Grundlagen der Extrusion: Heiß kann gut sein, aber es ist eine Frage des Grades

Allan Griff | Jul 16, 2023

Draußen ist es jetzt heiß und stellenweise sehr regnerisch. Dennoch fällt es den Menschen immer noch schwer zu glauben, dass Wasser eine Chemikalie istzusammengesetzt und natürlich, auch (siehe Kolumne vom letzten Monat). Chemie ist nur ein Code, der Menschen aus verschiedenen Ländern hilft, miteinander zu reden. Für uns alle besteht ein Wassermolekül aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoff oder H2O. Das Gleiche gilt für Dampf und Eis (obwohl Eis komplizierter wird, aber es ist immer noch H2O).

Diese Übersetzungen begannen bereits vor langer Zeit, als der Buchdruck erfunden wurde (Gutenberg, 1455) und wurden bald von Martin Luther verwendet, um die Bibel vom Lateinischen ins Deutsche zu übersetzen, und von Paracelsus, einem Schweizer Arzt, der das Gleiche tat, um das medizinische Wissen der damaligen Zeit zu erweitern. Medizinstudenten erinnern sich bis heute an ihn wegen seiner Betonung des Wichtigen, eine Lektion, die er auf die Medizin anwendete, die aber auch heute noch von Menschen ignoriert wird, die Kunststoffe der Toxizität bezichtigen, aber die harmlose Chemie, die Unverdaulichkeit und die Undurchlässigkeit des Materials leugnen unsere winzigen Kapillaren und zirkulieren im Blut. Sie sind das heutige Beispiel für: „Wenn es chemisch klingt, haben Sie Angst!“

Wenn Sie Kunststoffe und Zusatzstoffe verstehen möchten, lassen Sie Ihre Ängste vor unpersönlicher Wissenschaft hinter sich und lernen Sie den Code für die wichtigsten Elemente: H = Wasserstoff, O = Sauerstoff, N = Stickstoff, C = Kohlenstoff und Cl = Chlor. Anders ist es, wenn man eine andere Muttersprache spricht, aber trotzdem ganz einfach. Weitere Einzelheiten finden Sie in meinen Simple Science-Kolumnen. Für weitere Elemente und deren Kombinationen (Verbindungen) verwenden Sie Ihr Telefon, um Symbole für alle 92 Elemente abzurufen.

Zurück zur Hitze. So etwas wie Kälte gibt es nicht. Wärme ist ein Maß dafür, wie schnell sich Atome bewegen. Wenn sie sich überhaupt nicht bewegen, sind wir beim absoluten Nullpunkt. Die Temperatur beträgt -273 °C (-460 °F), und kälter kann es nicht werden.

Zum Extrudieren müssen wir den Kunststoff auf eine Temperatur zwischen 150 und 315 °C (300 und 600 °F) bringen, damit er durch das System fließen kann. Die tatsächlichen Zahlen hängen vom Kunststoff ab – wie lang und verzweigt seine Ketten sind, wie schnell er sich bewegt – und manchmal auch von den Zusatzstoffen. Einige Wachse wirken als Schmiermittel und die niedrigere Viskosität ermöglicht niedrigere Temperaturen und daher wird weniger Stabilisator/Antioxidationsmittel benötigt. Einige mineralische Feststoffe und Vernetzungsmittel können die Viskosität erhöhen, sodass sie heißer laufen müssen. Additive verändern auch die Kosten und andere Eigenschaften, sodass wir ohne Erfahrung oder Tests oder beides nicht von einer idealen Schmelztemperatur ausgehen können.

Das ist auch ein Problem. Selbst wenn wir die Schmelzetemperatur im Extruder messen – zum Beispiel an der Schneckenspitze, im Kopf oder in der Düse – ist die Temperatur an anderen Stellen nicht gleich. Das Material ist in Bewegung und unterliegt daher Reibungswärme sowie Erwärmung oder Kühlung, abhängig von den Einstellungen der Fasswand. Wenn eine Kühlung gewünscht wird, erfolgt dies normalerweise mit Pflanzenwasser, einige Extruder verfügen jedoch nicht über diese Kreisläufe. Heutige Mathematik- und Computertechnologien können Einstellungen vorschlagen, wenn das Viskositäts-Temperatur-Verhältnis bekannt ist. Diese werden jedoch auch von den Durchflussraten beeinflusst, selbst wenn alle anderen Abmessungen gleich bleiben. Darüber hinaus weist nicht jede Materialcharge das exakt gleiche Viskositäts-Temperatur-Verhältnis auf, und dies kann selbst innerhalb einer Charge inkonsistent sein.

Es ist verlockend zu glauben, dass der Verschleiß der Schraube eine Rolle spielt, aber so häufig kommt das nicht vor. Der Wiederaufbau ist teuer und stoppt die Produktion, es sei denn, Sie haben ein Ersatzteil, und die Anschaffung eines neuen ist noch teurer und erfordert eine Entscheidung über die Abmessungen und die Metallbeschaffenheit. Das häufige Messen von Schrauben ist immer noch eine gute Idee, und Schraubenlieferanten können um Empfehlungen gebeten werden, da das Ziehen und Handhaben einer großen Schraube Planung und geeignete Ausrüstung erfordert. Messen wir die gesamte Länge oder nur einen Teil davon? Wenn ein Teil, welcher Teil? Messen wir Hitze oder berücksichtigen wir anderweitig die Wärmeausdehnung? Wo legen wir es hin, wenn es gezogen wird? Reinigen wir es, wenn es draußen ist, und achten wir darauf, wo es überhitzt aussieht? Bei Verschleiß ist es wichtig zu wissen, wo er sich befindet, um Abhilfe zu schaffen. Berücksichtigen wir den natürlichen Durchhang der Schnecke, wenn sie sich noch im Extruder befindet und nur an einem Ende abgestützt wird? Fotografieren – das ist heute einfach, aber jemand muss es noch planen.

