Extruder und Schnecke. Die Schlüssel für erfolgreiches Compoundieren.

In der Kunststoffverarbeitung stellt die Compoundiertechnologie den zentralen Prozess dar, welcher die Eigenschaften von Ausgangsstoffen/Polymeren gezielt modifiziert, um spezifische Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Es ist dabei das harmonische, präzise aufeinander abgestimmte Zusammenspiel von Chemie und Physik, das diesen Prozess maßgeblich prägt. Durch die Verbindung chemischer Reaktionen mit physikalischen Prinzipien entstehen innovative Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Worauf es bei diesem Prozess ankommt und warum sich am Ende alles um den Extruder und seine Schnecken dreht – davon handelt dieser Blogbeitrag. 

Die Verfahrenstechnik/das Processing ist das Schlüsselelement, das es ermöglicht, die Grundstoffe in einem aufwendigen Prozess zu einem hochwertigen Compound zu vereinen. Ein richtig guter Compoundeur zeichnet sich dabei vor allem dadurch aus, dass er:

• alle seinen Maschinen – allen voran den Extruder inklusive der Peripherieanlagen – so präzise steuern kann, dass er die ihm vorliegenden Rezepturen aus Polymeren, Additiven und Fasern optimal aufbereiten kann und
• Einflussfaktoren wie zum Beispiel Temperatur, Drehzahl und Durchsatz feinfühlig ausbalanciert, damit das Material nach dem Mischen, Kneten, Temperieren und Aufschmelzen sein Optimum an Leistungsfähigkeit erreicht.

Im Extruder kommt es auf sowohl auf jedes einzelne Schneckenelement als auch die Reihenfolge an.

Compoundieranlagen – in der Regel Doppelschnecken-Extruder sind komplexe Maschinen, die aus einer Vielzahl von Komponenten bestehen. Das Herzstück ist dabei die Schnecke. Sie besteht aus verschiedenen Schneckenelementen, die wiederum jeweils spezifische Funktionen erfüllen. Diese Schnecken können aus bis zu 40 verschiedenen Elementen bestehen. Auswahl und Anordnung dieser Elemente in der Schnecke sind dabei entscheidende Erfolgsfaktoren für den Verarbeitungsprozess. Jedes Element hat seine spezifische Aufgabe, wie das Kneten, Mischen oder Scheren des Materials.

Die Expertise über die Anordnung der einzelnen Schneckenelemente ist dabei von großer Bedeutung, um sicherzustellen, dass die gewünschten Eigenschaften des Materials erreicht werden. Die richtige Zusammenstellung und Anordnung der Schneckenelemente sind entscheidend für die Effizienz und Qualität des Extrusionsprozesses.

Naturgesetze sind nichts ohne Erfahrung.

Zu den unumstößlichen physikalischen und chemischen Gesetzmäßigkeiten gesellt sich eine weitere Komponente, die auf Erfahrung fußt: Ein richtig guter Compoundeur muss aufgrund seiner Erfahrung einfach wissen, wie ein Polymer reagiert, um effektiv mit dem Extruder arbeiten zu können. Denn unterschiedliche Polymere haben unterschiedliche Schmelztemperaturen, Viskositäten und andere Empfindlichkeiten. Einige Polymere erfordern eine schonende Verarbeitung (da sie leicht beschädigt werden können), während andere eine intensive Scherung benötigen. Dazu kommt die Auswahl und Anordnung der Schneckenelemente im Extruder: Bestimmte Elemente zerteilen das Material, während andere für eine homogene Verteilung sorgen.

Kurz: Die Erfahrung des Compoundeurs ist ausschlaggebend, um die richtigen Entscheidungen bei der Konfiguration der Schnecke zu treffen und hochwertige Compounds herzustellen.

Richtig wichtig 1: Die Handhabung der Dosierpositionen

Die Dosierpositionen an der Schnecke sind entscheidend für die effektive Vermischung der Bestandteile einer Rezeptur. Je nach Art der Materialien und ihrer Empfindlichkeit müssen sie an unterschiedlichen Stellen zugegeben werden. Einige Komponenten werden am Anfang der Schnecke platziert, um eine längere Verweilzeit zu gewährleisten, während andere, wie einige Additive und Fasern, später im Prozess dosiert werden, um Beschädigungen zu vermeiden. Die richtige Dosierposition ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Materialien nicht nur intakt bleiben, sondern auch ausreichend Zeit haben, um sich optimal zu vermengen. Auch hier spielt die Erfahrung eine wichtige Rolle, da verschiedene Kombinationen von Dosierpositionen und Schneckenaufbauten berücksichtigt werden müssen, um ein qualitativ hochwertiges Endprodukt zu gewährleisten. Nur durch die sorgfältige Auswahl und die präzise Platzierung der Rohstoffe können optimale Mischergebnisse erzielt werden.

Richtig wichtig 2: Die Kombi aus dispersivem und distributivem Mischen  

Apropos „optimale Vermengung”: Ein erfahrener Compoundeur verfügt vor allem auch über die Fähigkeit, sowohl dispersives als auch distributives Mischen – und vor allem die Kombination von Beidem – zu beherrschen. Ein gutes Beispiel dafür ist die Handhabung von Carbonfasern: Beim Umgang mit Carbonfasern ist es von entscheidender Bedeutung, dass diese nicht zerteilt werden, sondern möglichst in ihrer Länge erhalten bleiben. Die Kunst des Compoundierens besteht dann darin, die Fasern nicht nur zu vermischen, sondern sie gezielt zu verteilen. Durch präzise Messungen zu Beginn des Prozesses wird die Länge der Fasern bestimmt und kontrolliert. Dies ermöglicht es, die Schnecke entsprechend auszulegen, um sicherzustellen, dass die Fasern am Ende des Prozesses möglichst lang bleiben und somit ihre optimale Wirkung – die mechanische Verstärkung des Polymers – entfalten können.

Fazit: Erfolgreiches Compoundieren basiert auf der Erfolgsformel Physik+Chemie+Erfahrung 

LEHVOSS Customized Polymer Materials (CPM) bieten – auf Basis von gut 50 Jahren Erfahrung – die Expertise, die es braucht, um Rohstoffe in jeder Form – seien es Granulate, Flakes, Pulver, Flüssigkeiten oder Fasern – aufzubereiten beziehungsweise zu compoundieren. Rohstoffe in Form von Neuware oder als Rezyklat. Präzise abgemessen am Extruder in Dosierungen von 5 Gramm bis 500 Kilogramm pro Stunde. Auf Basis einer in über fünf Jahrzehnten massiv angewachsenen Rezeptsammlung sowie parallel mitgewachsenen Kombinationsmöglichkeiten von Schneckenelementen – denn jedes Rezept hat schließlich seine eigene – bis zu 4 Meter lange – Schnecke.

Überzeugen Sie sich gerne persönlich von dieser Expertise; nutzen Sie den LEHVOSS Vorteil zu Ihrem Vorteil. Frau Dr.-Ing. Linda Trosse, Leiterin Verfahrenstechnische Entwicklung Lehmann&Voss&Co. KG und technische Geschäftsführerin der WMK Plastics GmbH, ist Ihnen bei Fragen und Entscheidungsfindungen gerne behilflich.