6 Blasfolien- und Flachfolienextrusion

• Foliendicken bis zu 10-300 μm dünn

• Schlauchumfang bis zu 16 m

• sehr vielseitige Einsatzgebiete

• Müllbeutel, Agrarfolien, Säcke

1. Schlauchbildungszone:

2. Frostlinienhöhe:

3. Verstreckung

Bereich zwischen Austritt Schmelze aus dem Werkzeug (Wendelverteiler) – Frostlinienhöhe

• Ab dieser „fiktiven“ Linie ist die geometrische Gestalt der Blase fixiert

• Übergang zwischen schmelzeflüssigem, amorphen in einen festen, strukturstabilen bzw. teilkristallinen Bereich oder Übergang vom thermoplastischen in den ithermoelastischen Bereich

• idealisiert als Frostlinienhöhe bezeichnet

• Schmelze „friert“ ein

• Geometrie, optische Eigenschaften, Haptik der Folie sind festgelegt

• Biaxiale Verstreckung der Folie (axial/radial)

• Verstreckung bewirkt Ausrichtung der Moleküle

1. Aufblasverhältnis (ABV)

2. Abzugsverhältnis (AZV)

3. Prozesszeit (tP)

• Verhältnis zwischen Austrittsdurchmesser (Düsenkopf) und Durchmesser der Folienblase beim Erreichen der Frostlinienhöhe

• Regelt den Umfang bzw. die Liegebreite der doppelt flachgelegten Folienbahn

• Zudem wird hierüber die Dicke der Folie eingestellt (Stützluft)

• Verhältnis zw. Austrittsgeschwindigkeit (Düsenkopf) d. Schmelze und Abzugsgeschwindigkeit

• Hierüber lässt sich ebenfalls die Dicke der Folie einstellen

• Entscheidend für die mechanischen Kennwerte der Folie

• Zeit die ein Folienelement benötigt beim Passieren der Schlauchbildungszone (Düsenaustritt – Frostlinienhöhe)

• Kühlsystem als limitierender Faktor für die Folienproduktion (bestimmt also wie schnell wieviel und welches Werkzeug extrudiert werden kann

• Kühlsystem beeinflusst maßgeblich die Qualität des Folienproduktes

• Kühlsystem verantwortlich für:

  • Wärmeaustausch zwischen Kühlluft und Folie

  • Kalibrierung / Stabilisierung des Folienschlauches

  • Einstellung eines robusten Betriebszustands

• Intensivierung des Wärmeaustausches ermöglicht Leistungssteigerung

• Zwei Arten von Kühlmedien:

  • Luft (deutlich häufiger)

  • Wasser

• Wenn unetrer Teil (Schlauch der direkt aus dem Werkzeug kommt) gekühlt wird, könenn schon Kristalline Strukturen erzeugt erden = stabiler

abhängig von:

• Anlagenflexibilität bzgl. der Produktvielfalt

• Foliendimensionen

• Folieneigenschaften

• Handling der Anlage

• Verfügbarkeit des Kühlmediums

• Vermischungseffekte der schnellströmenden Kühlluft mit ruhender Umgebungsluft

• Mitreißen von Fluidvolumenteilchen → entrainment-Effekt

• Aufweitung des Strömungsprofils in Extrusionsrichtung

• Reduzierung des Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Folie und Kühlluft

• Vermischungseffekte der schnellströmenden Kühlluft mit ruhender Umgebungsluft

• Reduzierung der maximalen und durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit

Dicke der thermischen Grenzschicht —> Verhindert effektiven Wärmeaustausch (blaue schicht ist innerste schicht)

Visualisierung der Luftströmung mithilfe von PIV-Messungen

(Particle-Image-Velocimeter)

Blaseninnenkühlsysteme

• Zur Intensivierung des Wärmeaustausches werden an Produktionsanlagen i.d.R. Blaseninnenkühlsysteme verwendet

Vorteile:

- Verdopplung der aktiv zu kühlenden Oberfläche

- Stabilisierung der Blase von innen

- Durch Stabilisierung kann intensiver von außen gekühlt werden

- Erhöhung der Ausstoßleistung

- Reduzierung der flüchtigen Bestandteile im Inneren

Wirkprinzip:

- Kontinuierlicher Austausch der warmen Luft im Inneren

- Abhängig von der Dicke der Folie und dem Durchmesser des Blaskopfes

- 20% Leistungssteigerung bei einem Düsendurchmesser von 200 mm (Weil kein Platz für Austauschwerkzeug

- 80% Leistungssteigerung bei einem Düsendurchmesser von >500 mm

• Infusionsbeutel aus PP

Anforderung:

• Softness (weich)

