverformungen erfahren. während der Massendurchsatz bei Extrudern in der Produktion meist kleiner als 3000 kg/h ist. die Anlagen zur Herstellung von biaxial gereckten Folien aus PP oder PET. Ausnahmen sind z. Derartige (Zweischnecken-) Extruder werden daher überwiegend für die kontinuierliche Aufbereitung von Kunststoffen eingesetzt. die nachfolgend granuliert werden.8). die eine noch größere Zahl von Spalten aufweisen als Einschneckenextruder.4 Gegenüberstellung von Nutbuchsen.000 kg/h betragen. Der Massendurchsatz solcher Maschinen kann bis zu etwa 20. Dies gilt besonders für Mehrschneckenextruder (siehe Bild 4.4). Die Extrusion beschränkt sich meistens nur auf das Austragen der aufbereiteten Masse in Form vieler Stränge.B. 5a und 4. Man erkennt die Lage der Entgasungszone. Bilder 4. teilgefüllten. Er besteht im Wesentlichen aus zwei hintereinandergeschalteten Mehr-Zonen-Schnecken mit der dazwischen liegenden tiefer geschnittenen. Die erste Schneckenstufe I mit Einzugs-.5b). Bild 4.und Meteringzone übernimmt das Fördern und Plastifizieren. Kompressions. B) Agglomeratentgasung Bild 4.5b zeigt das Beispiel eines Einschnecken-Entgasungsextruders. . Entgast werden Luft. Oligomere. Der Kunststoff wird vom ersten Extruder entweder in Schmelzeform über eine Lochplatte oder als Agglomerat rieselnd in die Vakuumkammer gefördert. Feuchtigkeit. drucklosen Entgasungszone.38 Bei der Aufbereitung ist meistens eine Entgasung der Schmelze vorgesehen (Entgasungsextruder.5a Beispiel für einen Entgasungsextruder in Tandemanordnung A) Schmelzeentgasung. Bild 4.oder Tandemanordnung.5a zeigt Entgasungsextruder in Kaskaden. d Dekompressionszone. e Entgasungszone.5b Schema eines Entgasungsextruders und Druckverlauf bei verschiedenen Betriebszuständen a Einzugszone. im Extruder chemische Reaktionen zwischen den zugeführten Komponenten gesteuert ablaufen zu lassen (Reactive Polymer Processing).39 Bild 4. Die für die kontinuierliche Aufbereitung verwendeten Schneckenextruder bezeichnet man mitunter auch als Schneckenkneter. h Ventil. Aufbereitungsextruder werden so ausgelegt. wird für die Herstellung von Schaumstoffen beschritten. welche extrusionsspezifische Halbfabrikate erzeugen. . welche die Kunststoffmasse ohne produktspezifische Formgebung austragen und Verarbeitungsextrudern. f Kompressionszone. g zweite Meteringzone. b Kompressionszone. dass die Schergeschwindigkeiten und Scherkräfte im Extruder eine ausreichende Verteilung und Zerteilung der mit Dosiervorrichtungen zugeführten Komponenten bewirken. c erste Meteringzone. i Werkzeug Auch der umgekehrte Weg. Man geht auch zunehmend dazu über. Man unterscheidet also auch zwischen Aufbereitungsextrudern. die Begasung der Schmelze durch Einmischen leicht verdampfender Flüssigkeiten im Extruder. 6a zeigt beispielhaft Schnecken mit verschiedenen Kompressionsverhältnissen.1 Berechnung des Kompressionsverhältnisses beim Einschneckenextruder Die Definition des Kompressionsverhältnisses κ lautet: K =AE / AA A: Kanalquerschnitt senkrecht zu den Stegen E.6a Schnecken mit unterschiedlichen Kompressionsverhältnissen a Schnecke mit konstanter Gangtiefe (= kompressionslose Schnecke). (4. b Dreizonenschnecke. Die aus dem Reaktor abfließende Schmelze wird im Schmelzeextruder entgast. homogenisiert und in Form von Strängen für die nachfolgende Granulierung extrudiert. Ausgang Schnecke Das Kompressionsverhältnis ist damit ein Maß dafür. Dort. Bild 4. um wie viel sich der Schneckenkanalquerschnitt für die zu fördernde Masse mit fortschreitendem Weg verringert. A: Eingang Schnecke. wo bei der chemischen Herstellung der Polymeren diese bereits als Schmelze anfallen. wo die Polymere bei der chemischen Herstellung als Pulver anfallen.40 Schmelzeextruder verwendet man dort. 4. verwendet man für die Aufbereitung Plastifizierextruder.1) Bild 4.1. c kernprogressive Schnecke . mit Additiven vermischt. 3) einfach berechnet werden. (4.oder Gangbreite (senkrecht zu den Stegen) Kanal.3) (4. z.2) κ = BE ⋅ H E / B A ⋅ H A Bild 4.41 Nach Bild 4.6b Kanalgeometrie einer Extuderschnecke Sind die Kanalbreiten und Kanaltiefen am Eingang und Ausgang bekannt. Im Allgemeinen sind von einer Schnecke laut Zeichnung folgende Größen bekannt: D T s H Durchmesser Gangsteigung / Teilung Stegbreite Kanaltiefe Aus diesen Größen lässt sich die Kanalbreite B wie folgt berechnen: . so kann das Kompressionsverhältnis aus Gl.oder Gangtiefe (4.B.6b gilt A=B*H B: H: Kanal. durch Messung mit der Schieblehre. Teilung.7o B = (200 cos 17.5) Da T = D. s = 20 mm Steigungswinkel Φ und Kanalbreite B (4. folgt für den Steigungswinkel Φ tan Φ = 1/π bzw.42 B+s Φ T 90° cos Φ = ( B + s ) / T ⇒ B = T ⋅ cos Φ − s (4.6 mm Sind Steigung. Stegbreite und Kanaltiefe am Ein. so berechnet sich das Kompressionsverhältnis wie folgt: .7o – 20) mm = 170. und Φ = 17.4) Berechnung des Steigungswinkels Φ durch Abwicklung der Schnecke: πD Steg T tan Φ = T / π ⋅ D ⇒ Φ = tan −1 (T / π ⋅ D) Beispiel 1 Gegeben: Gesucht: D = 200 mm.und Ausgang unterschiedlich. T = 200 mm. HE = 40 mm.4) liefert: nach (1.E = 20 mm. sA. (1. HA = 15 mm Kompressionsverhältnis κ Φ E = tan −1 (TE / π ⋅ D ) = 17. Bild 4.4° ⇒κ = (200 ⋅ cos17. Er wird am häufigsten in der Kunststoffverarbeitung verwendet.6) Beispiel 2 Gegeben: Gesucht: D = 200 mm.2 Klassifizierung von Extrudern Der in Bild 4. TA = 150 mm.43 κ = BEHE / BAHA Einsetzen von Gl.7 dargestellte Einschneckenextruder ist der konstruktiv einfachste und vielseitigste Extruder.6 4.7° Φ A = tan −1 (TA / π ⋅ D) = 13.7° − 20) ⋅ 40 (150 ⋅ cos13.7 Dreizonen-Einschneckenextruder In diesen Maschinen wird die Förderung im Feststoffbereich durch die Reibung der verdichteten Extrusionsmasse auf den Oberflächen von Zylinder und Schnecke bewirkt .3° − 20) ⋅ 15 κ = 3. TE = 200 mm.3) κ= (TE ⋅ cos Φ E − s E ) ⋅ H E (TA ⋅ cos Φ A − s A ) ⋅ H A (4. Mit der Fortentwicklung der Extrudertechnik haben Mehrschneckenextruder. hydrodynamische Förderung). Hierzu ist es erforderlich. Hauptproblem bei der Auslegung von Einschneckenextrudern ist. die Geometrie der Schnecke auf die verschiedenen Vorgänge im Extruder abzustimmen. Im Schmelzebereich hingegen geschieht die Förderung durch das Mitschleppen der Schmelze an der bewegten Oberfläche der Schnecke (Schleppströmungspumpe. z. . wenn die bei hohen Schneckendrehzahlen in der Exrusionsmasse in Wärme umgewandelte Antriebsleistung der Schnecke zu groß wird.8 gibt eine Übersicht der in der Praxis gebräuchlichen Extruderarten. Bei der Extrusion von Polyolefinen werden sogenannte Schnellläuferextruder (high speed extruder) mit Drehzahlen zwischen 100 und 1000 min-1 eingesetzt. insbesondere Doppelschneckenextruder mit kämmenden Schnecken. Bild 4. Eine Schnecke ohne Temperierung nennt man neutrale Schnecke.und Abfuhr von Wärme sind also nicht erforderlich. Bei entsprechender Auslegung der Schnecke lässt sich meistens bei hohen Schneckendrehzahlen erreichen. Eine Kühlung ist dann erforderlich. zunehmend an Bedeutung gewonnen. Zu. Die Drehzahlen der fliegend gelagerten Schnecken liegen überwiegend im Bereich 30 300 min-1. Man spricht in diesem Fall von autogener Betriebsweise des Extruders.B. dass ein stationärer Zustand bei optimalem Temperaturverlauf erreicht wird.1). dass der Wärmeübergang an der Zylinderwand so beeinflußt werden kann.44 (reibungsbedingte Förderung). durch umlaufende Flüssigkeiten. Bild 4. so dass die Temperatur des Zylinders zonenweise auf einem vorgegebenem konstanten Wert gehalten werden kann (vgl. Mitunter temperiert man außerdem die Schnecken. dass die für den Extrusionsvorgang benötigte Leistung vollständig durch die größtenteils in Wärme umgewandelte Antriebsleistung der Schnecke gedeckt wird.und Kühlelementen ausgestattet. Alle Extruderzylinder sind deshalb mit Heiz. 45 Kämmende. gegenläufige Doppelschnecken (Gegendrall-Doppelschnecken) bilden Cförmige. geschlossene Förderkammern.8 Zusammenstellung und Skizzierung der wichtigsten Extruder . welche die Extrusionsmasse mit einer drehzahlproportionalen Geschwindigkeit in Förderrichtung transportieren (Bild 4.8 F). Diese Art des Stofftransports bezeichnet man als Zwangsförderung. Bild 4. 