Die fünf Vorteile des Whitepapers und wie Sie das Summary gestalten sollten, um Leads für Ihren Vertrieb zu generieren.

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Kunststoff-Rezyklat

Extrudieren (KU)

Whitepaper Beispiel-Artikel

Previero-Sorema hat kürzlich eine schlüsselfertige Anlage zur Erhöhung der PET-Flakes-Produktionskapazität im lateinamerikanischen Raum verkauft. Die Maschine verarbeitet Postconsumer-Flaschen zu gewaschenen und re-granulierten PET-Flakes und hat einen Ausstoß zwischen 2 und 9 t/h.

Die Recycling-Linie in Lateinamerika verarbeitet PET-Flaschen zu Flakes 

Polyethylenterephthalat

Kunststoff-Aufbereitung

Fern-Inbetriebnahme einer schlüsselfertigen Recycling-Anlage

Rezyklate und Biokunststoffe in der Extrusion

Bausano testete unterschiedlichste Werkstoffmischungen aus nachhaltigeren Kunststoffen auf seinen Extrudern.

Bausano verarbeitet Kunststoffe aus Recycling- und Biomaterialien

Aufgrund des guten Einzugsverhaltens und der Selbstreinigung ermöglichen Doppelschneckenextruder, auch kontaminiertes Post-Consumer-Polystyrol kontinuierlich und effizient zu depolymerisieren. Somit eröffnet sich eine im Hinblick auf die industrielle Umsetzung vielversprechende Recyclingroute über eine erneute Polymersynthese hin zu Kunststoffgranulaten mit einer Qualität, die an Neuware heranreicht.

Kontinuierliches Verfahren im Doppelschneckenextruder: Für eine industrielle Umsetzung des chemischen Recyclings von Polystyrol wird eine  Reaktortechnik benötigt, die hohe Durchsätze erlaubt und auch stark verunreinigtes Post-Consumer-Material kontinuierlich bei hoher Prozessstabilität verarbeitet

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Ein robustes kontinuierliches Verfahren zum chemischen Recycling von Polystyrol

Polystyrol

Aus kontaminiert mach neu

Doppelschneckenextruder werden meist für die Aufbereitung von Kunststoffen eingesetzt. Eine wichtige Prozesscharakteristik ist die Beanspruchung des Materials. Untersuchungen zum Materialabbau von Polypropylen im Doppelschneckenextruder zeigen auf, wie sich die Abnahme der Materialeigenschaften in der Praxis reduzieren lässt.

Anlagenaufbau zur Untersuchung des Materialabbaus inklusive des Doppelschneckenextruders  ZE28 BluePower von KraussMaffei

Reproduzierbarkeitsnachweis und Handlungsempfehlungen für Polypropylen

Extruder

Polypropylen-Compound

Polypropylen

Compoundieren

Materialabbau im Doppelschneckenextruder

Mischen, Fördern, Schmelzen: wie der Einschneckenextruder arbeitet

Alles über Einschneckenextruder | Definition ✓ Funktionsweise ✓ Anwendung ✓ Vergleich mit anderen Extruderarten ► Jetzt hier informieren!

Der Robuste und Kostengünstige unter den Extrudern

kunststoffe.de

Verarbeitung von Thermoplasten

Einschneckenextruder

Unter dem Motto „Flexibilität, Qualität, Nachhaltigkeit: Herausforderungen und Chancen für Prozesse und Produkte“ findet vom 17. bis 19. März 2021 die Duisburger Extrusionstagung als virtueller Event statt.

Sowohl für die Herstellung von Granulaten und Compounds als auch bei der Verarbeitung von Kunststoffen spielen Extrusionsprozesse eine wichtige Rolle

20:7

Kunststoffverarbeitung allgemein

Faser- und Filamentextrusion

Weiterbildung, allgemeine

Seminare, Schulungen, Kongresse

Markt & Wirtschaft

Flachfolien- und Plattenextrusion

Rohr- und Profilextrusion

Extrusionswerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Extrusions-Zubehör

Duisburger Extrusionstagung 2021 - Programm steht

Die Fachzeitschrift Kunststoffe und das ipe Institut für Produkt Engineering der Universität Duisburg-Essen veranstalten vom 17. bis 19. März 2021 gemeinsam die 17. Duisburger Extrusionstagung in digitaler Form.

