Polyethylen hoher Dichte kann mit verschiedenen Methoden hergestellt werden. Vor der Verarbeitung werden Zusatzstoffe hinzugefügt, was als Formulierung bezeichnet wird.
Zu den Verarbeitungsverfahren gehören Extrusion, Einspritzen, Blasen, Rotationsformen, Thermoformen und Komprimieren. Mit Hilfe einer oder mehrerer dieser Techniken können die verschiedenen HDPE-Typen verarbeitet werden.
Strangpressen
Beim Strangpressen wird das Polyethylen hoher Dichte in Form von Granulat in einen Zylinder eingeführt, in dem sich die Schnecke befindet. Das Material wird im Zylinder gepresst, verdichtet und schließlich geschmolzen und dann im Kopf extrudiert, wobei es in Form von Schläuchen, Folien, Platten, Profilen usw. austritt. Das aus dem Extruder austretende Teil durchläuft ein Wasserbad, in dem es nach und nach abgekühlt wird.
Das Strangpressen ist ein kontinuierliches Herstellungsverfahren und das am weitesten verbreitete für die Verarbeitung von Polyethylen hoher Dichte, hat aber den Nachteil, dass es unfertige Teile produziert, die nach dem Strangpressen weiter behandelt werden müssen. Dies ist der Fall bei der Laminierung, die ein Tiefziehverfahren erfordert.
Spindel und Zylinder
Die Schnecke ist das Herzstück des Extruders, ihre Konstruktion variiert je nach Material, Form und Zweck der herzustellenden Artikel. Für Polyethylen hoher Dichte werden Schnecken mit langen Einzugs- und Dosierzonen und einer kurzen Kompressionszone empfohlen; dies garantiert die Homogenisierung des Materials.
Die Zylinder müssen so gefertigt sein, dass sie hohen Betriebsdrücken und -temperaturen sowie Abrieb standhalten. Spezielle Vorrichtungen zum Heizen und Kühlen der Zylinderzonen werden an der Außenseite des Zylinders angebracht.
Temperaturprofile
Die Temperatur variiert je nach Qualität des zu verarbeitenden Materials, der Art des zu gewinnenden Produkts und manchmal auch der Maschine selbst.
Strangpressen zur Herstellung von Rohren und Profilen
Die für die Herstellung von Rohren und Profilen erforderliche Ausrüstung besteht aus einem Extruder, einer Düse, einem Former, einer Kühlwanne, einer Abzugsvorrichtung mit variabler Geschwindigkeit und einer Haspel oder einem Abschneider.
Gegebenes Rohr
Das Wichtigste bei der Rohrextrusion ist die Konstruktion der Düse und die Verteilung des Schmelzestroms innerhalb der Düse. Der Schmelzestrom wird in drei Ströme aufgeteilt, die sich, nachdem sie durch den Dorn gepresst wurden, wieder vereinigen und einen einzigen rohrförmigen Strom bilden.
Das geschmolzene Material hat drei Verbindungslinien, die perfekt zusammenschweißen müssen, ohne dass das Endprodukt Spuren oder Fehler aufweist, da der fließende Kunststoff unter Druck steht und sich in einem halbflüssigen Zustand befindet.
Der Außendurchmesser des Rohrs wird mit Hilfe des Vakuumformers kalibriert, wobei das extrudierte Rohr beim Abkühlen einem Vakuum ausgesetzt wird. Der Vakuumformer wird empfohlen, da er eine bessere Oberfläche liefert.
Das Kühlbad besteht aus einem separaten Bad mit zirkulierendem Wasser, durch das das extrudierte Rohr läuft. Die Temperatur des Kühlwassers sollte 30 bis 50 oC betragen. Die Ziehvorrichtung ist das Element, das die Kraft erzeugt, die den Kunststoff in der Extrusionslinie in Bewegung hält. Die Spule oder der Abschneider ist je nach dem herzustellenden Produkt die letzte Station.
Extrusion zur Herstellung von Schlauchfolien
Für die Herstellung von HDPE-Schlauchfolien wird je nach Folienbreite ein Abstand zwischen Düse und Walzen von 1,50 bis maximal 2,50 m empfohlen; außerdem ein Blasverhältnis zwischen 3,5:1 und 6:1, eine Höhe der Kühlstrecke von mehr als 0,40, aber weniger als 0,80 m und eine Düsenöffnung von 1,0016 bis 1,524 mm.
Die Extrusionsbedingungen wirken sich auf die Schlagzähigkeit der Folie aus, da sie die Ausrichtung der Moleküle bestimmen; im Allgemeinen hat der Kunststoff in der Richtung der Ausrichtung bessere mechanische Eigenschaften.
Polyethylenmoleküle haben eine sehr kurze Relaxationszeit, d. h. nachdem eine Kraft die Moleküle ausgerichtet hat, kehren sie fast sofort in ihre vorherige Position zurück. Nur die Polymerketten, die kurz vor der Kühlstrecke ausgerichtet werden, behalten die vorgegebene Ausrichtung bei.
In diesem Sinne beeinflussen die Eigenschaften der Blase, wie z. B. die Höhe der Kühlstrecke und das Aufblasverhältnis, die Schlagfestigkeit.
Das interne Kühlsystem der Blase ist eine Vorrichtung, die kontinuierlich die Luft erneuert, die die Blase selbst trägt. Dieses System verbessert die Kühleffizienz, indem es die heiße Luft, die die Folie bereits gekühlt hat, entfernt und frische Luft zuführt. Der Rhythmus dieses Austauschs hält das Aufblasverhältnis auf einem genauen und konstanten Wert.
Quelle:UNIVERSITÄT SAN CARLOS DE GUATEMALA Fakultät für Ingenieurwesen SCHULE FÜR CHEMISCHE INGENIEURE ERNESTO ROCA GIRÓN