46 Eine weitere Maschine mit Zwangsförderung, die als Schmelzeextruder oft Verwendung findet, ist z.B. die Zahnradpumpe (Bild 4.8 K). Sie wird vor allen Dingen bei dünnflüssigen Schmelzen eingesetzt und für Aufgaben, bei denen es auf einen sehr konstanten Massendurchsatz ankommt. Im Gegensatz dazu weisen Einschneckenextruder mit ihren in Längsrichtung beidseitig offenen Schneckenkanälen keine Zwangsförderung auf. Bei zwangsfördernden Doppelschneckenextrudern wird die Extrusionsmasse unabhängig von ihren tribologischen Eigenschaften (Reibungseigenschaften) durch den Extruder gefördert. Die Zwangsförderung hat demnach den Vorteil, dass keine Einzugsschwierigkeiten auftreten. Die Schnecken drehen unter dem Fülltrichter auseinander, wodurch der Einzug unterstützt wird (Bild 4.8 F). Diese Maschinen finden bevorzugt als Plastifizierextruder für die Verarbeitung von PVChart in Form von Trockenmischungen (Dryblend) zu Rohren, Profilen, Platten, usw. Anwendung. Sie eignen sich aber auch für die Aufbereitung, da in den durch das Kämmen der beiden Schnecken gebildeten Spalten und die Abrollbewegung große Scherkräfte auftreten, die sich vorteilhaft für das Dispergieren von Zusatzstoffen ausnutzen lassen. Doppelschneckenextruder mit gleichlaufenden, kämmenden Schnecken (GleichdrallDoppelschnecken; Bild 4.8 E) bilden keine geschlossenen Förderkammern und haben dem zu Folge keine Zwangsförderung. Die Extrusionsmasse wird in Kanälen gefördert, welche beide Schnecken wendelförmig in Form einer Acht umschließen, wobei sich der Querschnitt geometriebedingt im Eingriffsbereich verengt. An allen Punkten des Eingriffsbereiches gleiten beide Schnecken mit der gleichen Relativgeschwindigkeit dicht aneinander vorbei. Haftende Extrusionsmasse wird also dort abgestreift (Selbstreinigungseffekt). Doppelschneckenextruder mit gleichlaufenden, kämmenden Schnecken sind daher wichtige Aufbereitungsmaschinen. 47 Auch gegenlaufende, nicht kämmende Doppelschneckenextruder haben in der Aufbereitungstechnik Bedeutung erlangt, wobei verschiedene Schneckenanordnungen, entsprechend Bild 4.8 G, gebräuchlich sind. Extruder mit mehr als zwei Schnecken haben nur für die Aufbereitungstechnik Bedeutung erlangt. Im Planetwalzenextruder (Bild 4.8 H) treibt die Zentralschnecke mehrere Planetenschnecken nach Art eines Planetengetriebes an. Die Abrollbewegung der Planetenschnecken sowie die zahlreichen Spalte zwischen den Schnecken und dem mit einer Innenzahnung versehenen Zylinder bewirken intensives Mischen und Dispergieren (Walzwerkeffekt). Im Einzugs- und fallweise auch im Austragsbereich ist der Planetwalzenextruder wie ein Einschneckenextruder mit glatter Zylinderinnenfläche aufgebaut. Er wird daher zu den Sonderausführungen von Einschneckenextrudern gerechnet. Für die Entgasung werden mitunter vierwellige Schneckensysteme verwendet, die aus zwei v-förmig angeordneten gleichlaufenden kämmenden Doppelschnecken bestehen (Bild 4.8 I). Man gewinnt durch diese Anordnung eine gegenüber zweiwelligen Anordnungen größere Oberfläche für die Entgasung. Einschneckenextruder in ihrer für die Verarbeitung gebräuchlichen Form (Bild 4.1) sind als Aufbereitungsmaschinen nicht so wirksam wie Mehrschneckenextruder. Man hat daher Anstrengungen unternommen, den Einschneckenextruder so zu verändern, dass die Mischwirkung wesentlich verändert wird. Einige für die Praxis bedeutsame Maschinentypen sind in Bild 4.8 B, C und D aufgeführt. Bild 4.8 B zeigt das Prinzip des Stiftextruders, der vor allem für die Verarbeitung von Kautschukmischungen Bedeutung erlangt hat. Durch die mit ihrer in den Schneckenkanal ragenden Länge verstellbaren Stifte wird die Strömung vielfach aufgeteilt und wieder zusammen geführt. Außerdem entstehen zwischen den Stiften und den Stegflanken hohe Schergeschwindigkeiten, welche das Verteilen und Dispergieren von Zusatzstoffen unterstützen. 48 Nach einem ähnlichen Prinzip arbeitet auch der Kokneter (Bild 4.8 C), der vor allem für die Aufbereitung von Kunststoffen verwendet wird. An der Innenseite des Zylinders sind drei symmetrisch verteilte Reihen von Knetzähnen angeordnet. Die Schneckenstege weisen dementsprechend drei Reihen von hintereinander liegenden Lücken auf, so dass eine mit gleichmäßiger Rotation verbundene Hin- und Herbewegung der Schnecken ermöglicht wird. Durch die Relativbewegung zwischen Knetzähnen und Schnecke erreicht man intensives Mischen und Dispergieren. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, im Zylinder Vertiefungen (Gewindegänge, kugelsegmentförmige Vertiefungen u.ä.) so anzuordnen, dass die Strömung durch die Relativbewegung zwischen Schneckenstegen und Zylinder aufgeteilt und wieder zusammengeführt wird (Bild 4.8 D). So weist der Frenkel-Mischer (= Transfermix) im Zylinder und in der Schnecke Gewindegänge mit veränderlicher Gangtiefe auf (Bild 4.9). Einfacher aufgebaut ist der Cavity-Transfer-Mixer (Bild 4.10). Bild 4.9 Prinzipsskizze einer Transfermix Bild 4.10 Prinzipsskizze eines Cavity-Transfer-Mixer Die vertikale Anordnung (Vertikalextruder) hat nur in Sonderfällen Bedeutung erlangt. daß man auf der Schneckenwelle Scher.49 Die Mischwirkung im Einschneckenextruder bei glatter Zylinderinnenwand läßt sich dadurch verbessern. z. Da aber Antrieb und Werkzeug am gleichen Ende der Schnecke liegen. siehe dazu nochmals Bild 4. wird die Werkzeugkonstruktion kompliziert und eine Umlenkung des Massenstromes unvermeidlich.B. . Vertikalextruder ermöglichen mitunter auch eine bessere Raumnutzung. so hat man dort wegen der geringeren Gangtiefe der Schnecke einen größeren Querschnitt für die Übertragung des Drehmomentes zur Verfügung. Bei der Extrusionsrichtung senkrecht nach unten unterstützt die Schwerkraft das Einziehen und die Förderung der noch nicht verdichteten Extrusionsmasse.1).und Mischteile anordnet (Bild 4.B. Ordnet man bei dieser Arbeitsweise den Antrieb auf der Ausstoßseite des Extruders an. wenn man bei senkrechter Arbeitsrichtung die Umlenkung des Massenstromes um 90° vermeiden will. beim Extrusionsblasformen. Bei Extrudern sind die Schnecken überwiegend horizontal angeordnet (Horizontalextruder.11). z. dann. 12 Zahnscheiben In Sonderfällen ergeben sich verfahrenstechnische Vorteile. Dort. 7 System ODM-Rheotec. 