Duisburger Extrusionstagung 2021 als digitaler Event

Vor der Extrusion von Profilen aus Polyvinylchlorid (PVC) ist bisher die aufwendige Herstellung eines Dryblends notwendig. Eine Verbesserung verspricht die Direktextrusion von PVC mittels Planetwalzenextrudern. Neben Weich-PVC lässt sich mit einigen Anpassungen auch Hart-PVC auf diese Art verarbeiten.

Die Direktextrusion von PVC-Profilen auf Planetwalzenextrudern kann Kosten und Energie  einsparen und den Prozess vereinfachen 

Extrusion von Hart-PVC ohne Dryblend-Herstellung

PVC-Profile

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Kunststoff-Profile

Granulat, PVC- (Compound)

Andere Werkstoffe

Werkstoffe für additive Verfahren

Polyvinylchlorid

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Auf direktem Weg zum PVC-Profil

Zahlreiche technische Anforderungen an Schmelzekühler lassen sich mit konventionellen Fertigungsmethoden nur unbefriedigend oder gar nicht bedarfsgerecht lösen. Die additive Fertigung gibt dagegen zahlreiche konstruktive Freiheiten.

Bild Partieller Längs- und Querschnitt durch den Grundaufbau eines im selektiven Laserschmelzverfahren herstellbaren Schmelzekühlers

Heiz- und Kühlgeräte

Mischer

Kühlanlagen

Additive Fertigung

Konstruktionskonzept für die additive Fertigung von Schmelzekühlern

Füllmedienfreie Massedrucksensoren, die bei Überdruck die überwachte Extrusionsanlage selbsttätig abschalten, sorgen dafür, dass die Sicherheit gewährleistet ist und die Qualität der Produkte stimmt.

Kleine Mengen, große Wirkung: Farb- und Additivkonzentrate werden nur in kleinen Chargen produziert

Schmelzedrucksensoren können bei der Extrusion Anlagen notfalls automatisiert abschalten

Schmelzedrucksensoren können Anlagen bei der Extrusion notfalls automatisiert abschalten

Sensorik für Kunststoff-Verarbeitungsmaschinen

Industrie 4.0

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Sensortechnik

Elektronik

Messtechnik

Druck- / Kraftsensoren

Sensoren / Messwertaufnehmer

Explosionsgefahr gebannt

KraussMaffei bündelt alle Extrusionskompetenzen am Standort Laatzen. Für den Kunden bietet ein neues Technikum viele neue Möglichkeiten. Das Unternehmen profitiert von Synergien und gibt sich eine neue Vertriebs- und Organisationsstruktur.

In Laatzen bei Hannover entsteht das neue KraussMaffei-Werk mit einem einzigartigen Extrusionstechnikum.

Unternehmen

KraussMaffei bündelt Extrusionstechnologien

Die Kunststoffe-Redaktion zu Besuch in Produktion, Montage und dem – nach eigenen Angaben – größten Faserverbundtechnikum in Europa.

Schröder, Susanne

Spritzgießmaschinen, allgemein

Spritzgießmaschinen

Schäumen / Reaktive Verarbeitung

Vor Ort bei KraussMaffei

Spritzgießen, Extrusion und reaktive Verarbeitung: KraussMaffei versteht sich gleich auf drei Technologien. Zu Besuch in Produktion, Montage und dem – nach eigenen Angaben – größten Faserverbundtechnikum in Europa.

Für Sie vor Ort: Martin Würtele, KraussMaffei mit Kunststoffe-Chefredakteurin Susanne Schröder

Die Beumer Group verpackt mit ihren Haubenstretchanlagen und oft kundenindividuell hergestellten Folien ganz unterschiedliche Waren. Sicher und wirtschaftlich.

