Was sind die wissenschaftlichen Grundlagen der Kunststoffextrusion?

Bei der Kunststoffextrusion wird Rohkunststoff mit Hilfe von Hitze und Druck in kontinuierliche Formen gebracht, eine Technik, die für die Herstellung verschiedener Produkte wie Rohre, Platten und Folien unerlässlich ist.

Bei der Kunststoffextrusion werden Polymere geschmolzen und durch eine Düse gepresst, um kontinuierliche Formen zu erhalten, aus denen sich effizient Rohre, Platten und Folien herstellen lassen.

Das Verständnis der Kunststoffextrusion ist der Schlüssel zur Optimierung von Fertigungsprozessen. Diese Methode ermöglicht die Herstellung verschiedener Kunststoffprofile. Erfahren Sie mehr darüber, wie verschiedene Extrusionstechniken Ihrer Produktionslinie zugute kommen können.

Was sind die Grundprinzipien der Kunststoffextrusion?

Die Kunststoffextrusion ist ein grundlegender Herstellungsprozess, bei dem Materialien zu Produkten geformt werden, die in verschiedenen Branchen verwendet werden. Durch kontrollierte Erhitzung und Extrusion wird Rohkunststoff in vielseitige Produkte wie Schläuche, Folien und Platten verwandelt.

Bei der Kunststoffextrusion wird Kunststoff geschmolzen und durch eine Düse geformt, wodurch Endlosprodukte wie Rohre entstehen. Zu den Schlüsselkomponenten gehören der Extruder, die Düse und das Kühlsystem, die für eine effiziente Fertigung in der Automobil- und Bauindustrie entscheidend sind.

Mechanische Prinzipien

Die Extrusion ist einfach. Eine Schnecke dreht sich in einem Zylinder und drückt den Kunststoff nach vorne. Die Schnecke ist eigentlich eine schräge Ebene oder Rampe, die um eine mittlere Schicht gewickelt ist. Ihr Zweck ist es, den Druck zu erhöhen, um einen größeren Widerstand zu überwinden.

Beim Extrudieren müssen Sie gegen drei Dinge ankämpfen: die Reibung der Feststoffpartikel (Einspeisung) an der Zylinderwand und die Reibung zwischen ihnen während der ersten paar Umdrehungen der Schnecke (Einzugszone), das Anhaften der Schmelze an der Zylinderwand und den Fließwiderstand im Inneren der Schmelze, während sie vorwärts gedrückt wird.

Thermische Prinzipien

Thermoplaste sind Kunststoffe, die geschmolzen werden können, wenn sie heiß werden, und sich verfestigen, wenn sie abkühlen. Woher kommt die Wärme zum Schmelzen des Kunststoffs? Die Heizelemente an Einfüllstutzen und Zylinder/Düse können helfen und sind beim Anfahren wichtig, aber die vom Motor zugeführte Energie, die Wärme, die durch die Reibung im Zylinder erzeugt wird, wenn der Motor die Schnecke gegen den Widerstand des dicken geschmolzenen Kunststoffs dreht, ist die wichtigste Wärmequelle für alle Kunststoffe, außer für kleine Systeme, langsame Schneckendrehzahl¹s, Kunststoffe mit hoher Schmelztemperatur und Extrusionsbeschichtungsanwendungen.

Verschuldungsprinzipien

Bei den meisten Extrudern wird die Änderung der Schneckendrehzahl durch die Einstellung der Motordrehzahl erreicht. Der Motor läuft in der Regel mit einer vollen Drehzahl von etwa 1750 U/min, was jedoch für eine Extruderschnecke zu schnell ist.

Wenn es so schnell läuft, wird zu viel Reibungswärme erzeugt und die Verweilzeit des Kunststoffs ist zu kurz, um eine gleichmäßige, gut durchmischte Schmelze herzustellen. Typische Untersetzungsverhältnisse liegen zwischen 10:1 und 20:1. In der ersten Stufe können entweder Zahnräder oder Riemenscheiben verwendet werden. In der zweiten Stufe werden jedoch Zahnräder verwendet und die Schnecke befindet sich in der Mitte des letzten großen Zahnrads.