9 System Rapra.oder Tandemextruder kombiniert (siehe Bild 4. 11 Knetscheiben. 6 durchbrochenes Rückfördergewinde. Da sich bei beiden Extrudern die Betriebsvariablen wie Drehzahl und Zylindertemperaturen unabhängig voneinander einstellen lassen. 4 System Maillefer.4). 3 Schersteg im Gang. wo die vorplastifizierte Extrusionsmasse dem zweiten . 2 System Maddock.11 Scher. 8 Stiftextruder. 10 Knetschaufeln. wenn man zwei Extruder zu einem Kaskaden.50 Bild 4. 5 Igel.und Mischteile für Schneckenmaschinen 1 Schertorpedo. kann der Extrusionsvorgang besser optimiert werden als mit einem Extruder allein. 12 Prinzipsskizze eines „ Roller Head“ . Große Bedeutung haben Zahnradpumpen als zwangsfördernde Schmelzeextruder in Kombination mit Aufbereitungsextrudern. siehe Bild 4. die durch nachfolgendes Sintern in einen homogenen Werkstoff überführt werden. bei ultrahochmolekularem PE) oder durch geringe thermische Stabilität (z. Adapter).51 Extruder zugeführt wird (Verbindungsstück. Schneckenlose Extruder weisen nur in wenigen Sonderfällen spezifische Vorteile gegenüber Schneckenextrudern auf. Diese Arbeitsweise ist dann angebracht. Grundsätzlich können auch die durch rotierende Walzen verursachten Schleppströmungen für die Extrusion ausgenützt werden. Kolbenextruder verwendet man zur Extrusion von Strängen aus pulverförmigen Thermoplasten.8 K-N sind die wichtigsten Typen dieser Maschinen schematisch dargestellt. kann man die Extrusionsmasse wirksam entgasen (Bild 4. wenn die Verarbeitung mit Schneckenextrudern infolge zu hoher Viskosität der Extrusionsmasse (z. Bild 4. bei PTFE) nicht möglich ist. In Bild 4. als Dosierpumpen bei der Extrusion von Flachfolien und Monofilen und als Spinnpumpen bei der Faserextrusion.B.B.12).5a).8M). Hingegen verwendet man Zweiwalzenkalander in Kombination mit Breitschlitzwerkzeugen für die Herstellung eng tolerierter Kautschukbahnen („ Roller Head“ . doch haben derartige Walzenextruder bisher keine technische Bedeutung erlangt (Bild 4. ρ ist die Dichte der vom Extruder geförderten Schmelze. b mit förderwirksamer Einzugszone für zwei Schneckendrehzahlen N2 > N1. Bild 4.13 veranschaulicht den grundsätzlichen Verlauf dieser Kennlinien für die Drehzahlen N2 > N1. 1.3 Schneckenkennlinie (Schneckencharakteristik. 2 Düsenkennlinien.52 Auch durch die Strömung zwischen rotierenden und feststehenden Scheiben lässt sich der für die Extrusion benötigte Druck erzeugen (siehe Bild 1.8 N). Extruderkennlinie) & =m & / ρ = f ( pz ) V (4. Bei konventionellen & als gegendruckabhängig.8) beschrieben. A Arbeitspunkte .13 Arbeitsdiagramme von Einschneckenextrudern mit gleichem Schneckendurchmesser a konventionell. 4. während bei förderwirksamer Extrudern erweist sich V Einzugszone die Förderung bis zu einem kritischen Durchsatz gegendruckunabhängig und drehzahlproportional ist. Bild 4. Extruderkennlinie) & und dem Druck pz am Der Zusammenhang zwischen dem Volumendurchsatz V Schneckenende (= Druck im Werkzeugeinlauf) wird durch die Schneckenkennlinie (Schneckencharakteristik. 53 Als Arbeitspunkt eines Extruders gilt der Schnittpunkt zwischen Schnecken und Düsenkennlinie (im Bild 4. verstellbare Stauelemente) nach geringeren Durchsätzen bei höheren Drucken verschoben werden.14 Arbeitsfläche eines konventionellen Einschneckenextruders (schraffiert) S1. S2 Schneckenkennlinien für die Drehzahlen N1 > N2 .B. Schmelzefilter. 2 Düsenkennlinien. Wichtigstes Ziel bei der Auslegung von Extrusionswerkzeugen ist die Berechnung der & D. Qu Qualitätsgrenze. wobei die Düsenkennlinie (Index D) durch folgende allgemeine Beziehung beschrieben wird: & D = f (pz) V (4. Tmax.14 dargestellte Arbeitsfläche (Arbeitsfeld) eines konventionellen Einschneckenextruders kennzeichnet den Bereich. Die Düsenkennlinie kann durch Drosselelemente im Werkzeug Düsenkennlinie V (Lochplatten. Siebe. Bild 4.9) Die Funktion f hängt in diesem Fall von der Geometrie der Düse und dem rheologischen Stoffgesetz der Schmelze ab (z. . Die in Bild 4. Tmin Isothermen. 1.13mit A bezeichnet). Gesetz von Hagen-Poiseuille). W Wirtschaftlichkeitsgrenze. in dem ein solcher Extruder wirtschaftlich arbeitet. Mit steigenden Energiekosten gewinnt auch der thermische Wirkungsgrad ηth eines Extruders an Bedeutung.B.bzw. Demzufolge weist das Arbeitsfeld die durch Tmax gekennzeich-nete obere Temperaturgrenze auf. Im Extruder werden die von Außen zugeführte Wärme (Leistung & ) und die Antriebsleistung P der Schnecken für die Plastifizierung und das Pumpen der Q Extrusionsmasse durch das Werkzeug (Pumpleistung) ausgenutzt. und die Verwendung einer kleineren Maschine ist kostengünstiger. sinkt die Homogenität (Qualität) des Extrudates. bei zu hohen Schnecken-drehzahlen auftreten.10) im Werkzeug in Wärme umgesetzt wird. Der Arbeitspunkt des Extruders (Bild 4. in Folge übermäßiger Schererwärmung. Wärmeleitung über Maschinenteile und Strahlung auf. Eine weitere Beeinträchtigung der Qualität kann durch Überhitzung der Extrusions-masse. z. & treten durch Kühlung von Zylinder und Schnecke sowie durch Wärmeverluste Q v Wärmeabgabe in die Umgebung in Folge Konvektion. Qualitätsgrenze gibt an.11) . gilt folgende Energiebilanz für Extruder und Werkzeug: & =m & & ⋅ ∆h + Q P+Q v (4. Da die Pumpleistung des Extruders & *pz WP = V (4. Die Homogenitäts.14) soll also innerhalb der Arbeitsfläche liegen.54 Da sich mit wachsendem Durchsatz die Verweilzeit der Extrusionsmasse im Extruder und damit die Zeit für das Plastifizieren verringert. in welchem Bereich noch akzeptable Qualität zu erwarten ist. Bei sinkendem Durchsatz erreicht man die Wirtschaftlichkeitsgrenze. Die werte für Pspez liegen entsprechend den verschiedenen stoffspezifischen Enthalpiewerten im Bereich von 0. Mithin lässt sich ein thermischer Wirkungsgrad wie folgt definieren: &) & ⋅ ∆h /( P + Q η th = m (4.1 kWh/kg. rheologischen und tribologischen Daten der Extrusionsmassen zur Verfügung stehen.12) & In ungünstigen Fällen kann der Wirkungsgrad um 0. Realistische Vorausberechnungen der Wirtschaftlichkeit von Extrudern setzen voraus. läßt sich diese näherungsweise wie folgt schreiben: & = ∆h / η th Pspez = P / m (4.12) ist.13) Die spezifische Antriebsleistung Pspez ist damit ein wichtiges Kriterium für die energiesparende Auslegung eines Extruders.5 liegen. . Da im Allgemeinen Q wesentlich kleiner als P in Gleichung (4.55 Hierin ist ∆h die Differenz der spezifischen Enthalpie der Extrusionsmasse zwischen der Eintritts. Bei vergleichbarer Qualität sollte Pspez möglichst niedrig sein.und der Austrittstemperatur.3 bis 0. dass leistungsfähige Rechenprogramme und Näherungsformeln zur Bestimmung des Arbeitspunktes sowie zuverlässige Daten über die thermodynamischen. mit durchsatzbestimmender Einzugszone. Plastifizierextruder werden in dem Bereich zwischen 15 mm und 350 mm Durchmesser und Schneckenlängen zwischen 20 D und 40 D gebaut.15 Schemata eines konventionellen Plastifizierextruders Die Größe einer Maschine wird durch Durchmesser und Länge der Schnecke charakterisiert. Sieht man von der