Strechhaubenanlagen sind zwar zunächst teurer als Wickelstretchanlagen. Bei vielen Aufgabenstellungen sind sie jedoch im Vorteil

Kunststoff-Verpackungsmaschine

Sondermaschinen

Schneid- und Wickelmaschinen für Folien

Folien

Die besonderen Anforderungen von Marmelade und Dachziegeln

Feststoffförderung von Polyolefinen in Nutbuchsenextrudern

Die zunehmende Menge an unregelmäßig geformtem Rezyklat in Form von Mahlgut im Einschneckenextruder führt zu neuen Herausforderungen. In einem Forschungsprojekt macht das IKT sichtbar, wie sich die Partikel während der Verarbeitung verhalten.

Die Partikelgröße und -form von Kunststoffen spielt bei der Feststoffförderung in Einschneckenextrudern eine entscheidende Rolle. Die zunehmende Menge an unregelmäßig geformtem Rezyklat in Form von Mahlgut führt damit zu neuen Herausforderungen. In einem Forschungsprojekt ermöglicht das IKT einen Blick in die Glaskugel: Mithilfe eines transparenten Zylinders wird sichtbar, wie sich die Partikel während der Verarbeitung verhalten. Die Messung des Durchsatzes erfolgte parallel in einem baugleichen Stahlzylinder.

Die Einschneckenextrusion ist eine der etabliertesten Verarbeitungstechniken in der Kunststoffindustrie [1]. Dennoch unterliegt das Verfahren im Laufe der Zeit stetig neuen Anforderungen. Neben der Verwendung von regelmäßig geformtem Neuware-Granulat gewinnt die Verarbeitung von rezykliertem, unregelmäßig geformtem Mahlgut (sogenannte Flakes) immer mehr an Bedeutung [2].

Da rezyklierte Ware meist eine niedrigere und schwankende Viskosität aufgrund von Werkstoff-Degradation aufweist [3], können die Verarbeitungstemperatur und das im Extruder vorliegende Druckniveau im Vergleich zur Verarbeitung von Neuware variieren. Weiterhin unterscheidet sich die geometrische Form von Flakes stark von der von Neuware, was sich insbesondere auf die Feststofffördereigenschaften in der Einzugszone auswirkt.

Neben der steigenden Relevanz von Mahlgut lässt sich in der Einschneckenextrusion auch ein Trend zu höheren Drehzahlen beziehungsweise sogenannten schnelllaufenden Extrudern feststellen. Generell wird erwartet, dass der schnelllaufende Betrieb zu hohen Durchsätzen bei kleiner Maschinengröße und einer geringeren Motorleistung führt [4, 5]. Hohe Schneckendrehzahlen wirken sich zudem auf das Einzugsverhalten aus und führen beispielsweise durch eine Wirbelbildung im Trichter zu einer effektiv kürzeren Einrieselöffnungslänge [6]. Dadurch kommt es zu einer Abnahme des spezifischen Durchsatzes, sodass die Durchsätze hinter den Erwartungen zurückbleiben. Daher forscht das Institut für Kunststofftechnik der Universität Stuttgart (IKT) an dem Feststoffförderverhalten von genuteten Einschneckenextrudern. Dabei ist das Ziel, mithilfe eines möglichst einfachen Modells, den Massedurchsatz als Funktion der Drehzahl sowohl bei niedrigen als auch hohen Drehzahlen für verschiedene Systeme in der Praxis vorhersagen zu können.

