Schonende und wirtschaftliche Herstellung von hochgefüllten PVC-Compounds

Von PVC gibt es eine größere Vielfalt an Rezepturoptionen als für viele andere thermoplastische Polymere. Nur geringfügige Änderungen in der Zusammensetzung von Zuschlagstoffen, Weichmachern und Füllstoffen wirken sich stark auf die Eigenschaften des Compounds aus. Allen PVC-Rezepturen gemeinsam ist jedoch die Tatsache, dass sie besonders schonend verarbeitet werden müssen, um zu verhindern, dass die Compounds zu stark plastifiziert werden oder degradieren. Neben der hochwertigen Produktqualität liegt der Hauptfokus bei der PVC-Verarbeitung auf der Wirtschaftlichkeit der Produktion.

Coperion bietet mit seiner zweistufigen Kombiplast ein besonders flexibles Maschinenkonzept, das sowohl eine hohe Produktqualität als auch eine wirtschaftliche Produktion sicherstellt. Die Kombiplast besteht aus einem gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruder ZSK für die Aufbereitung und einer einwelligen Austragsschnecke (ES-A), die für einen sanften Druckaufbau vor der Lochplatte sorgt. Dadurch entkoppelt Coperion mit seiner Kombiplast den Prozessschritt der Plastifizierung/Homogenisierung von dem des Druckaufbaus vor der Lochplatte und ein unerwünschter Anstieg der Produkttemperatur wird unterbunden. Die exzentrische Granulierung EGR von Coperion schneidet die Stränge zu Granulat. Das neue Design des Messerrotors ermöglicht eine nahezu vollständige Eliminierung von Feinanteilen während des Schneidvorgangs.

Das Verfahrensteil des ZSK-Extruders ist modular aufgebaut. Es besteht aus einzelnen Gehäusen und Schneckenelementen, die auf Schneckenwellen aufgezogen sind. Die Maschine lässt sich somit einfach für die jeweiligen Rezepturanforderungen konfigurieren. Diese Konfiguration der Gehäuse und insbesondere der Schnecken wird so optimiert, dass viele verschiedene Rezepturen damit verarbeitet werden können, ohne den Aufbau zu verändern.

Keine Einzugsbegrenzung bei hochgefüllten PVC-Compounds
Bei Rezepturen mit großen Füllstoffmengen (> 100 pph), wie z. B. CaCO₃ oder Al(OH)₃, wird die Herstellung des Dryblends aufgrund des größeren Mischervolumens, längerer Mischzeiten und größerer Weichmachermengen zunehmend ineffizient. Gleichzeitig wird ein größerer Compounder benötigt, um Einschränkungen bei der Produktzufuhr zu vermeiden.

Die Kombiplast von Coperion kompensiert diese Nachteile durch einen ZSK-Extruder im Mv PLUS-Design. Dank einer größeren Gehäusebohrung (D_o) und einem kleineren Schneckeninnendurchmesser (D_i) besitzt dieses Doppelschneckenextruder-Modell ein größeres Schneckenvolumen. Das Ergebnis ist ein tieferer Schneckenkanal der Doppelschnecken, der eine verbesserte Dosierleistung, eine geringere Scherrate, niedrigere Produkttemperaturen und eine schonendere Verarbeitung ermöglicht. Dadurch wird die Qualität von scherempfindlichen PVC-Produkten deutlich gesteigert.

Darüber hinaus wird die Zugabe des Füllstoffs geteilt und ein Großteil in das bereits plastifizierte PVC eingearbeitet. Um stets eine konstante Rezepturzusammensetzung zu gewährleisten, werden die Komponenten mittels hochpräziser Coperion K-Tron Waagen dosiert. Da sowohl das Dryblend als auch die meisten Füllstoffe feine Pulver mit zum Teil schlechten Fließeigenschaften sind, erfolgt die Zufuhr in das Verfahrensteil des Compounders jeweils über eine zweiwellige Seitenbeschickung ZS-B. Bei der Seitenbeschickung ZS-B handelt es sich um einen kurzen, gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruder mit tiefer geschnittenen Schneckengängen.

Während das Dryblend über eine erste ZS-B in das Verfahrensteils des ZSK Mv PLUS einläuft und plastifiziert wird, wird der Füllstoff stromabwärts über eine zweite ZS-B hinzugefügt. Um ein Anhaften des Dryblends zu verhindern, ist der Trichter der ersten ZS-B mit einem Rührwerk ausgestattet. Bei Bedarf können die Gehäuse beider ZS-B kühlbar ausgeführt werden. Mit dem Füllstoff eingebrachte überschüssige Luft entweicht zunächst atmosphärisch im ZSK Mv PLUS und in einem zweiten Schritt unter Vakuum im Übergabeschacht zwischen dem Doppelschneckenextruder und der einwelligen Austragsschnecke. Sowohl der ZSK Mv PLUS als auch die ZS-B Seitenbeschickung werden unterfüttert betrieben. Das heißt, ihre Schneckendrehzahl kann in einem großen Bereich angepasst werden, was einen wirtschaftlichen Betrieb ohne Einzugsbegrenzung ermöglicht.

Feed Enhancement Technologie für verbesserten Einzug
Bei schlecht rieselfähigen Dryblends oder Füllstoffen können die Seitendosierungen mit der patentierten Feed Enhancement Technology (FET) von Coperion ausgestattet werden: Bei dieser Technologie wird an einen porösen, gasdurchlässigen Wandabschnitt in der Einzugszone ein Vakuum angelegt. Die Feststoff-Förderung wird dadurch auf zweifache Weise verbessert: Durch die Luftabsaugung wird die Schüttgutdichte erhöht, und die Reibung im Bereich des FET-Einsatzes wird durch den Filterkuchen verändert.

Der Durchsatz bei der Verarbeitung einzugsbegrenzter Produkte kann somit in vielen Fällen um 20-30% oder mehr erhöht werden. Alternativ kann die Schneckendrehzahl des Compounders bei gleichbleibendem Durchsatz verringert werden. Dies bringt eine weitere Reduzierung der spezifischen Energieeinleitung (SEI), der Scherung des Produkts sowie der Energiekosten mit sich.