Ausformeinheit. der regelungstechnischen Einheit. d. Zylinder. Man unterscheidet zwischen konventionellen Plastifizierextrudern . Schnecke und Temperiersystem.und Ausformaggregat.15) aus drei Baugruppen: • • • der Antriebseinheit.und Extrudern mit fördersteifer. bestehend aus Fülltrichter. Bild 4.56 4. der verfahrenstechnischen Einheit. bestehend aus Motor und Getriebe. dem Werkzeug ab. Homogenisieren und Ausformen von Schmelze zu übernehmen. Plastifizierextruder sind dagegen gleichzeitig Fördereinrichtung für körnige und pulverige Feststoffe. Aufschmelzmaschine sowie Homogenisier. .h.4 Plastifizierextruder 4. wobei die Länge als ein Vielfaches des Durchmessers angegeben wird.4.1 Extruderkonzepte Schmelzeextruder haben vornehmlich die Aufgaben Fördern.hier wird das Durchsatzverhalten von der gesamten verfahrenstechnischen Einheit bestimmt . so besteht der Extruder (Bild 4. Bilder 4. wobei vornehmlich 3 D – lange Einzugszonen verwendet werden.oder Wendelnuten erreicht (vgl. Bild 4. ist beim Nutbuchsenextruder eine Kühlung erforderlich. Sie liegt zwischen 3 D und 5.16). Während beim konventionellen Konzept die Einzugszonenwandtemperaturen oberhalb der Glasübergangstemperatur von amorphen. .57 Die Förderdominanz dieser Zone wird durch rechteckige. halbkreisförmige oder sägezahnartige Axial .5 D.und buchsengeometrieabhängig. bzw. Für diesen Maschinentyp hat sich daher auch der Ausdruck Nuten . Schmelz-temperatur von teilkristallinen Kunststoffen liegen müssen (Bild 4.oder Nutbuchsenextruder eingebürgert.15 Praktisch bedeutsame Nutbuchsen für den Nutbuchsenextruder Die Länge der Nutbuchsen ist schnecken .15). Im folgenden sollen die verfahrenstechnischen Unterschiede der Extruderkonzepte dargestellt werden und die sich daraus ergebenden Konsequenzen für die Schneckengestaltung. Grundsätzliche Unterschiede bestehen zunächst zwischen den Zylinderwandtemperaturprofilen. 16 Schematische Darstellung der Zylinderwandtemperaturen beim konventionellen Plastifizierextruder Bild 4. der die Wirksamkeit der Nuten zunichte macht.bzw. Während beim konventionellen Konzept ein stetiger . Aus energetischen Gründen geht man des öfteren bis nah an diese Grenze.17 Zylinderwandtemperatur der Nutbuchse Die Wandtemperatur muss unterhalb der Glasübergangs .58 Temperatur EZ KZ AZ Adapter Bild 4. Bedingt durch die verschiedenen Maschinenkonzepte treten über der Schneckenlänge unterschiedliche Druckprofile auf. Schmelztemperatur liegen (Bild 4. da sich sonst ein Schmelzefilm bildet.17). 19 Druckprofil über die Schneckenlänge für Nutbuchsenextruder .18). tritt beim Nutbuchsenextruder der Maximaldruck in der Regel am Ende der Einzugszone auf (Bild 4. Bild 4. Bild 4. werden also überfahren.19).18 Druckprofil über die Schneckenlänge für konventionelle Plastifizierext-ruder Die Folgezonen haben meistens einen negativen Druckgradienten. Eine Druckänderung vor der Schneckenspitze durch Änderung des Werkzeugwiderstandes bewirkt eine Parallelverschiebung des Druckprofiles zwischen Nutbuchse und Schneckenspitze nach oben oder nach unten (Bild 4.59 Druckanstieg über der Schneckenlänge angestrebt wird (Bild 4. um ein Überfahren der Ausstoßzone aus Produktqualitätsgründen zu vermeiden.19). Dieses Druckprofil ist erwünscht. Letztere ist in der Betriebspraxis jedoch relativ selten anzutreffen.21). die Länge. Beim ideal arbeitenden Nutenextruder haben Drehzahländerungen in etwa die gleichen Auswirkungen auf das Druckprofil wie Werkzeugwiderstandsänderungen. Eine gegendruckunabhängige Förderung erzielt man ebenfalls durch eine unterdosierte Beschickung. da durch sie eine Durchsatz . indem die Schnecke verlängert wird.h. d. Bild 4. Bilder 4. beim Nutbuchsenextruder dagegen weitgehend gegendruckunabhängig und bei gleicher Maschinengröße in der Regel höher (vgl. über die sich der Druck aufbaut.60 Drehzahländerungen verändern beim konventionellen Konzept das Druckprofil und die wirksame Schneckenlänge. Die Druckabhängigkeit des Durchsatzes kann beim konventionellen Konzept verringert werden. Beim konventionellen Extruder ist der Durchsatz gegendruckabhängig.und damit Druckänderung vor der Schneckenspitze hervorgerufen wird.20 und 4.20 Durchsatz in Abhängigkeit von Druck und Drehzahl für konventionelle Plastifizierextruder . Korngeometrie. Bild 4. von der Korngröße. wirksamen Schneckenlänge mögliche Pulsieren des Ausstoßes. Kornverteilung und Art des Kunststoffes.h. sie unterdrückt das bei konventionellen Extrudern in Folge einer veränderlichen.22). wenn die Einzugszone ideal arbeitet.h. d.22 Konventionelle Dreizonenschnecke mit Mischteil . d.21 Durchsatz in Abhängigkeit von Druck und Drehzahl für den Nutbuchsenextruder Die hier über den Nutbuchsenextruder gemachten Aussagen gelten streng. Bild 4. Kompressions. Grundsätzlich wirkt aber eine genutete Einzugszone förderstabilisierend.h. Bei konventionellen Extrudern werden in der Regel Dreizonenschnecken eingesetzt.61 Bild 4. d.oder Umwandlungszone und Ausstoßzone (vgl. Sie bestehen aus Einzugszone. In Wirklichkeit hängt das Systemverhalten jedoch erheblich von der Konsistenz des eingespeisten Schüttgutes ab. der Feststoff nach Art einer gegen Verdrehung gesicherten Mutter auf einer rotierenden Spindel gefördert wird. da aus dem Feststoffkeil in der Umwandlungszone sich unkontrolliert Feststoffinseln ablösen können.23 Scherteile für Schneckenmaschinen A Extruderschnecke mit Scherstegen. H Rapra-Mischteil . Bilder Bild 4.24 Mischteile für Schneckenmaschinen A Rechtsgewinde mit Durchbrüchen. F Pineapple. B Stegdurchbrüche plus Stifte. Diese sind in der Ausstoßzone nur schwer aufzuschließen. D Linksgweinde mit Durchbrüchen. B Scherteil Bauart Tröster.24). C Stifte im Kanal. E Zahnscheiben.23 und Bild 4. G Nocken in Zylinder u. Bild 4. In diesen Fällen werden daher zusätzlich Scherund/oder Mischteile eingesetzt (vgl. D-G Modifikationen Bild 4. Schnecke. C Scherteil Bauart Union Carbise.62 Je nach Thermoplastart erfüllen sie jedoch nicht immer alle Anforderungen bezüglich der thermischen und mechanischen Homogenität der Schmelze. Mischelemente werden meistens am Ende der Schnecke angeordnet. da nur noch Kunststoffpartikel durchgelassen werden. der Dreizonenschnecke mit Scher. Ihre Entwicklung ergab sich aus der Erkenntnis. Bild 4. In der schmelzegefüllten Ausstoßzone kann lediglich ein laminares Mischen stattfinden. die kleiner als der Scherspalt sind oder genauer. deren wesentliches Konstruktionsmerkmal die Überlagerung von zwei Gewindegängen mit unterschiedlicher Steigung ist (vgl. Hierunter versteht man ein Ausstreichen von Schmelzevolumenelementen durch Scherund Dehndeformationen. . Mischelemente haben dagegen Verteilaufgaben zu erfüllen.25). Sie wirken als Filter.63 Scherteile haben eine zweifache Funktion: • • Sie zerteilen Agglomerate und in der Schmelze noch herumvagabundierende Feststoffinseln. Sie reduzieren daher bei konventionellen Extrudern den Durchsatz. dass das unkontrollierte Ablösen von Feststoffinseln aus dem Feststoffkeil in der Umwandlungszone das Aufschließen des Kunststoffes in hohem Maß erschwert. Verbessert wird dadurch die thermische und mechanische Homogenität. Neben