Massetemperatur: Massedruck: Werkzeugtemperatur: Zone 1: Zone 2: Zone 3: Zone 4: Einzugszone:

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2 Einführung TPE ist das Kurzzeichen für den Sammelbegriff Thermoplastische Elastomere unter dem Elastomergruppen mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Molekularstruktur erfaßt werden. Jede Gruppe hat spezielle Eigenschaften und bietet den Verarbeitern Vorteile, die in den letzten Jahren eine Positionierung zwischen PVC- und Kautschukfabrikaten bewirkt haben. Unser Firmenteam ist seit den 70-iger Jahren in diesem speziellen Sektor aktiv und stellt für die Extrusion zahlreiche Polyolefin-Elastomere zur Verfügung, die sich im Härtebereich von Shore A35 bis D60 bewegen. Bis vor wenigen Jahren war man lediglich auf PVC und synthetischen Kautschuk angewiesen. Viele anwendungstechnische Lücken konnten in der Folge durch moderne TPE Compounds ausgefüllt werden. Weich-PVC ist ohnehin kaum als Elastomer einzustufen, belegt aber in vielen Verarbeitungen noch traditionelle Schlüsselpositionen. Weiterhin ist zu bemerken, daß UV- und ozonbeständiges TPE s heute oft schon preislich at-traktiver sind als elastomermodifizierte PVC-Compounds mit ähnlicher Ausrüstung. Der Aufwärtstrend bei TPE macht sich jedoch besonders gegenüber den Elastomer-Vulkanisaten bemerkbar. TPE bietet Vorteile wie: Transparenz Gewichtsreduzierungen (Automobilbau) thermoplastische Verarbeitung Verschweißbarkeit Vollrecycling, auch zusammen mit anderen Polyolefinen helle Einfärbungen Koextrusionen mit anderen Thermoplasten Unsere Produktlinie wird laufend den neuesten Anforderungen angepaßt. Die Produktgruppen sind: TPE-S bzw. TE(PBBS) von Shore A50 bis A90 TPE-S bzw. TE(PEBBS) von Shore A45 bis A90 TPE-O bzw. TE(EPDM+PP) von Shore A65 bis D65 TPE-V bzw. TE(EPDM-X+PP) von Shore A35 bis D60 Einer solchen Auswahl begegnet man relativ selten. Sie bietet die Möglichkeit zu interessanten Kombinationen bei Koextrusionen und maßgeschneiderten Compounds. Hauptanwendungsgebiete: Bau (Fenster-, Tür- und Wandprofile, flammgeschützte Sicherheitsprofile, Isolierplatten), Möbel (Schrankprofile, transparente Profile, Elastomerbänder für Lattenroste), Automobil (Fensterprofile, Leisten, koextrudierte und flammgeschützte Benzinschläuche), Haushaltgeräte (Magnet- und Hohlkammerprofile für Kühlschränke, Kühlbänke, Kühltruhen, Staubsauger-Stoßprofile), Gartenbau (Treibhausprofile, Schläuche, Rohre), Sanitärbereich ( Magnet- und Hohlkammerprofile für Duschkabinen), Elektroindustrie (wasserisolierende Katastrophenkabel mit angeschweißten Schaltsystemen, flammgeschützte Kabel, koextrudierte Gürtelmaterialien für den Kabelschutz). Die thermischen Einsatzbereiche dieser Produkte liegen, je nach Materialtype und Härte, zwischen 40 C und 130 C und sind besonders für Problemlösungen in extrem kalten Klimazonen geeignet. Für Dichtungen mit hohen thermischen Ansprüchen werden dynamisch vernetzte TE(EPDM-X+PP)- Typen eingesetzt, die in den DVR-Werten deutlich unter 40 % liegen. Die SEBS Typen gibt es auch in Versionen gemäß den Vorschriften der FDA/BGA. Seite Nr. 1

