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Werkstofftechnik 2 - Extrudieren von Kunststoffen

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Werkstofftechnik 2

Extrudieren von Kunststoffen

Extruder erfüllen zwei Hauptaufgaben. Zum Einen werden sie genutzt um Kunststoffe zu homogenisieren und zum anderen dienen sie zur Herstellung von thermoplastischen Halbzeugen. Gerade letzteres ermöglicht die Erstellung komplexer Bauformen, die sowohl sprödes als auch weiches Ausgangsmaterial besitzen. Dabei kann man zwischen verschiedenen Bauformen des Extruders unterscheiden:

  • Kolbenextruder $\Longrightarrow $ Druck wird mit einem Kolben erzeugt. 
  • Schneckenextruder $\Longrightarrow $ Druck wird mit Hilfe einer Schneckenwelle erzeugt. 
  • Kaskadenextruder und Planetwalzenextruder $\Longrightarrow $ keine nähere Beschreibung.
Schneckenextruder
Schneckenextruder

Unabhängig von der Bauform des Extruders, durchläuft das Kunststoffgranulat in jeder Variante ähnliche Prozessschritte bis es als thermoplastisches Halbzeug vorliegt: 

  • 1. Polymeres Rohmaterial wird in den Extruder über einen Einfülltrichter aufgenommen (im festen Zustand). $\rightarrow $ Einzugszone
  • 2. Das Rohmaterial (meist Kunststoffgranulat) wird innerhalb des Rohr bewegt. Dabei kommt ein Kolben oder eine Schneckenwelle zum Einsatz $\rightarrow $ Einzugszone $\longrightarrow$ Umwandlungszone $\longrightarrow $ Ausstoßzone
  • 3. Während dieses Materialtransports wird das Granulat in der Umwandlungszone durch am Rohrmantel angebrachten Heizungen erhitzt und im Idealfall in eine homogene und gasarme Schmelze umgwandelt. $\rightarrow $ Umwandlungszone
  • 4. Die Schnecke (bzw. Kolben) befördert nun die Schmelze durch die Ausstoßzone, die ebenfalls von außen geheizt wird, bis zu einer Matrize.

Merke

Die Form der Matrize entspricht der späteren Form des Halbzeugs.
  • 5. Durch den permant aufgebrachten Druck wird die Schmelze durch die Matrize gepresst. 

Merke

Man unterscheidet aber immer ob, das Eingangsmaterial im festen oder im bereits schmelzflüssigen Zustand dem System zugeführt wird. Ist ersteres der Fall so handelt es sich um einen Plastifizierextruder, ansonsten liegt ein Schmelzextruder vor, der lediglich die Aufgabe der druckaufbauenden Förderung betreibt. 

  • 6. Das Halbzeug liegt nach einer Abkühlphase und eventuellen Nachbearbeitung gebrauchsfertig vor.

Typische durch Extruder erzeugte Teile sind: 

  • Platten,
  • Stangen,
  • Fäden,
  • Folien,
  • Profile
  • Rohre,
  • Ummantelung von elektrischen Kabeln

An dieser Liste zeigt sich bereits, dass den extrudierbaren Formaten kaum Grenzen gesetzt sind.