der Dreizonenschnecke bzw. Dies wird durch ein ständiges Aufteilen und Wiedervereinigen des Schmelzestromes erreicht. Die Urform dieses Schneckentyps ist die sog. mindestens eine Länge kleiner als der Scherspalt ist. Die Mischgüte ist abhängig von der Deformationsgeschwindigkeits.und Verweilzeitsverteilung. Maillefer-Schnecke.und Mischteile haben in der Regel einen negativen Druckgradienten. Durch das abnehmende Teilvolumen für den Feststoff und das zunehmende Teilvolumen für die Schmelze wird eine Phasentrennung zwischen Schmelze und Feststoff vollzogen.und/oder Mischteil werden Schnecken mit Separierzonen (Barriere-Schnecken) eingesetzt. Scher. Bild 4.26 Prinzipdarstellung einer Barriere-Schnecke A abgewickelter Schneckengang. Barr-Schnecke (vgl.27). Bild 4. Ihr Vorteil liegt in der nahezu konstanten Wärmeübertragungsfläche für den gesamten Feststoffkanal. . Aufschmelzen und Homogenisieren (vgl. Zone 1: Feststoff. Zone 2: Schmelzfilme.64 Bild 4. Bild 4.25 Prinzipsdarstellung einer Maillefer-Schnecke A abgewickelter Schneckengang. Zone 3: separierte Schmelze Eine Weiterentwicklung dieses Konzeptes ist die sog. a Schneckenkanal. B Gangquerschnitte Nutbuchsenextruder erlauben aufgrund ihrer fördersteifen Einzugszone eine konsequentere Aufteilung der Schneckenzonen in die Funktionen Fördern.26). Diese Schnecke hat in der Separierzone eine konstante Feststoffkanalbreite und eine in Förderrichtung abnehmende Kanaltiefe. c Schmelzekanal B Gangquerschnitte. b Barrieresteg. Sie besteht aus Einzugszone. Kompressionszone. Füllstoffe nehmen Wasser auf. Bild 4.27 Funktionszonen eines Nutbuchsenextruders A Fördern. hintereinander geschaltet. Hier sind mehrere Schnecken. C Homogenisieren Diese drei Grundfunktionen können streng getrennt vorliegen. die meist im gleichen Zylinder angeordnet sind und gemeinsam angetrieben werden. die verschiedene Funktionen zu erfüllen haben. werden Plastifizierextruder auch als Entgasungtsmaschinen ausgelegt. In der Regel sind es zwei. Bild 4.28. einer Zone konstanter Gangtiefe mit integriertem Scherteil. bei stufenweiser Entgasung drei Systeme. B Aufschmelzen. .29 zeigt den Grundaufbau derartiger Maschinen.28 Fünfzonenschnecke für Nutbuchsenextruder Einige Thermoplaste bzw. wenn das System ideal fördersteif arbeitet. Dekompressionszone und Homogenisierzone. Um eine Vortrocknung derartiger Werkstoffe zu umgehen. Einen typischen Grundaufbau einer Fünfzonenschnecke zeigt Bild 4.65 Bild 4. Da dann keine störenden Kopplungen auftreten läuft der Prozeß geordneter und damit besser durchschaubar und beherrschbar ab. C Meteringzone der ersten SSt.66 Bild 4.h. f Drosselventil. F Kompressionszone der zweiten SSt. oder besser die zweite Schneckenstufe. h Umleitungskanal Entscheidend für den störungsfreien Betrieb sind folgende Grundforderungen: • Die Gänge in der Entgasungszone dürfen nur teilweise mit Schmelze gefüllt sein. g Druckmessgerät. bei druckloser Förderung einen höheren Durchsatz hat als die erste. • Die Ausstoßzone muss stets vollständig gefüllt sein. a Extruderzylinder. D Dekompressionszone der ersten SSt.29 Entgasungsmaschinen A 1 Extruderzylinder. 3 Entgasungskanal. 2 zweite Schneckenstufe. b zweite SSt.29) die Geometrie der beiden Schneckenstufen aufeinander abgestimmt werden. d. da bei vollständiger Füllung keine freie Oberfläche für das Entweichen der Gase vorhanden ist und zum anderen Schmelze aus der Entgasungsöffnung austritt. wenn die zweite Schnecke. Beim . muß beim System A (Bild 4. Durchsatzschwankungen auftreten. damit keine Pulsationen. Die erste Forderung kann nur erfüllt werden. d Schneckenabschnitt mit gegenläufigem Gangprofil. G Ausstoßzone der zweiten SSt B. Da die Drehzahl für beide Schneckenstufen dieselbe ist. E Entgasungszone zwischen erster und zweiter SSt. c Entgasungskanal. e erste SSt. B Kompressionszone der ersten SSt. 4 Materialeintrittsöffnung A Einzugsbereich der ersten Schneckenstufe (SSt). der Energieumsatz und der Druckaufbau in der Einzugszone von Einschneckenextrudern werden außer von der Geometrie. Die mathematische Behandlung der Einzugszone ist dann unter folgenden Voraussetzungen möglich: Das Material (Pulver. - - die Schneckengänge sind vollständig gefüllt.4 4. d. daß innerhalb des Feststoffes keine Relativbewegung auftritt. System B ist variabler.und den Betriebsparametern in hohem Maße durch die Reibungsverhältnisse in diesem Extruderabschnitt festgelegt. so müssen tribologische Kenndaten von Kunststoffgranulaten . die Schneckengangtiefe ist konstant. wenn der Reibungskoeffizient an der Zylinderwand größer als der an der Schnecke ist. Will man also die kinematischen und thermischen Vorgänge in der Feststoffzone modellmäßig beschreiben. die Druckverteilung im Feststoffbett ist anisotrop.1. Bis hier überarbeitet-09-05-2004 4.1 Zonenweise Behandlung der Plastifizierextruder Die Feststoff-Förderzone Eine einwandfreie Feststoff-Förderung ist nur dann möglich. ein Aufschmelzen des Feststoffes findet nicht statt.h.2.1 Reibverhalten von Kunststoffgranulaten und -pulvern Der Massentransport. das radiale Schneckenspiel wird vernachlässigt.67 System B erfolgt die Abstimmung über die Drosselung des Durchsatzes im Umleitungskanal. 2. Granulat) verhält sich wie ein Kontinuum.4. die Schüttdichte ist vom äußeren Druck unabhängig. die innere Reibung im Feststoffbett ist so hoch. Daneben werden Reibbeiwerte vorgestellt. Hierbei unterscheidet man i. entsprechend dem Coulombschen Ansatz. darauf verwiesen. sondern als spezifische Reaktion eines komplexen System zu interpretieren ist. Es gilt für die Messung des inneren Reibungskoeffizienten. So wird z. . nominaler Kontaktfläche und Gleitgeschwindigkeit v seien. „ äußeren“ Reibungskoeffizienten µ a (Kunststoff / Stahl) und dem sog. finden sich in der einschlägigen Literatur häufig widersprüchliche Daten.68 und -pulvern als Funktion der das jeweilige Tribo-System charakterisierenden Größen bekannt sein.h. Temperatur und Oberflächenzustand der Stahloberfläche sind. daß die Reibungskoeffizienten. Bild 2.A. wie die Messung vor sich geht. Scheibentribometers reproduzierbar gemessen werden. dass die Reibung keine stoffcharakteristische Größe wie etwa die spezifische Wärmekapazität cp oder die Wärmeleitfähigkeit λ darstellt. „ inneren“ Reibungskoeffizienten µ i (Kunststoff / Kunststoff). Daß die veröffentlichten Daten so große Unterschiede aufweisen. zwischen dem sog.B. unabhängig von der Normalkraft FN. D. bei der Angabe von Reibbeiwerten muß immer das gesamte Tribo-System mit in die Betrachtung einbezogen werden. die Funktionen von Flächenpressung. Die Abhängigkeit der Reibungskoeffizienten µ von Flächenpressung. Da die meßtechnische Ermittlung derartiger Reibbeiwerte aufgrund der vielfältigen Einflußparameter außerordentlich problematisch ist.19 zeigt prinzipiell. liegt mit darin begründet. Temperatur und Gleitgeschwindigkeit kann heute mit Hilfe eines sog. 19 Messung des inneren Reibungskoeffizienten Bei der Messung des inneren Reibwertes werden die Granulat.oder Pulverkörner gegeneinander geschert. Auch hier gilt: µ a = FR/FN Bild 2. Es reiben dann die Granulatkörner gegen