Innerhalb des Forschungsvorhabens wurden drei geometrisch unterschiedliche Polyolefin-Schüttgüter ausgewählt (Bild 1). Bei dem Mahlgut handelt es sich um ein Polypropylen (PP), welches zuvor in einem industriellen Flachfolienextrusionsprozess verwendet wurde. Daher ist die genaue Werkstoff-Type nicht bekannt. Das eingesetzte linsenförmige Neuware-Granulat ist ein PP-Copolymer (Moplen EP440G, LyondellBasell Industries). Als pulverförmiger Kunststoff wurde ein Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) mit einer mittleren Partikelgröße von etwa 725 µm verwendet (Lupolen 5461 B Q471, LyondellBasell Industries). Das Mahlgut besitzt im Vergleich zur Neuware eine breite Partikelgrößenverteilung und eine ungleichmäßige Partikelform. Zur Auswertung der Partikelgröße wurden mit einem Flachbettscanner Aufnahmen der Schüttgüter angefertigt. Diese Aufnahmen wurden anschließend quantitativ mit der Open Source Software ImageJ ausgewertet, um die projizierte Fläche zu bestimmen (Bild 2). Die mittlere projizierte Fläche der Neuware beträgt 12,4 mm² mit einer relativen Standardabweichung von 8 %. Im Gegensatz dazu ist die mittlere projizierte Fläche des Mahlguts 42,3 mm². Die relative Standardabweichung ist dort mit 54 % deutlich höher. Auch die Mahlgut-Dicke zeigt mit 0,46 mm ± 0,37 mm eine große Verteilungsbreite, wohingegen die Neuwaren eine engere Dickenverteilung von 1,98 mm ± 0,18 mm besitzt. Bei einer Schütthöhe von 5,5 mm hat die PP-Neuware die höchste Schüttdichte mit 0,52 g/cm³, gefolgt von dem PE-Pulver mit einer Schüttdichte von 0,46 g/cm³. Das PP-Mahlgut weist mit 0,22 g/cm³ die geringste Schüttdichte auf.

Zur qualitativen und quantitativen Untersuchung der Feststofffördereigenschaften wurden drei verschiedene Einzugszonen verwendet. Dabei konnte das jeweilige Schüttgut nach dem Passieren der gekühlten Einzugszone ohne Aufschmelzen wieder frei ausrieseln. Der erste Zylinder ist ein glatter Referenz-Zylinder, der zweite Zylinder besitzt sechs Wendelnuten (Nutwinkel: 41,19°) und der dritte Zylinder zehn Axialnuten (Nutwinkel: 90°). Zur optischen Analyse des Feststoffförderverhaltens wurden drei transparente PMMA-Zylinder (Polymethylmethacrylat, PMMA) genutzt (Titelbild). Die Messung des Durchsatzes als Funktion der Drehzahl erfolgte hingegen mit baugleichen Stahl-Zylindern, um realitätsgetreue Reibverhältnisse zwischen Schüttgut und Zylinder sicherzustellen.

Die experimentell ermittelten Durchsätze wurden mit den Vorhersagen eines etablierten analytischen Modells verglichen (siehe [7]). Damit kann der Massedurchsatz als Produkt der freien Querschnittsfläche in der Einzugszone, der vorliegenden Schüttdichte und der axialen Fördergeschwindigkeit des Granulats berechnet werden. Da im glatten Zylinder die Kenntnis der genauen Druck- und Reibungskräfte erforderlich ist, um die axiale Fördergeschwindigkeit zu berechnen, wurde auf diese Vorhersage verzichtet. Die Berechnung der axialen Fördergeschwindigkeit für die beiden genuteten Zylinder lässt sich hingegen einfacher bewerkstelligen, wenn eine sogenannte Mutter-Schraube-Förderung angenommen wird.

Die experimentell ermittelten Massedurchsätze (in kg/h) werden durch die jeweilige Drehzahl (in min-1) dividiert, sodass der spezifische Massedurchsatz erhalten wird.

Für alle drei Schüttgüter zeigt sich ab einer gewissen Grenzdrehzahl eine Abweichung vom linearen Durchsatzverhalten beziehungsweise vom horizontalen Verlauf des spezifischen Durchsatzes (Bild 3). Lediglich das Pulver, welches in einer glatten Einzugszone untersucht wurde, zeigt keine Abnahme des spezifischen Massedurchsatzes bei höheren Drehzahlen. Auch für den axial- und wendelgenuteten Fall weist das Pulver bis zu einer Drehzahl von etwa 600 min-1 einen annähernd konstanten spezifischen Massedurchsatz auf. Die Pulverform erweist sich somit als vorteilhaft bezüglich des Einrieselverhaltens bei hohen Drehzahlen. Im Vergleich dazu sinkt der spezifische Massedurchsatz des Mahlguts bereits bei sehr niedrigen Drehzahlen.