Bei einigen langsam laufenden Maschinen (z. B. Doppelschnecken für UPVC) kann es drei Untersetzungsstufen geben, und die Höchstgeschwindigkeit kann bis zu 30 U/min oder weniger betragen (Verhältnisse bis zu 60:1). Im Gegensatz dazu können einige sehr lange Doppelschnecken, die zum Mischen verwendet werden, mit 600 Umdrehungen pro Minute oder schneller laufen, so dass eine sehr niedrige Verzögerungsrate und viel Tiefenkühlung erforderlich sind.

Was sind die Prozessparameter für das Strangpressen?

Die Parameter des Strangpressens bestimmen die Produktqualität und -effizienz und spielen in verschiedenen Fertigungsbereichen eine wichtige Rolle.

Zu den Parametern des Strangpressens gehören die Zylindertemperatur, die Schneckendrehzahl und das Werkzeugdesign, die sich auf Fließverhalten, Form und Genauigkeit auswirken und für eine optimale Produktion in der Verpackungs- und Baubranche unerlässlich sind.

Temperatur

Die Temperatur ist eine der wichtigsten Bedingungen für den reibungslosen Ablauf des Strangpressens. Ausgehend von festen Materialien in Pulver- oder Granulatform werden Hochtemperaturprodukte aus dem Düsenkopf extrudiert und durchlaufen einen komplexen Temperaturwechselprozess.

Streng genommen sollte sich die Temperatur beim Strangpressen auf die Temperatur der Kunststoffschmelze beziehen, aber diese Temperatur hängt zu einem großen Teil von der Temperatur des Zylinders und der Schnecke ab, und ein kleiner Teil stammt von der Reibungswärme, die beim Mischen im Zylinder erzeugt wird, so dass die Zylindertemperatur oft als Näherungswert für die Formgebungstemperatur verwendet wird.

Um den Kunststoff im Zylinder reibungslos zu transportieren, zu schmelzen, zu homogenisieren und zu extrudieren und qualitativ hochwertige Teile effizient herzustellen, muss die Temperatur in jedem Abschnitt des Zylinders kontrolliert werden. Die Zylindertemperatur wird durch das Heiz- und Kühlsystem und die Temperaturkontrolle² System des Extruders.

Die Kopftemperatur muss unter der thermischen Zersetzungstemperatur des Kunststoffs liegen, und die Temperatur an der Düse kann etwas niedriger sein als die Kopftemperatur, aber die Kunststoffschmelze sollte eine gute Fließfähigkeit aufweisen.

Auch die Temperaturschwankungen und -unterschiede während des Formprozesses führen zu Mängeln wie Eigenspannungen, ungleichmäßiger Festigkeit an jedem Punkt und stumpfer Oberfläche der Kunststoffteile. Es gibt viele Faktoren, die solche Schwankungen und Temperaturunterschiede verursachen, z. B. instabile Heiz- und Kühlsysteme, Änderungen der Schneckendrehzahl usw., aber die Schneckenkonstruktion und -auswahl haben den größten Einfluss.

Druck

Beim Extrudieren muss der Kunststoff durch die Düse gedrückt werden. Es ist, als würde man versuchen, Zahnpasta aus einer Tube zu drücken. Man muss kräftig drücken, damit sie herauskommt. Der Druck im Inneren des Kunststoffs, während er durch den Zylinder läuft, sorgt dafür, dass er schmilzt und zu einem festen Teil wird.

Erhöht man den Druck auf die Düse, kann man die Schmelze besser vermischen und das Produkt dichter machen. Erhöht man jedoch den Druck zu stark, wird weniger Produkt hergestellt.

Ebenso wie die Temperatur führt auch der Druck im Laufe der Zeit zu periodischen Schwankungen, die sich ebenfalls nachteilig auf die Qualität der Kunststoffteile auswirken.

Änderungen der Schneckendrehzahl und Instabilitäten in den Heiz- und Kühlsystemen sind die Ursachen für Druckschwankungen. Um Druckschwankungen zu reduzieren, sollte die Schneckendrehzahl angemessen kontrolliert werden, um die Temperaturregelgenauigkeit der Heiz- und Kühlgeräte zu gewährleisten.