3 Die RAL Norm GZ 716/1 Für einige Bauprofile wird neuerdings auch die Gütesicherung RAL-GZ 716/1 gefordert. Die gängigsten Typen und Härten werden z.z. vom SKZ geprüft. Vorversuche sind bereits positiv verlaufen. In Kürze werden komplette Tests zur Verfügung stehen. Anlagenkonzepte Für die TPE-Profilextrusion eignen sich nahezu alle Extruder, wie sie aus der Thermoplast-Verarbeitung bekannt sind. Die Maschinen sollten weitgehend korrosionsbeständig ausgerüstet sein. Vielfach werden Einschnecken- extruder mit 3-Zonen-Schnecken eingesetzt. Es kommen aber auch Barriere-Schnecken oder Schnecken mit Mischzonen in Frage. Die Schneckenspitze sollte vorzugsweise mit einer Wendel-Schneckenspitze (eventuell ballig) versehen sein. Bei einem Kompressionsverhältnis von 2:1 bis 4:1 ist das L/D-Verhältnis moderner Anlagen >24. Das Kompressionsverhältnis hat einen großen Einfluß auf die Scherkräfte und somit auf die Massetemperatur. Wenn es zu groß ist, führt das zu überhöhter Scherung. Deshalb sollte die Länge der Kompressionszone nicht unter D 5 sein. Bei einem Schneckendurchmesser von 80 mm sollte die Gangtiefe im Bereich der Meteringzone etwa 5 mm sein. Der Einsatz von Stauringen im Schneckenbereich hat sich bisher nicht bewährt. Heizung und Kühlung Um Profilschwankungen (Pulsierungen) zu unterbinden, ist eine gute und gleichmäßige Temperaturregelung erforderlich. An den Extrudern sollten auch mindestens 3, besser noch 6, geregelte Heizzonen vorhanden sein. Die Extruderkühlung erfolgt entweder mit Kühlwasser oder durch Kühlventilatoren in der Kompressions- und Meteringzone. Bei Nutbuchsenextrudern ist unbedingt darauf zu achten, daß die Nutbuchse gekühlt wird. In diesem Fall ist eine entsprechende Temperaturüberwachung empfehlenswert. Generell sollte die Einzugszone kühlbar sein, um ein optimales Einzugsverhalten zu garantieren. Eine genutete Einzugszone, vorzugsweise mit Rechtecknuten, kann das Einzugsverhalten wesentlich verbessern. Diese Lösung ist vorzuziehen, wenn der Einzug ungenügend oder ungleichmäßig ist. Verarbeitungsparameter Die folgenden Angaben gelten als Beispiel für das Niveau der Einstellwerte. Der Temperaturverlauf kommt jedoch der Praxis sehr nahe. Selbstverständlich müssen die Werte dem zu verarbeitenden Werkstoff, dem Werkzeug, dem Extruder und der Geschwindigkeit individuell angepaßt werden. Massetemperatur: Massedruck: Werkzeugtemperatur: Zone 1: Zone 2: Zone 3: Zone 4: Einzugszone: 195 C ± 5 C 50 bis 150 bar 185 C ± 5 C 170 C 165 C 160 C 155 C max. 80 C Bei härteren TPE-Typen sind höhere Temperaturen möglich. Das Temperaturprofil der Zylinder kann von obigen Angaben stark abweichen. Es sollte wegen dem Überhitzungsrisiko immer abfallend reguliert sein. Üblicherweise wird TPE dem Extruder aus handelsüblichen Gebinden als Granulat direkt zugeführt. Zur Beschickung eignen sich Saugförderer oder Schneckenförderer. Das Einfärben kann sowohl mit Farbkonzentraten (Batches) als auch mit Farbgranulaten mittels Direkteinfärbung am Extruder erfolgen. Seite Nr. 2