Bezüglich des Vergleichs von experimentellem Massedurchsatz zur analytischen Berechnung ist zu erkennen, dass der Durchsatz sowohl für die Neuware als auch für das Pulver im Falle von Wendelnuten bei niedrigen Drehzahlen sehr gut vorhergesagt werden kann. Die Berechnung im Fall von Axialnuten überschätzt in beiden Fällen hingegen den erzielbaren Massedurchsatz.

Dieses Verhalten kann mithilfe der Beobachtungen an den transparenten PMMA-Zylindern erklärt werden. So wurde beobachtet, dass das Pulver sowie die Neuware im niedrigen Drehzahlbereich für Wendelnuten eine Mutter-Schraube-Förderung aufweisen. Bei den Axialnuten zeigte sich hingegen, dass der tatsächliche Förderwinkel im Schneckenkanal kleiner ist als die angenommenen 90°. Außerdem wurde beobachtet, dass in diesem Fall die Annahme der Blockströmung bereits bei niedrigen Drehzahlen ungültig ist. Diese Abweichung von der Blockströmungs-Annahme konnte auch bereits simulativ mithilfe der Diskreten-Elemente-Methode (DEM) für andere Systeme gezeigt werden [8]. Für das Mahlgut unterschätzt die herkömmliche analytische Berechnung den erzielten spezifischen Massedurchsatz hingegen in beiden Fällen. Diese große Abweichung ist vermutlich in erster Linie darauf zurückzuführen, dass die Schüttdichte des Mahlguts in der Einzugszone aufgrund von Kompressions- sowie Orientierungseffekten deutlich höher ist als die experimentell ermittelte Schüttdichte, welche für die Berechnungen verwendet wurde. Zur korrekten Durchsatzvorhersage von Mahlgut muss daher zukünftig noch die Kompressibilität beziehungsweise Druckabhängigkeit der Schüttdichte (siehe [9]) in die Berechnungen miteinfließen.

Weiterhin wurden die Massedurchsätze der wendelgenuteten Einzugszone für die Neuware mit Extrusionsversuchen verglichen, bei welchen an die jeweils gekühlte Einzugszone eine beheizte Aufschmelz- und Meteringzone (ca. 230 °C) mit glattem Zylinder folgte (Bild 4). Es zeigt sich, dass der Massedurchsatz trotz steigendem Werkzeuggegendruck konstant bleibt, wobei diese Gegendruckunabhängigkeit ein klassisches Charakteristikum von Nutbuchsenextrudern darstellt. Außerdem ist zu erkennen, dass die Massedurchsätze der reinen Einzugszonenversuche um maximal 2,6 % von den Durchsätzen der Aufschmelzversuche abweichen und somit sehr gut übereinstimmen.

Um den abnehmenden Verlauf des Massedurchsatzes bei hohen Drehzahlen besser vorhersagen zu können, wird am IKT aktuell ein Berechnungsansatz entwickelt, bei dem die Geradengleichung (siehe [7]) mit einer Funktion begrenzten Wachstums gekoppelt wird. Neben den hier geschilderten Effekten ist der geringere spezifische Durchsatz von Mahlgut im Vergleich zu Neuware ein generelles Problem. Um den spezifischen Durchsatz von Mahlgut und Neuware anzugleichen, ist die Verwendung speziell designter Kompressionszonen in der Einzugszone möglich, welche auch am IKT erforscht werden [10, 11].