Extrusionsrate

Die Extrusionsrate (auch als Extrusionsgeschwindigkeit bezeichnet) ist die Kunststoffmenge, die in einer bestimmten Zeit aus der Düse des Extruders austritt. Sie wird normalerweise in Kilogramm pro Stunde oder Metern pro Minute gemessen. Die Größe der Extrusionsgeschwindigkeit gibt an, wie viel der Extruder herstellen kann.

Es gibt viele Faktoren, die sich auf die Extrusionsgeschwindigkeit auswirken, z. B. die Struktur der Düse, der Schnecke und des Zylinders, die Schneckendrehzahl, die Struktur des Heiz- und Kühlsystems und die Kunststoffeigenschaften.

Sowohl Theorie als auch Praxis haben gezeigt, dass die Extrusionsgeschwindigkeit³ steigt mit der Zunahme des Schneckendurchmessers, der Spiralnutentiefe, der Länge des Homogenisierungsabschnitts und der Schneckendrehzahl sowie mit der Zunahme des Schmelzedrucks am Ende der Schnecke und des Spalts zwischen Schnecke und Zylinder.

Wenn die Struktur des Extruders, die Art des Kunststoffs und die Art der Kunststoffteile festgelegt sind, hängt die Extrusionsrate nur noch von der Schneckendrehzahl ab. Daher ist die Anpassung der Schneckendrehzahl die wichtigste Maßnahme zur Steuerung der Extrusionsrate.

Auch die Extrusionsgeschwindigkeit ändert sich während der Produktion, was sich auf die Form und Größe der Kunststoffteile auswirkt. Neben der richtigen Schneckenkonstruktion und -abmessung müssen Sie also auch die Schneckendrehzahl und die Extrusionstemperatur kontrollieren. Auf diese Weise können Sie verhindern, dass sich der Extrusionsdruck und die Viskosität der Schmelze aufgrund von Temperaturschwankungen ändern. Auf diese Weise kann man verhindern, dass sich die Extrusionsgeschwindigkeit ändert.

Traktion Geschwindigkeit

Wenn man Kunststoff extrudiert, erhält man ein langes, kontinuierliches Teil. Man braucht etwas, um es herauszuziehen. Der Kunststoff wird gedehnt, wenn er aus der Düse kommt und gezogen wird. Je mehr er gedehnt wird, desto stärker wird er in der Richtung, in die er gedehnt wird, aber er schrumpft auch stärker, wenn er abkühlt.

Normalerweise zieht man es mit derselben Geschwindigkeit heraus, mit der man es extrudiert. Das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit des Herausziehens und der Geschwindigkeit des Extrudierens wird als Zugkraftverhältnis⁴. Es muss mehr als 1 sein.

Was sind die einzelnen Schritte der Kunststoffextrusion?

Bei der Kunststoffextrusion wird rohes Kunststoffmaterial in kontinuierliche Formen wie Rohre und Platten umgewandelt, die für zahlreiche Fertigungsanwendungen entscheidend sind.

Bei der Kunststoffextrusion wird der Rohkunststoff durch eine Düse geführt, geschmolzen, geformt und abgekühlt, um kontinuierliche Profile wie Rohre und Platten herzustellen.

Beschickung und Vorwärmung

Die Einzugsvorrichtung des Kunststoffextruders verwendet in der Regel einen Trichter, um den Kunststoffrohstoff in den Zylinder zu geben. Während des Einfüllvorgangs muss das Rohmaterial vorgewärmt werden, um seine Fließfähigkeit und Schmelzwirkung zu verbessern. Die Vorwärmung kann durch eine Heizung außerhalb des Zylinders erfolgen, oder das Rohmaterial kann durch einen Vorwärmer vorgewärmt werden.