eine Stahloberfläche.2) . Er tritt an der Schnecke und am Zylinder auf.69 Bild 2. Den Meßwert nennt man dann „ äußerer“ Reibwert µ a.1) Zur Messung des Reibkoeffizienten Granulat gegen eine Stahloberfläche wird der gesamte untere Ring durch eine Stahlplatte getauscht. Der innere Reibwert µ i ist dann: µ i = FR/FN (2.20 zeigt beispielhaft µ a für PE hoher Dichte. (2. Gemessen werden die Reibkraft FR und die Normalkraft FN. und Geschwindigkeitswerte zu Grunde gelegt werden konnten . der Gleitgeschwindigkeit und der Temperatur Der innere Reibungskoeffizient µ i wurde bislang in erster Linie für Polymerpulverstrukturen ermittelt. wobei aber aus versuchstechnischen Gründen in den wenigsten Fällen Druck. wie sie in der Einzugszone von Nutbuchsenextrudern real auftreten.70 Bild 2.20 Äußerer Reibungskoeffizient µ a von HDPE (Hostalen GF 7740) als Funktion der Flächenpressung. . Bild 2.55.2 Die Dichte von Kunststoffgranulaten und -pulvern . Er liegt bei etwa 0.die für eine zuverlässige Berechnung der Einzelvorgänge in dieser Funktionszoen unabdingbar notwendig sind. dass µi > µa gilt. besteht zur Zeit noch ein großer Nachholbedarf.71 Gerade auf dem Sektor der Ermittlung innerer Reibungskoeffizienten.21 Innerer und äußerer Reibwert als Funktion der Druckes 2.2.1. .21 der innere Reibwert µ i dargestellt. Der Vergleich zum äußeren Reibwert µ a zeigt. Für ein PE hoher Dichte ist in Bild 2. 24 ist die Dichte in Abhängigkeit vom Druck für hochmolekulares PE dargestellt.72 Bei der Messung der Schüttdichte ρs läßt man das Granulat oder Pulver in ein Becherglas vom Volumen VG rieseln.22 Dichte in Abhängigkeit von Druck und Zeit (Hostalen GM 7255 P) .3) Im Extruder wird das Material unter Druck gebracht und komprimiert. Die Folge davon ist eine Zunahme der Dichte. Aus der Wägung der Granulat. In den Bildern 2.22 und 2. Bild 2.oder Pulvermasse mG und dem Volumen VG ergibt sich die Schüttdichte ρs wie folgt: ρs = mg / VG (2. 4) Dies ist die Geschwindigkeit. .2. mit der sich der Schneckensteg (oder z.B.23 Dichte in Abhängigkeit von Druck und Zeit (Lupolen 4261 A) 2.3 Mathematische Behandlung der Feststoff .1.73 Bild 2. Geometrie. ein auf den Steg gemalter Punkt) bewegt.24 zeigt die Definition von 4 Geschwindigkeiten: 1. Bild 2.Förderzone mit zunächst glattem Zylinder aus den Verfahrens-.Förderzone Ziel dieses Abschnittes ist die Entwicklung einer Berechnungsformel für den Durchsatz einer Feststoff .und Stoffparametern. Umfangsgeschwindigkeit: n: D: Schneckendrehzahl Zylinderdurchmesser vu = π n D (2. Geschwindigkeit in Kanalrichtung:v   Demzufolge ergibt sich die Absolutgeschwindigkeit des Schüttgutes als Hintereinander Ausführung der Bewegungen in Umfangs.und Kanalrichtung (vektorielle Addition. 2. Daher der Name Förderwinkel. 3.und eine Axialkomponente vx.25). Dieser Winkel gibt an.74 Bild 2. inwieweit das Schüttgut nur mit der Schnecke mitrotiert (ω0 = 0). oder aber eine Axialgeschwindigkeit entwickelt (ω0 > 0). Absolutgeschwindigkeit: va = vu + vΦ (2.24 Geschwindigkeiten im Schneckenkanal Das zu transportierende Material hat nur die Möglichkeit sich ebenfalls mit vu in Umfangsrichtung mit der Schnecke mit zu bewegen (wie als wäre es auf die Schnecke aufgeklebt). oder aber sich relativ zur Schnecke mit v? in Kanalrichtung zu bewegen. Bild 2. Förderwinkel ω0 ein.5) Die Absolutgeschwindigkeit va kann ihrerseits zerlegt werden in eine Umfangs. 4. . Axialgeschwindigkeit: vx Umfangsgeschwindigkeit und Absolutgeschwindigkeit schließen den sog. Die Axialkomponente liefert den Materialdurchsatz. ω0) = vu / sin (Φ+ ω0) rechtwinkliges Dreieck va.6) Aus den Geschwindigkeitsdreiecken in Bild 2. (2. vx : vx = va sin (Φ 0) Aus (2. muß man sie mit der Schüttdichte und der freien Ringquerschnittsfläche multiplizieren: & = ρ ⋅v ⋅ A & = ρ s ⋅V m s x f wobei die freie Ringquerschnittsfläche Af gegeben ist durch: (2.Φ . Eingangsdaten und den Förderwinkel zurückgeführt.7) und (2. Um den Durchsatz zu erhalten. Nach Bild 2.g.8) kann man folgern: vx = π n D sin (Φ) sin (ω0) / sin (Φ + ω0) = = π n D tan (Φ) tan (ω0) / [tan (Φ) + tan (ω0)] (2.9) (2.24 lassen sich folgende Beziehungen herleiten: Sinus .7) Damit ist die axiale Geschwindigkeitskomponente auf die o.8) (2.24 ist er gegeben durch: tan (Φ) = T / π n D (2. vu : va / sin (Φ) = vu / sin (180 .Satz im Dreieck va.75 Der Winkel Φ heißt Gangsteigungswinkel. v?.6).10) . 25).76 Af = ¼ π (D2 .11) Damit ergibt sich zusammenfassend für den Durchsatz: tan Φ ⋅ tan ω 0 π s⋅h & = ρ s ⋅ π ⋅ n ⋅ D ⋅[ ⋅ (D 2 − d 2 ) − m ]⋅ 4 sin Φ tan Φ + tan ω 0 (2. Bild 2.d2) .12) Der Förderwinkel ω0 muß aus einer Kräftebilanz am Kanaleingang gewonnen werden (Bild 2.s h / sin (Φ) s: h: Stegbreite Gangtiefe (2.Element entgegen Kanalrichtung am .Element in Kanalrichtung am Elementanfang P + ∆P Druckkraft im Feststoff .25 Kräfte am Längenelement des Feststoffkanals Die dargestellten Kräfte haben folgende Bedeutung: P Druckkraft im Feststoff . welche der passive Steg ausübt Die Kräftebilanz in Kanalrichtung liefert: -∆P . greift diese Kraft auch unter dem Winkel ωo an.14) (2.15) (2. greift diese Kraft auch unter dem Winkel ω an.Ra . welche der Zylinder auf das Element ausübt.Rp + RZ cos (ω0+Φ) .RS = 0 und die Kräftebilanz senkrecht dazu ergibt: Na .Np .13) . Ra Na Rp Np Reibkraft. Da sich das Element relativ zur Schnecke unter dem Winkel ω bewegt. Da sich das Element relativ zum Zylinder unter dem Winkel ωo bewegt. welche der passive Steg ausübt Normalkraft. RZ Reibkraft. welche der aktive Steg ausübt Reibkraft. welche der aktive Steg ausübt Normalkraft.RZ sin (ω0+Φ) = 0 Mit Ra = µ S Na Rp = µ S Np und (2. welche die Schnecke auf das Element ausübt.77 Elementende RS Reibkraft. 14) ergibt sich bei Eliminierung von Na: .16) In der Nähe des Einfüllstutzens sind der Anstieg der Druckkraft ∆P und die Normalkraft am passiven Steg gegenüber den Reibkräften an der Schnecke und der Buchse vernachlässigbar.19) (2. Aus (2.17) die Beziehungen RZ = µ Z p O Z RS = µ S p OS OZ / OS = D / d OZ: OS: p: so folgt: µ S d / µ Z D = cos (ω0+Φ).µ S sin (ω0+Φ)] .16) folgt damit: RS / RZ = cos (ω0+Φ) .18) (2.2µ S Np + RZ [ cos (ω0+Φ) .13) und (2.∆P .µ S sin (ω0+Φ) (2.78 µ S: Reibungsbeiwert an der Schnecke und (2.21) Oberfläche des Elementes am Zylinder Oberfläche des Elementes an der Schnecke Druck im Element (2.RS = 0 (2.