Einfluß der Schneckengeometrie auf die Folienqualität

Die Extrusion von Kunstoffen zu Halbzeugen wie Folien, Rohren oder Profilen zählt neben dem Spritzgießen von Formteilen zu den bedeutendsten Kunststoffverarbeitungsverfahren. Der feste Kunststoff wird dabei in Schneckenplastifiziersystemen aufgeschmolzen. Die Auslegung der Schneckengeometrie erfolgt bei Kenntnis der verarbeitungsrelevanten Stoffdaten mit Hilfe von physikalischen Modellen und muss neben der Forderung nach hohen Massedurchsätzen auch die Erzielung einer optimalen Produktqualität gewährleisten. Bisherige wissenschaftliche Arbeiten beschäftigen sich in erster Linie mit der Untersuchung des Einflusses der Extrusionsnachfolge, etwa der Kühl- und Abzugseinheiten, der Einfluss des Extrusionsprozesses ist jedoch nicht systematisch aufgearbeitet worden. In einer Plastifizierschnecke muss das Granulat eingezogen, verdichtet und so aufgeschmolzen und homogenisiert werden, dass eine zufriedenstellende Schmelzequalität vorliegt. Im Rahmen dieses Projektes wurde der Einfluss unterschiedlicher Geometrien der Plastifizierschnecken eingehend untersucht. Die Ausführung des Schneckenkanals beeinflusst die Strömungsverhältnisse sowie Verweilzeit und Deformation. Aufgrund des viskoelastischen Materialverhaltens können eingebrachte Deformationen relaxieren. In den Untersuchungen wurde ein konstanter Einfluss der Extrusionsnachfolgeeinheiten sichergestellt, indem zwischen Extruder und Foliendüse ein By-Pass-System installiert worden ist. Dadurch war es möglich, bei unterschiedlichen Schnecken und Schneckendrehzahlen denselben Massedurchsatz durch das Werkzeug einzustellen und gleiche Abkühl- und Verstreckungsverhältnisse bei der Ausformung der Folienbahn zu garantieren. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass bei einer thermisch wie mechanisch gut homogenisierten Schmelze die Höhe der Deformation keinen signifikanten Einfluss auf das Endprodukt hat, weil die Relaxationszeiten kürzer sind als die Materialverweilzeiten und die von der Schnecke eingebrachten Deformationen bis zum Austritt aus der Extrusionsdüse weitgehend abgebaut werden. Früher festgestellte Eigenschaftsänderungen beim Einsatz unterschiedlicher Plastifizierschnecken sind darauf zurückzuführen, dass derselbe Massedurchsatz nur mit unterschiedlichen Schneckendrehzahlen realisiert werden konnte, wobei die dabei aufgetretenen großen Massetemperaturunterschiede ihrerseits geänderte Abkühl- und Kristallisationsverläufe und somit unterschiedliche Morphologie- und molekulare Orientierungszustände bewirkt haben. Die Kunststoffindustrie zählt heute zu den stärksten Wirtschaftsbranchen mit überdurchschnittlichen Wachstumsraten von ca. 10% p.a. Österreich weist eine Vielzahl von größtenteils klein- und mittelständischen Betrieben im Bereich der Kunststoffverarbeitung sowie des Kunststoffmaschinen- und werkzeugbaus auf, die in ihrem Fachbereich oftmals zu den Weltmarktführern zählen. Um den Technologievorsprung zu sichern bzw. auszubauen, erkennen immer mehr Unternehmen die Notwendigkeit der systematischen Aufarbeitung der physikalischen und mathematischen Zusammenhänge in den Prozessabläufen im Rahmen der vorwettbewerblichen Grundlagenforschung. Das Institut für Kunststoffverarbeitung hat neben dem abgeschlossenen Projekt im Arbeitsbereich Extrusionstechnik bereits in mehreren FWF- und ÖNB-Projekten neue Modelle und Methoden entwickelt und kann ein umfassendes Ex-pertenwissen vorweisen, welches schon in der Vergangenheit zu engen Industriekooperationen geführt hat. Gegenwärtig werden zwei größere Entwicklungsvorhaben mit namhaften Unternehmen ausgearbeitet, die auf den gesammelten Ergebnissen der Grundlagenprojekte aufbauen und die Bedeutung der bearbeiteten Themenstellung unterstreichen.