Schmelzen und Fördern

Wenn das Rohmaterial in den Zylinder eingefüllt wird, schiebt die Schnecke es weiter vorwärts. Währenddessen erhitzt die Heizung außerhalb des Zylinders das Rohmaterial, so dass es schmilzt und zu einer klebrigen Flüssigkeit wird. Die Schnecke und die Heizung arbeiten zusammen, damit die Flüssigkeit im Zylinder Schichten bildet.

Die Schnecke ist ein wichtiger Bestandteil des Kunststoffextruders, und ihre Form und Struktur haben einen großen Einfluss darauf, wie gut sie den Kunststoff schmilzt und bewegt. Die Schnecke wird in der Regel in Abschnitten hergestellt, wobei die verschiedenen Teile der Schnecke unterschiedliche Gewindetiefen und -breiten haben, um mit verschiedenen Kunststoffarten arbeiten zu können.

Die Geschwindigkeit, mit der sich die Schraube dreht, ist ebenfalls wichtig für das Schmelzen und Bewegen des Kunststoffs. Sie müssen die Geschwindigkeit anpassen, je nachdem, welche Art von Kunststoff Sie verwenden, wie heiß er ist und was Sie herstellen möchten.

Strangpressen und Gießen

Nach dem Schmelzen und Fördern des Kunststoffs gelangt die Kunststoffschmelze in die Düse (Werkzeug). Die Düse extrudiert die Schmelze in die gewünschte Form, die der Form und den Anforderungen des Produkts entspricht. Die Struktur und das Design der Düse haben einen wichtigen Einfluss auf die Formgebungswirkung des Produkts und müssen entsprechend den Anforderungen des Produkts entworfen und hergestellt werden.

Wenn die Schmelze extrudiert wird, ist sie in der Düse Druck und Scherkräften ausgesetzt und nimmt allmählich die Form des Produkts an. Gleichzeitig kühlt das Kühlsystem außerhalb der Düse das Produkt ab, um es in einer bestimmten Form und Größe zu halten. Die Kühlgeschwindigkeit und die Kühlmethode müssen je nach Material und Anforderungen an das Produkt angepasst werden.

Traktion und Schneiden

Nach dem Strangpressen und Formen muss das Produkt aus der Düse gezogen und geschnitten werden. Die Zugvorrichtung verwendet in der Regel eine Raupen- oder Walzenkonstruktion, um das Produkt durch Reibung aus der Düse zu ziehen. Die Schneidevorrichtung schneidet entsprechend der Länge und den Anforderungen des Produkts, um die Spezifikationen und die Qualität des Produkts zu gewährleisten.

Was sind die Merkmale des Kunststoffextrusionsverfahrens?

Die Kunststoffextrusion ist ein vielseitiges Fertigungsverfahren, das in großem Umfang zur Herstellung von Endlosprofilen mit gleichmäßigen Querschnitten eingesetzt wird, die für Branchen wie das Bauwesen und die Verpackungsindustrie von entscheidender Bedeutung sind.

Bei der Kunststoffextrusion wird das Granulat geschmolzen und durch eine Düse geformt. Dies bietet Vielseitigkeit, Effizienz und Kosteneffizienz für die Produktion in großem Maßstab.

Präzisions-Kunststoffgießen

Die Präzision von stranggepressten Produkten ist relativ hoch, und es können Produkte mit einem Durchmesser, einer Dicke und einer Länge hergestellt werden, die der vorgegebenen Präzision entsprechen. Hochpräzise Produkte haben sehr wichtige Anwendungen in allen Lebensbereichen, da sie die Bedürfnisse der Kunden besser erfüllen oder komplexere Produkte frei entwickeln können.

Die Kunststoffextrusion ist ein Verfahren, mit dem die Kunststoffformung präzisiert und alle Arten komplexer Kunststoffprodukte wie Rohre, Profile, Platten usw. hergestellt werden können. Durch die Anpassung der Parameter des Extruders und der Formstruktur können Größe und Form der hergestellten Produkte genau gesteuert werden, um den Anforderungen der verschiedenen Kunden gerecht zu werden.

