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Der Extrusionsprozess bringt einige Herausforderungen mit sich, wobei die Produktqualität in vielen Branchen der Vorreiter ist, insbesondere bei extrudierten medizinischen Produkten. Medizinische Schläuche und ummantelte Produkte müssen mit sehr engen Toleranzen hergestellt werden, wobei Wanddicke( n) und Durchmesser oft auf Toleranzen von weniger als 0,0004"/.01mm geprüft werden. Die in der medizinischen Industrie verwendeten Polymere können auch extrem teuer sein. Das gesamte Extrusionssystem muss sorgfältig kontrolliert und abgestimmt werden, um diese anspruchsvollen Produkte kosteneffizient herzustellen. Dies ist besonders wichtig bei mehrschichtigen und/oder mehrlumigen Konstruktionen.
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Die Geometrie des Fließkanals, durch den das Polymer fließt, ist eine entscheidende Komponente eines gut konzipierten Extrusionssystems. Die Verweilzeit, das heißt die Zeit, in der das Polymer durch die Düse fließt, sollte berücksichtigt werden, um Verbrennungs- und Stagnationsprobleme zu vermeiden. Zu große Kanäle bedeuten, dass die Zeit, in der das Polymer den Verarbeitungstemperaturen ausgesetzt ist, zu einem Abbau des Polymers führen kann. Eine zu restriktive Geometrie bedeutet oft, dass das System mit hohem Druck arbeitet, was die Produktionsgeschwindigkeiten oft einschränkt. Außerdem kann es zu toten Punkten kommen, die das freie Fließen des Materials verhindern. Wenn dies nicht korrigiert wird, kann es passieren, dass das Material vollständig zersetzt wird. (Siehe Bilder) Diese Situationen können zwar bei allen Polymeren auftreten, doch in der medizinischen Industrie wird dies aufgrund der Verwendung teurer Materialien zu einem ernsten Problem. Außerdem wird in medizinischen Produkten häufig Bariumsulfat verwendet, eine röntgendichte Substanz, die das fertige Produkt auf Röntgenbildern sichtbar macht. Wenn Bariumsulfat mit Hochtemperaturmaterialien wie Fluorpolymeren coextrudiert wird, müssen die Fließkanäle so gestaltet sein, dass das Bariumsulfat nicht abgebaut wird. Tote Punkte und hohe Verweilzeiten führen dazu, dass das Bariumsulfat vergilbt und das Produkt ruiniert.
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| Bilder: Verbranntes Material aufgrund zu langer Verweilzeit in der Matrize |
Die Sensoren und Rückmeldungen, die das System liefert, sollten überprüft und doppelt überprüft werden, um sicherzustellen, dass das Polymer ordnungsgemäß verarbeitet wird. Die Temperatur des Polymers, das durch den Formhohlraum fließt, kann stark von den Messwerten der Thermoelemente abweichen. Wie wir wissen, ist das Thermoelement ein Sensor, der die Temperatur des Formaufbaus misst. In den meisten Fällen misst der Sensor nicht direkt die Temperatur des Polymers, sondern ist an der Außenseite des Gehäuses einer Düse angebracht. Zwischen dem Polymer und dem Thermoelement kann ein beträchtlicher Wärmegradient auftreten, der das falsche Vertrauen vermittelt, dass das Polymer ordnungsgemäß verarbeitet wird. Da die Temperatur des Polymers in Wirklichkeit kälter oder heißer sein könnte als angegeben, ist es zwingend erforderlich, physikalische Messungen am Schmelzestrom vorzunehmen, wenn man mit empfindlichen Materialien arbeitet oder Rezepte für die Anlage erstellt. Zu diesem Zweck sollten die Messungen bei Produktionsgeschwindigkeit durchgeführt werden. Wenn das Polymer beginnt, sich durch die restriktiven Fließkanäle zu bewegen, entwickelt es Wärme durch viskose Dissipation. Je höher die Geschwindigkeit, desto mehr Wärme wird durch den Polymerfluss in das System eingebracht, wenn alles andere gleich bleibt. Eine genaue Überwachung ist bei vielen thermisch empfindlichen Materialien wie Ethylen-Vinyl-Alkohol (EVOH), bei denen es zu Gelen und anderen Abbauprozessen kommen kann, von entscheidender Bedeutung. So kann es beispielsweise vorkommen, dass das Thermoelement 300 ºC anzeigt, die Messung der direkten Temperatur aber 330 ºC ergibt. In diesem Fall muss die Einstellungen des Thermoelementes angepasst werden, um die richtigen Schmelztemperaturen zu erhalten. Die Materialien können auch zu Schmelzbruch neigen, was zu einer unbefriedigenden Oberflächenbeschaffenheit des Produkts führt. Durch die Verwendung geeigneter Werkzeuggrößen und Verarbeitungsparameter lassen sich diese lästigen Probleme vermeiden.
Laut Tom Baldock, National Sales Manager, kann die Firma Guill auch Düsen mit doppeltem, dreifachem oder vierfachem Ausstoß anbieten, wenn der Extruder sehr langsam läuft. Anstatt eine weitere Linie zu kaufen, wird das Extrusionssystem verdoppelt, um die Produktion zu verdoppeln oder sogar zu vervierfachen. Auf diese Weise spart der Kunde viel Geld für Ausrüstung und Personal.
Denis Finn,
Product Development Engineer Guill Tool & Engineering