Vergessen Sie auch die Fässer nicht. Normalerweise verschleißen ihre Metalle weniger, aber das hängt davon ab, was Sie extrudieren. Glasfasern beispielsweise zermürben nahezu alles und sind daher möglicherweise teureren Metallen vorzuziehen.

Schließlich beeinflusst die Zufuhrtemperatur den Erhitzungsprozess, ebenso wie die Form und Größe der Partikel, was sich auf die Eindrückgeschwindigkeit und die Reibungswärme auswirkt, die entsteht, wenn die Partikel in die und durch die Schnecke(n) gedrückt werden. Die Vorlauftemperatur wird oft vernachlässigt, mit Ausnahme der Vorwärmung, und selbst dann kann ihre Steuerung ungenau sein. Die Lagerung im Freien und in Eisenbahnwaggons ist ebenso relevant wie der Zeitpunkt des Transfers aus diesen Containern. In manchen Klimazonen lässt sich der Unterschied zwischen Tag und Nacht erkennen und auf die Futtertemperatur zurückführen.

Ich habe gute Argumente dafür vorgebracht, dass das alles zu viel für einen Bediener ist, selbst mit digitaler Hilfe durch verschiedene Messungen nach dem Verlassen der Form. Aber ein zu dünnes Produkt kann im Betrieb versagen, und ein zu dickes Produkt verschwendet Material (Kosten) und funktioniert möglicherweise nicht dort, wo genaue Abmessungen erforderlich sind, wie etwa bei Rohrverbindungen oder einigen medizinischen Schläuchen. Daher kann ich mit einem festen Satz an Laufbedingungen einverstanden sein, die nur mit begründetem Anlass geändert werden können.

Vor dem Start sind Bedingungen zum Vorheizen erforderlich (es sollte eine Sperre vorhanden sein, um die Gefahr des Startens mit zu kaltem Material zu verhindern). Denken Sie nicht, dass dies die einzig richtigen Bedingungen für den Betrieb des Produkts sind. Ein anderes Set kann auch gut funktionieren, aber ändern Sie es so wenig wie möglich und machen Sie sich bewusst, warum Sie Änderungen vornehmen und was Sie erwartet. Eine weitere vermeidbare Gefahr besteht darin, dass sich bei Beginn einer neuen Schicht ein oder mehrere Bedingungen ändern.

Mit Bedingungen meine ich die Einstellung der Temperaturregler an Zylinder, Kopf und Matrize. Bei manchen Düsen sind die Regler eine Hauptquelle für die Wärme- und Durchflussregelung. Und in einigen Leitungen gibt es Druckkontrollen im Zusammenhang mit Sieb- und Zahnradpumpen, die durch Änderungen der Schmelzetemperatur oder Harzschwankungen beeinflusst werden können. Diese können durch Blinken oder Geräusche alarmiert werden, um dem Bediener mitzuteilen, dass etwas nicht stimmt.

Wenn die Hitze rund um den Extruder zu hoch wird, wird das Ablesen der Messgeräte zur Belastung, lässt sich aber nicht sicher vermeiden. Gehen Sie in ein klimatisiertes Büro und scrollen Sie durch die PlasticsToday-Website.

Über den Autor

Allan Griff ist ein erfahrener Extrusionsingenieur, der im technischen Service eines großen Harzlieferanten begann und nun viele Jahre lang selbstständig als Berater, Sachverständiger in Rechtsfällen und insbesondere als Dozent im Rahmen öffentlicher Webinare und Seminare arbeitet und inhouse, und jetzt in seiner virtuellen Version. Er schrieb Plastics Extrusion Technology, das erste praktische Extrusionsbuch in den Vereinigten Staaten, sowie das Plastics Extrusion Operating Manual, das fast jedes Jahr aktualisiert wird und sowohl auf Spanisch und Französisch als auch auf Englisch erhältlich ist. Erfahren Sie mehr auf seiner Website www.griffex.com oder senden Sie ihm eine E-Mail an [email protected].

In naher Zukunft oder vielleicht auch nie seien Live-Seminare geplant, da sein virtuelles audiovisuelles Seminar sogar noch besser sei als Live-Seminare, sagt Griff. Keine Anreise, kein Warten auf Live-Termine, dieselben PowerPoint-Folien, aber mit Audio-Erklärungen und einem schriftlichen Leitfaden. Schauen Sie in Ihrem eigenen Tempo zu; Die Gruppenteilnahme wird zum Pauschalpreis angeboten, inklusive des Rechts, Fragen zu stellen und ausführliche Antworten per E-Mail zu erhalten. Für weitere Informationen rufen Sie 301/758-7788 an oder senden Sie eine E-Mail an [email protected].

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