Hohe Produktionseffizienz

Im Vergleich zu anderen Kunststoffverarbeitungsmethoden ist die Kunststoffextrusionsverfahren⁵ hat eine höhere Produktionseffizienz. Der Produktionsprozess der Kunststoffextrusion ist einfach und leicht und kann automatisiert werden. Die Produktionseffizienz ist relativ hoch, und Sie können in kurzer Zeit eine große Anzahl von Produkten herstellen.

Ein Extruder kann kontinuierlich Kunststoffprodukte mit einer Länge von bis zu Hunderten von Metern herstellen, mit hoher Produktionsgeschwindigkeit, automatischer Produktion, reduzierten Arbeitskosten und verbesserter Produktionseffizienz. Darüber hinaus, Strangpressen⁶ kann auch kontinuierlich produziert werden, ohne dass der Werkzeugwechsel unterbrochen werden muss, wodurch die Zeitkosten für die Produktherstellung erheblich reduziert werden. Geeignet für die Massenproduktion.

Starke Kontrollierbarkeit

Sie können die Kunststoffextrusion⁷ Verfahren zur Herstellung verschiedener Produkte. Sie können die Temperatur, den Druck, die Geschwindigkeit und andere Dinge am Extruder ändern, um das Material und das Verfahren für verschiedene Produkte zu verwenden. Sie können auch die Form wechseln, wenn Sie verschiedene Produkte herstellen möchten.

Glatte Produktoberfläche

Kunststoffprodukte, die durch Kunststoffextrusion hergestellt werden, haben eine glatte Oberfläche und eine stabile Qualität. Wenn der Kunststoff extrudiert und in der Form abgekühlt wird, entstehen nicht so leicht Blasen und Defekte auf der Oberfläche. Es sieht gut aus und fühlt sich gut an und eignet sich für Gelegenheiten mit hohen Anforderungen an die Produktoberfläche.

Ausgezeichnete mechanische Eigenschaften

Strangpressprodukte haben hervorragende mechanische Eigenschaften wie Verschleißfestigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit und gute Zähigkeit. Diese hervorragenden mechanische Eigenschaften⁸ machen extrudierte Produkte weit verbreitet in verschiedenen Bereichen, wie z.B. chemische Fasern, Baumaterialien, Elektronik, Automobile, Verpackung und andere Industrien.

Verschiedene Formen

Mit der Extrusionsformtechnik lassen sich alle Arten von Produkten herstellen, z. B. Rohre, Platten, Folien, Profile usw. Man kann sie auch individuell gestalten. Die Produkte sind sehr flexibel.

Niedrige Produktionskosten

Das Strangpressen ist billig in der Herstellung, weil die Ausrüstung und das Verfahren für diese Technologie einfach sind und die Ausschussrate niedrig ist. Bei der Herstellung von Produkten sind die Kosten wichtig. Daher ist das Strangpressen eine gute Wahl für die Herstellung von Produkten.

Bei der Kunststoffextrusion werden die Kunststoffpartikel erhitzt und erweicht, bevor sie extrudiert werden, was die Abfallmenge reduziert und die Rohstoffe weitestgehend einspart. Außerdem kann der Extruder die Menge der Extrusion genau steuern, wodurch die Verschwendung von Rohstoffen vermieden, die Auslastung der Rohstoffe verbessert und die Produktionskosten gesenkt werden.

Was sind die Anwendungsbereiche der Kunststoffextrusion?

Die Kunststoffextrusion ist ein wesentlicher Bestandteil der Fertigung und ermöglicht es den verschiedensten Branchen, maßgeschneiderte Kunststoffprodukte herzustellen, von Automobilteilen bis hin zu Verpackungen.

Die Kunststoffextrusion wird bei Automobilkomponenten, Baumaterialien, Konsumgütern und Verpackungen eingesetzt und bietet Vielseitigkeit, verbesserte Eigenschaften, Kosteneffizienz und Designflexibilität.

Materialien zur Heimdekoration

Auch im Bereich der Heimdekoration ist die Kunststoffextrusionstechnik weit verbreitet. Mit der Extrusionstechnik können dekorative Materialien wie Fußböden, Wandpaneele und Sockelleisten hergestellt werden. Diese Materialien sind nicht nur schön und leicht zu verlegen, sondern haben auch eine gute Verschleißfestigkeit, Wasserbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Das Verfahren der Kunststoffextrusion bietet eine vielfältigere und umweltfreundlichere Wahl für die Wohnungsdekoration.