[1] Bonten, C.: Kunststofftechnik – Einführung und Grundlagen. 3. Aufl. Hanser Verlag, München, 2020

[2] Reich, M. J. et al.: Mechanical Properties and Applications of Recycled Polycarbonate Particle Material Extrusion-Based Additive Manufacturing. Materials 12 (2019) 1642

[3] Běhálek, L. et al.: Physical Properties and Non-Isothermal Crystallisation Kinetics of Primary Mechanically Recycled Poly(l-lactic acid) and Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate). Polymers 13 (2021) 3396

[4] Wortberg, J.; Michels, R.: Innovative Entwicklungen in der Einschneckenextrusion – Möglichkeiten und Grenzen der Hochleistungsextrusion. In: Gesellschaft Kunststofftechnik (Hrsg.): Der Einschneckenextruder: Grundlagen und Systemoptimierung. VDI-Verlag, Düsseldorf, 1997

[5] Gorczyca, P.: Analyse und Optimierung von Einschneckenextrudern mit schnelldrehenden Schnecken. Dissertation, Universität Duisburg-Essen 2011

[6] Trippe, J.; Leßmann, J.-H.; Schöppner, V.: Feststoff effizienter fördern. Kunststoffe 2 (2017), S.47–51

[7] Grünschloss, E.: Schüttdichte und Massedurchsatz in Nutbuchsenextrudern. Kunststoffe 4 (1993) 83, S.309–311

[8] Brüning, F.; Schöppner, V.: Numerical Simulation of Solids Conveying in Grooved Feed Sections of Single Screw Extruders. Polymers 14 (2022) 256

[9] Hwang, C.-G.; McKelvey, J. M.: Solid Bed Compaction and Frictional Drag During Melting in a Simulated Plasticating Extruder. Advances in Polymer Technology 9 (1989) 227–251

[10] Thieleke, P.: Vergrößerung des Prozessfensters von Einschneckenextrudern bei der Verarbeitung von Mahlgut als Recyclingware. Dissertation, Universität Stuttgart 2020

[11] Thieleke, P.; Bonten, C.: Enhanced Processing of Regrind as Recycling Material in Single-Screw Extruders. Polymers 13 (2021) 1540

Universität Stuttgart Institut für Kunststofftechnik 

https://www.ikt.uni-stuttgart.de/

Ausgabenartikel KU01-23

Rotes Granulat in einem transparenten, wendelgenuteten Zylinder aus PMMA zur optischen Beobachtung der Feststoffförderung.

Bild 1. Die drei verwendeten Werkstoffe von links nach rechts: PP-Mahlgut, PP-Neuware und PE-Pulver.

Bild 2. Projizierte Partikelfläche für Neuware und Mahlgut: Die Neuware (links) zeigt eine deutlich engere Größenverteilung. 

Bild 3. Spezifischer Massedurchsatz als Funktion der Schneckendrehzahl für drei verschiedene Zylindertypen und Vergleich mit analytischer Vorhersage: Mit steigender Drehzahl zeigt sich eine Abnahme des spezifischen Durchsatzes.

Bild 4. Vergleich der Einzugszonenversuche mit Aufschmelzversuchen bei unterschiedlichen Werkzeuggegendrücken: Die ermittelten Massedurchsätze stimmen sehr gut überein. Weiterhin ist das gegendruckunabhängige Förderverhalten des Nutbuchsenextruders zu erkennen.

Hauptartikel IKT

Forschung zur Feststoffförderung von Polyolefinen in Nutbuchsenextrudern: IKT macht Blick in Glaskugel möglich

Extrusion | Rezyklatverarbeitung | Materialeinzug

Kai Johann, M. Sc., ist seit 2020 wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Verarbeitungstechnik des Instituts für Kunststofftechnik der Universität Stuttgart (IKT); <a href="mailto:Kai.Johann@ikt.uni-stuttgart.de">Kai.Johann@ikt.uni-stuttgart.de</a>

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Bonten ist seit 2010 Leiter des Instituts für Kunststofftechnik (IKT).

Die Autoren bedanken sich bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung des Projekts (Projektnummer: 423276016). Darüber hinaus danken die Autoren dem Studenten Adrian Reißing, B. Sc., für seine Unterstützung bei der Versuchsdurchführung.