µ S sin (ω0+Φ) Setzt man in (2.21) kann wie folgt nach ω 0 aufgelöst werden: (2.20) (2.17) . µs = 0.7 °. Dies wird durch eine Nutung der Einzugszone erreicht (Bild 2.2 und µ z= 0.11) folgt: Aus (2.2.22) Der Massendurchsatz kann jetzt berechnet werden.10) folgt: Af = 1327 mm2 ω0 = 7. Φ = 17.6 ° vx = 59.4 Die genutete Einzugszone Höhere Durchsätze erhält man.9) folgt: Aus (2.22) folgt: Aus (2.1.22 Aus (2. Bild 2. wenn ein hoher Reibungskoeffizient an der Zylinderwand in Verbindung mit einem geringen Reibungskoeffizienten an der Schnecke vorliegt. s = 10 mm. d = 90 mm.79 2  d ⋅ µ 2 / D⋅u d ⋅ µ s / D ⋅ u z 2 1 − (d ⋅ µ s / D ⋅ u z ) 2 s z ω o = −Φ + arcsin − ) + + 2 2 2 1 + µ 1 + µ 1 + µs  s s      (2. n = 120 min-1.26). Beispiel D = 100 mm. ρs = 500 kg/m³.2 mm / s & = 141 kg / h m 2.26 Querschnitt der genuteten Einzugszone eines Nutbuchsenextruders . bN = 5 mm.80 Im Bereich der Nuten kommt dann der höhere innere Reibungskoeffizient µ i zur Wirkung.5.22): aus (2.23) folgt aus einer einfachen Kräftebilanz am Umfang der genuteten Zylinderwand. welcher das Vorhandensein der Nuten modelliert: (2. man muß lediglich den Reibungskoeffizienten an der Zylinderwand µ Z durch einen neuen.25 Benutzt man die Daten des vorausgegangenen Beispiels und ersetzt µ Z = 0.22 durch µ eff = 0.1 ° vx = 95. NN = 10 Es ergibt sich an der Zylinderwand ein effektiver Reibungskoeffizient von: µ eff = 0. sog. effektiven Reibungsbeiwert ersetzen.11): aus (2. Für den Durchsatz gelten dann die gleichen Zusammenhänge (Gleichungen (2.25.9): Af = 1327 mm2 ω0 = 16.22)) wie bei einer glatten Einzugszone. so folgt: aus (2.23) Gleichung (2. Die Symbole haben folgende Bedeutung: µ eff: NN: bN: effektiver Reibungskoeffizient an der Zylinderwand Anzahl der Nuten Breite der Nuten Um den Einfluß der Nutung weiter zu untersuchen wird das voraus gegangene Beispiel bezüglich des Reibungskoeffizienten an der Zylinderwand wie folgt abgeändert: µ i = 0.4) bis (2.2 mm / s . Man erkennt. .10): & = 227 kg / h m Somit konnte durch das Nuten der Einzugszone eine erhebliche Durchsatzsteigerung erzielt werden. daß wenn das Verhältnis µ Z/µ S nur schwach größer als 1 ist. sich nur geringe Durchsätze ergeben. Modell. aus (2.81 . die Abhängigkeit vom Gegendruck mit einem komplizierteren. hier nicht erwähnten. Diese sind zudem stark gegendruckabhängig.27 zeigt schematisch den Durchsatz einer Einzugszone als Funktion der Reibkoeffizienten und des Gegendruckes. Bild 2. Bild 2.27 Durchsatz der Einzugszone als Funktion der Reibkoefizienten und des Gegegndruckes – schematische Darstellung Die Abhängigkeit von den Reibkoeffizienten wurde dabei mit dem hier vorgestellten Modell ermittelt. 5 . Bei wandgleitenden Schmelzen wird nahezu kein Material durch die aktive Schneckenflanke abgeschabt.82 Bereits geringe Steigerungen der Verhältnisses der Reibkoeffizienten verringert sich. wird er durch die aktive Schneckenflanke abgeschabt.2. der den Feststoff am Schneckengrund aufschmilzt.T. Dies geschieht durch Wärmeleitung und Schererwärmung. In beiden Fällen bildet sich zunächst an der Zylinderwand durch Wärmeleitung ein Schmelzefilm (Bild 2.2) führen zu großen Durchsatzsteigerungen. Dadurch wird der Feststoff schließlich von Schmelze umströmt und aufgeschmolzen. Die Aufschmelzzone Beim Aufschmelzen ist zwischen wandhaftenden und wandgleitenden Schmelzen zu unterscheiden.T: über die Leckströmung in den nächsten Schneckengang.werden durch den Schmelzewirbel teilweise Feststoffpartikel mitgerissen und aufgeschmolzen. Übergangszone . z. der in Förderrichtung wächst. Bei wandhaftenden Schmelzen gelangt dieser z.der sog. Die Abhängigkeit vom Gegendruck 2. (µ Z/µ S = 1.2. .28). Hinzu kommt der Wärmestrom von der Schnecke. In der Zone 3 . Es bildet sich ein Schmelzewirbel. Das angesinterte bzw. an der Zylinderwand aufgeschmolzene Material gelangt über den Schneckensteg an die passive Flanke. Durch die Leckströmung bildet sich zusätzlich auch an der passiven Schneckenflanke ein Schmelzefilm. Homogenisiereffekte können hier nicht auftreten.83 Bild 2.28 Aufschmelzen in einem Extruder Der gesamte Aufschmelzvorgang erfolgt vornehmlich durch Wärmeleitung. . Bild 2.29) wiedergegeben.84 Die Aufschmelzlänge kann heute theoretisch berechnet werden. Danach schneidet die Barr-Schnecke wegen ihrer konstanten Wärmeübergangsfläche am besten ab.29 Verschiedene Aufschmelzgeometrien .30 sind die Aufschmelzlängen von 3 Schneckengeometrien (Bild 2. In Bild 2. so ist das Geschwindigkeitsprofil linear und man spricht von einer reinen Schleppströmung (Bild 2. Die Metering.85 Bild 2. Die Schmelze wird durch die Schnecke mitgeschleppt und vom Zylinder gebremst (vgl.30 Aufschmelzlängen Eine komplette Berechnung von Aufschmelzzonen ist heute zwar möglich. des Scherens und des Mischens. Wird hingegen . Sie bestimmt den Durchsatz mit. Einzugszone). Konventioneller Extruder: Die Meteringzone hat die Funktion des Druckaufbaues.3.oder die Ausstoßzone In der Meteringzone ist das Material vollständig aufgeschmolzen und liegt als zähe Schmelze vor.31 a). Auf eine mathematische Behandlung und Beispielrechnungen soll hier daher verzichtet werden. Braucht die Schnecke keinen Druck aufzubauen. 2. zwischen konventionellem und Nutbuchsenextruder zu unterscheiden. Zum Verständnis der Meteringzone ist es hilfreich.2. allerdings immer noch sehr aufwendig. 31 b. z. mittels einer Drossel.31 Geschwindigkeitsverläufe in der Meteringzone Druck aufgebaut. so wirkt die Druckströmung der Schleppströmung entgegen und es ergibt sich Bild 2. Durch die kräftige Scherung entsteht eine gute Mischwirkung.86 Bild 2.B. . Strömung genannt) zerlegt werden.31 c).2.und Homogenisiereffekte sind geringer. Dadurch hat die Meteringzone ihre eigentliche Bedeutung verloren.11). Da sie außerdem keinen Beitrag zum Durchsatz der Meteringzone leistet und mathematisch sehr schwierig zu behandeln ist. . die Misch. d. b) Schleppströmung in Kanalrichtung Die Strömung in Kanalrichtung ist eine sog. Die Schleppströmung ist in Bild 2. wird hier darauf verzichtet. Druck. sie durch Scher.und Mischteile zu ersetzen (vgl.und Schleppströmung addieren sich (Bild 2. Bild 1. ebene Schichtenströmung. 2. sie weiter zu verfolgen.32 genauer erläutert.1 Mathematische Behandlung der Meteringzone Nach Bild 2. daß diese Strömung die Strömung längs zur Kanalrichtung nicht beeinflußt. daß die Meteringzone überfahren wird.3.87 Nutbuchsenextruder: Der Verlauf des Druckgradienten ist hier meistens negativ. Man sagt dann. läßt sich die Strömung in der Meteringzone in drei Anteile zerlegen: a) Eine rotierende Strömung quer zur Kanalrichtung Man kann allgemein zeigen.h. Neue Konzepte sehen daher vor. Die Scherwirkung ist hier weniger intensiv. Dieser Strömungstyp kann in eine Schleppströmung (auch Scherströmung oder Couette Strömung genannt) und eine Druckströmung (auch Poiseuille .31. In Scherströmungen wird kein Druck auf . Die Breite des Kanals ist gleich der Kanalbreite B in der Meteringzone. die Spaltweite gleich der Kanalhöhe der Meteringzone HMet.Kanals.oder abgebaut. Die obere Platte bewegt sich in ihrer eigenen Ebene mit der Geschwindigkeit UW.25) (2. Für die Geschwindigkeitsverteilung über den Spalt gilt: u(y) = π n D cos(Φ) y/HMet Daraus resultiert für den Volumenstrom: VSchlepp = ½ B HMet π n D cos(Φ) und den Durchsatz: mSchlepp = ½ ρ B HMet π n D cos(Φ) (2.32 Schleppströmung in der Meteringzone Die Flüssigkeit befindet sich zwischen zwei ebenen Platten. Die Länge des Kanals L entspricht der abgewickelten Länge des Meteringzonen . Im Falle einer Meteringzone gilt UW = π n D cos (Φ).24) . Daher sind die Drucke an Kanalein .und .26) (2.ausgang gleich. Die untere Platte ruht (UW = 0). Daher bildet sich das skizzierte lineare Geschwindigkeitsprofil aus.88 Bild 2. 