• Siegelfähigkeit

• Durchstoßfestigkeit

• Dichtigkeit

• Hochtransparent

Vorteil von Wasserkühlung zur Luftkühlung

• Höhere Abkühlrate

→ Amorphe Struktur

Aufnahme des höhenabhängigen Temperaturprofiles

Problematisch:

• Starke Beeinflussung der registrierten Strahlung durch den Emissionsgrad sowie durch die reflektierte Temperatur

• Starke Abhängigkeit der detektierten Folientemperatur von der Dicke der Folie

• Reflektierte Temperatur entspricht der Umgebungstemperatur nach Beseitigung aller Einflüsse / Störquellen (Wärmequellen / infrarote Strahlungsquellen)

→ Ermittlung des realen Emissionsgrades zur Bestimmung der Frostlinientemperatur

Qualitätsverbesserung durch Einsatz von Dickenregelungssystemen

• Reversierung dient der gleichmäßigen Verteilung von Dickstellen auf dem Folienwickel

• Flachlegeeinheit wird um +/- 360° gedreht (reversiert)

• Über ein Wendestangensystem gelangt die Folienbahn in den feststehenden Teil der Anlage

1. Planlage:

Durchhängen der Folie durch ungleichmäßiges Abkühlverhältnisse bei Abkühlen über den

Umfang verursacht

1. Bogenlauf

Verursacht durch geometrische Verhältnisse in der Flachlegung einer Blasfolienanlage

1. Aufbau

• „Bügelt“ Folie glatt durch leichtes Ziehen und Wärme

• Integriert zwischen Abzugswalzenpaar und Wendestangensystem

• 4 Walzen

• Temperatur und Reckrate einstellbar

• Schalen, Becher, Teller (Verpackungsmaterial)

• Anpassung an den Verwendungszweck über Mehrschichtverbunde

• Technische Anwendungen (Automobilbau, Flachbildschirme, Visiere)

• Barrierefolien

• Kaschierfolien

• Maschinentechnik richtet sich nach den Produkteingenschaften

• Glättfolien (Foliendicken von ca. min. 125 μm) → 2 gekühlte Walzen (Walzenspalt)

• Castfolie (Chill-Roll Verfahren) (Foliendicken von min. 20 μm, 4m breit) → 1 gekühlte Walze (umschlungen)

• Beschickt das Materialleitsystem mit dem zu verarbeitenden Rohstoff

• Bereitstellung einer definierten Menge an Rohstoff

• Trichter münden in den Einfülltrichter des Extruders

• Plastifizierung des bereitgestellten Rohstoffes / Additive

• Homogenisierung der Ausgangskomponenten / Additive

• i.d.R. Einschneckensysteme

• Ausgestattet mit einem Siebwechsler (Filtration des Extrudates)

Aufhängung für die Schmelzeleitungen, welche vom Extruder zum Feedblock bzw. Coextrusionsadapter laufen

• Zusammenführung der Schmelzeströme aus Extruder A und Extruder B (Coextrusion)

• Laminares Strömungsprofil beider Strömungen am Einlauf der Breitschlitzdüse

• Aufnahme der Lagenkombination aus dem Feedblock

• Verteilung der Schmelze von rechteckigem Strömungsquerschnitt in ein schlitzförmigen Austrittsquerschnitt (Verteilung in die Breite)

• Entstandene Schmelzefahne wird dem 1. Walzenspalt des Glättwerks zugeführt

• Möglichst nahe Positionierung der Breitschlitzdüse über dem Glättwerk (Eigengewicht der Schmelzebahn → Verstreckung)

(unkontrollierbare Abkühlung der Schmelzebahn an der Luft)

• Ausgeformte Schmelzefahne wird kalibriert, gekühlt und geglättet

• Glättwerk kann längs und in der Höhe verschoben werden

• Kühlung erfolgt durch Wärmeleitung vom Kunststoff in die Walze und durch Konvektion

→ Temperaturdifferenz als treibende Kraft des Wärmetransportes

• Temperierung über Temperiergeräte (Wassertemperiergeräte)

• Bereitstellung der Schmelzefahne (möglichst homogenes Dickenprofil erforderlich)

• Je besser Schmelzefahne desto besser Foliendickenprofiltoleranz

• Temperaturführung im Glättwerk möglichst präzise einzustellen

• Abkühlung der Folie nach dem Austritt aus dem Glättwerk

• Abh. von der erforderlichen Kühlleistung (Durchsatz, Folienbreite, Foliendicke)

• Einzeln angetrieben (dünne Folien) oder über Schleppkräfte (dicke Folien)

• Kurzzeitige Speicherung einer definierten Menge Folie

• Überbrückung von Wechslervorgängen

• Aufwickeln der gefertigten Folie

• Entscheidend für die Qualität der Folie sind die Wickelparameter

• Unterschiedliche Varianten für unterschiedliche Folien