Profile für Türen und Fenster

In der Bauindustrie haben Tür- und Fensterprofile aus Kunststoff nach und nach die traditionellen Tür- und Fensterprofile aus Holz und Metall ersetzt, weil sie leicht sind, nicht rosten und einfach herzustellen sind.

PVC ist eines der wichtigsten Materialien für die Herstellung von Tür- und Fensterprofilen. Man kann Tür- und Fensterrahmen, Fensterflügel und andere Teile mit verschiedenen Formen herstellen, indem man das PVC aus einer Maschine presst. Diese Teile sehen gut aus, halten die Wärme drinnen, den Lärm draußen und sind Teil moderner Gebäude.

Rohre

Rohre sind eines der häufigsten Produkte, die mit Hilfe der Kunststoffextrusion hergestellt werden. Sie können Wasserrohre, Gasrohre oder Drahtisolierrohre durch Extrusion herstellen. PVC, PE und PP sind die beliebtesten Kunststoffe für die Herstellung von Rohren, weil sie gute physikalische Eigenschaften haben und leicht zu verarbeiten sind. Mit der Extrusion können Sie Rohre mit verschiedenen Durchmessern, Wandstärken und Längen für unterschiedliche Verwendungszwecke herstellen.

Autoteile

Die Kunststoffextrusion ist auch in der Automobilindustrie wichtig. Durch Extrusion können Autoteile wie Armaturenbretter, Dichtungen und andere Teile hergestellt werden. Diese Teile müssen gut aussehen und die richtige Größe haben. Außerdem müssen sie witterungsbeständig sein und dürfen sich nicht abnutzen. Die Extrusion kann diese Teile herstellen. Es kann gute Autoteile herstellen, die das Auto besser machen.

Elektronische und elektrische Teile

In der Elektronik- und Elektroindustrie wird die Kunststoffextrusionstechnik in großem Umfang zur Herstellung aller Arten von Gehäusen, Isoliermaterialien, Heizkörpern und anderen Teilen eingesetzt. Diese Teile müssen eine gute Isolierung, Hitzebeständigkeit und mechanische Festigkeit aufweisen. Durch die Anpassung der Struktur und Größe der Extrusionsdüse können wir alle Arten von komplexen Formen und Farben von elektronischen und elektrischen Teilen herstellen, um den Anforderungen der verschiedenen Produkte gerecht zu werden.

Andere Spezialprofile

Neben den oben genannten gängigen Kunststoffprofilen können mit der Kunststoffextrusionstechnik auch verschiedene Spezialprofile nach Kundenwunsch hergestellt werden. So zum Beispiel Spezialprofile für Sicherheitsgeländer und Schutzvorrichtungen, Präzisionsprofile für medizinische Geräte und Beleuchtungskomponenten, usw. Die Herstellung dieser Spezialprofile erfordert einen hochpräzisen Formenbau und eine fortschrittliche Extrusionstechnologie, um den Anforderungen der einzelnen Bereiche gerecht zu werden.

Schlussfolgerung

Die Kunststoffextrusion ist ein Verfahren, bei dem der Kunststoff durch die Drehung der Schnecke im Zylinder vorwärts bewegt wird, wobei mechanische, thermische und bremsende Prinzipien zum Tragen kommen. Thermoplastische Kunststoffe werden vorgewärmt, geschmolzen, in die Form gebracht, um die gewünschte Form zu erhalten, und durch Zugschneiden fertiggestellt.

Das Strangpressen ist eine großartige Methode zur Herstellung von Produkten. Es ist superpräzise, superschnell, einfach zu steuern und billig. Man kann damit alle möglichen Dinge herstellen, z. B. Haushaltsgegenstände, Rohre, Türen und Fenster, Autoteile und Elektronik. Du kannst alle möglichen Formen herstellen, die du brauchst. Es ist großartig für alle Arten von Dingen.