27) η symbolisiert die Viskosität der Schmelze und L die abgewickelte Länge des Meteringzonen . Bild 2. Im Fall sog.y (HMet .33 ist ähnlich zur Schleppströmung. newtonscher Flüssigkeiten (konstante Viskosität. nur newtonsche Flüssigkeiten werden weiter betrachtet) ergibt sich ein parabelförmiges Geschwindigkeitsprofil.89 Dabei bezeichnet ρ die Dichte der Schmelze. wobei jedoch die obere Wand ruht und statt dessen die Strömung durch den Druckunterschied p2-p1 angetrieben wird.y) (p2 .p1) / 2 η L (2.33 genauer erläutert.33 Druckströmung in der Meteringzone Der Aufbau von Bild 2. . c) Druckströmung in Kanalrichtung Die Druckströmung ist in Bild 2. welches leicht berechnet werden kann: u(y) = .Kanals. dass stets der Druck am Eingang auf 50 bar und der Druck am Ausgang auf 100 bar konstant geregelt sind.26) und (2.28) Fügt man (2.p2) / 12 η L (2.Kanals L gilt: (2.28) zusammen.Met gibt die Anzahl der Schneckenwindungen in der Meteringzone an. (2.29) L = π 2 ⋅ D 2 + T 2 ⋅ N w.pein = 50 bar = konst.p1) / 12 η L ] Für die abgewickelte Länge des Meteringzonen . Länge der Schnecke: Schneckendurchmesser: Teilung: Stegbreite: Schmelzedichte: Viskosität: Gangtiefe: 10 D 100 mm T=D 10 mm 1170 kg / m³ 100 kg/m s 5 mm & Für 30 Upm und 50 Upm berechne man den Durchsatz und konstruiere eine m n .90 Für den Durchsatz ergibt sich das sogenannte Gesetz von Hagen-Poiseuille: mDruck = ρ B HMet3 (p1 . Wie groß muß die Drehzahl mindestens sein.HMet2 (p2 . so folgt für den Durchsatz in der Meteringzone: mMet = ρ B HMet [½ π n D cos(Φ) .Kennlinie für paus . damit der Extruder Schmelze in Maschinenrichtung fördert? .30) Beispiel Ein Schmelzeextruder wird so gefahren. Met NW. 075 n .7° und cos(Φ) = 0.28) eine Gerade. Um einen positiven Durchsatz zu erreichen muß der Extruder also mit einer Drehzahl > 12 Upm betrieben werden.5)) (Gleichung (1.95 Wegen B = T cos(Φ) .0.System) & = 81 kg/h m & = 171 kg/h m Für n = 30 Upm folgt: Für n = 50 Upm folgt: Dies liefert folgende Kennlinie (nach (2.34 Zur Druckströmung in der Meteringzone Bei etwa 12 Upm ergibt sich der Durchsatz von 0.91 Wegen T = D folgt Φ = 17.3 m Einsetzen in (2.34): 200 kg/h 100 kg/h 20 Upm 40 Upm 60 Upm Bild 2.015 (alle Einheiten im MKS . Bild 2.085 m Für die abgewickelte Kanallänge folgt: L = 3.30)) = 0.4)) (Gleichung (2. .s folgt B = 0.29) liefert: & m (Gleichung (1. wird es durch ein Filter gedrückt und über eine Düse ausgeformt (Bild 3. Filter müssen so aufgebaut sein. daß obige Aufgaben erfüllt werden und nur geringe Totzonen auftreten können. durch einfache konstruktive Maßnahmen zu Schmelzefiltern mit nur geringen Totzonen zu gelangen.2) und mit geringen Totzonen (Bild 3.92 5. Sie darf keine störenden Einschlüsse aufweisen.1).3) gegenübergestellt.1 Prinzipsskizze eines kompletten Extrusionssystem Die Schmelze muß nicht nur homogen sondern auch rein sein. Filter Nachdem das Material im Extruder aufgeschmolzen ist. Bild 3. Es ist möglich. Die Abkühlung der Schmelze erfolgt beispielsweise über eine Abzugswalze (Folie) oder über ein Wasserbad mit Kalibrierung (Rohre und Profile). da diese zu einer Qualitätsminderung führen. Bei der Auslegung werden zwei Prinzipien beachtet: . In den Bildern sind Filter mit großen Totzonen (Bild 3. Das strömungsgünstige Kerzenfilter.93 1. die bei der Filtration stark verschmutzten Rohstoffes zu geringen Standzeiten führen würde. Dadurch werden tangentiale Kräfte auf die Filterkerzen reduziert. Die Bohrungen der Verteilerplatte sind beidseitig angesenkt. so dass zwischen den Bohrungen keine der ursprünglichen Flächen verbleibt. das wegen der besonderen Ausformung des Filtergehäuses und des Filterkörpers auf allen Fließwegen nahezu gleiche Fließwiderstände hat. Bild 3. Diese Forderung ist bei den in Bild 3. wenn der Strömungsquerschnitt mit dem Querschnitt des Filtergehäuses identisch ist. Lagen feineren Drahtgewebes übernehmen die Aufgabe der Filtrierung.3b.3 a ist ein Topffilter dargestellt. das auch die tragende Form übernimmt.) Das Filter wird voll durchflutet 2.) Der Fließwiderstand auf allen Stromlinien ist etwa gleich groß Das erste Prinzip ist erfüllt. Die Kontur des Verdrängers im Filterkörper und die Kontur der Innenwand des Filtergehäuses sind aufeinander abgestimmt. . Der wichtigste Nachteil dieses Filterkonzeptes ist die geringe Filterfläche. Die Form gibt ein grobes Stahlgewebe. Der Filterkörper kann wie eine Filterkerze aufgebaut sein. erlaubt die Verwirklichung einer sehr großen Filterfläche in einem geringen Volumen.3 dargestellten Filtern verwirklicht: In Bild 3. Der ankommende Schmelzestrom wird durch eine Verteilerplatte auf den Fließquerschnitt des Filtergehäuses gebracht. Bild 3.2 Strömungsungünstige Schmelzefilter 95 Bild 3.3 Strömungsgünstige Schmelzefilter Die Filterkerzen werden so auf der Bodenplatte montiert, dass aufgrund ihres Abstandes zueinander der Fließwiderstand auf der Stromlinie 1 ungefähr der gleiche ist wie auf der Stromlinie 2. Die Köpfe der Filterkerzen sind als kleine Verdrängerkörper ausgebildet, so dass hier kein Material stagnieren kann. Die Bohrungen in der Bodenplatte werden beidseitig angesenkt, so dass auch hier keine Totstellen auftreten können. Einlauf und Auslauf werden trompetenförmig ausgebildet. Sie sollen ausreichend langgestreckt sein, damit keine größeren Fließwiderstände, keine Toträume und keine zu unterschiedlichen Verweilzeiten auf den Stromlinien entstehen. In Fällen, wo große Standzeiten und große Filterflächen bei gegebenem Filtervolumen und geringen Totzonen notwendig sind, hat sich nach vorliegenden Erfahrungen das Filterkonzept von Bild 3.3 b bewährt. Etwa gleich zu bewerten ist aber auch ein Konzept wie in Bild 3.3 b, wobei jedoch statt Filterkerzen Filterscheiben benutzt werden. Diese führen zu einer noch kompakteren Unterbringung von Filterfläche im Volumen. Das Siebwechselfilter von Bild 3.3 c hat keine Toträume, wird voll durchströmt und beeinflußt die Homogenität der Schmelze nicht. Im Vergleich zu den Bildern 3.3 a und b ist die Filterfläche jedoch weitaus kleiner. Deshalb kann dieses Filter nur dann eingesetzt werden, wenn bestimmte Produktionsbedingungen erfüllt sind. Wo soll ein Schmelzefilter angebaut werden? Eine normale Extrusionsstrecke besteht aus Extruder, Schmelzeleitung, Filter, Düse und ggf. (im Laufe der zeit immer häufiger) Zahnradpumpe. Somit ergeben sich eine ganze Reihe von Anordnungsmöglichkeiten der Einzelaggregate und im Fall der Benutzung einer Zahnradpumpe von Regelungstypen. Bild 3.4 zeigt beispielhaft einige davon. 97 Bild 3. . kann nur von Fall zu Fall in Abhängigkeit von der jeweiligen Aufgabenstellung des Extrusionssystems entschieden werden.4 Verschiedene Aufbaumöglichkeiten von Schmelzesystemen Welcher Aufbau der bessere ist. W. 5.. C. G. G. E. H. Schmachtenberg.. Braun. Taschenbuch der Chemie. neubearbeitete Auflage.. Frankfurt [5] Schwister. Haberstroh.. B.: Die Kunststoffe. C. Hanser Verlag. München. Literatur [1] Menges. E. verbesserte Auflage. 2002 [2] Becker. Fachbuchverlag Leipzig im C.. P. Technologie. Hanser. 1991 [4] Christen. Hanser Verlag. völlig überarbeitete Auflage.: Einstieg in die Kunststoffchemie. Michaeli. K. Hanser. München. Kunststoffhandbuch1. Otto Salle Verlag. 3. Physik. 2. W.R. Chemie.: Chemie. 1990 [3] Gnauck. Fründt..: Werkstoffkunde Kunststoffe. 1999 .98 4. D. C.