4 Extrusions-Spritzköpfe Grundsätzlich sollten die Spritzköpfe kurz und mit weichen Übergängen ausgelegt sein. Eine sorgfältige und gleichmäßige Temperaturführung ist unbedingt erforderlich. Totzonen sind zu vermeiden. Da von der Gestaltung der Spritzköpfe auch die Dauer der Rüstzeiten abhängt, sollte die Fixierung der Werkzeuge so eindeutig wie möglich sein. Erfahrungsgemäß sollte man eingefahrene Werkzeuge immer wieder in der gleichen Position einbauen. Hier sind Arretierstifte oder Nutensteine eine nützliche Hilfe. Wenige Einzelteile, ohne Fugennähte, erleichtern die gründliche und einfache Reinigung der Spritzköpfe. Geradeaus-Spritzköpfe sind nicht allzu aufwendig und entsprechen in der Regel den für die PVC-Verarbeitung üblichen Ausführungen. Quer-Spritzköpfe setzt man eher für die Ummantelung von Metalleinlagen oder anderen Werkstoffen ein. Wichtig ist, daß das Material an allen Stellen des Spritzkopfes mit gleicher Geschwindigkeit austritt. Unterschiedliche Austrittsgeschwindigkeiten erschweren erheblich das Einfahren neuer Werkzeuge und schränken den Einsatz der Werkzeuge auf anderen, baugleichen Maschinen sehr ein. Die Umlenkung ist so kurz wie möglich zu gestalten. Je nach Platzbedarf für die Maschine sind Umlenkwinkel von 90 und 45 üblich, wobei die 90 Umlenkung zu bevorzugen ist. Neben Geradeaus-Spritzköpfen und Quer-Spritzköpfen gibt es zahlreiche Sonderformen, beispielweise um Metalldrähte, Bänder und ähnliches über den Spritzkopf zuzuführen. Vereinzelt werden auch andere Materialkomponenten über die Spritzköpfe zugeführt, was jedoch einen erheblichen höheren Werkzeugaufwand zur Folge hat. Adapter und Siebe Bei der Auslegung des zwischen Zylinder und Werkzeug angebrachten Adapters spielen die Strömungsverhältnisse eine große Rolle. Eine plötzliche Erweiterung oder Verringerung des Adaptervolumens ist unbedingt zu vermeiden. Ein größerer Querschnitt setzt die Fließgeschwindigkeit herab, mit dem Risiko einer Schmelzeüberhitzung. Am besten ist hingegen eine kontinuierliche Volumenreduktion bis zum Einlaufbereich des Werkzeuges. Die für den Massedruckaufnehmer nötige Bohrung wird üblicherweise im Adapter angebracht, was aus rheologischer Sicht nicht ideal ist. Druckaufnehmer sind jedoch teuer und empfindlich, was diesen Kompromiß vertretbar macht. Alternativ kann der Druckaufnehmer im Werkzeug angebracht sein. Allerdings muß er dann bei jedem Werkzeugwechsel ebenfalls gewechselt werden, wobei Schäden nie auszuschließen sind. Siebe und Siebpakete dienen der Optimierung des Druckaufbaus und der Vermeidung oder Verringerung von Produktionsabbrüchen bei der Herstellung dünnwandiger Querschnitte. Üblich sind Siebe mit 40 bis 80 Maschen. Staubüchsen erwiesen sich bisher als ungeeignet. Düsen und Düsengestaltung Generell werden Einkomponenten- und Mehrkomponentendüsen sowie zwischen Einfach- oder Mehrfachdüsen eingesetzt. Sie sollten jedenfalls nur aus wenigen Einzelteilen bestehen. Um einen gleichmäßigen, konstanten Massefluß zu gewährleisten, müssen die Oberflächen der Fließkanäle sehr glatt oder sogar poliert sein. Hinterschneidungen und scharfe Übergänge machen die TPE-Extrusion problematisch. Sie sollten daher besser mit großen Radien versehen sein. Staubalken erwiesen sich als ungeeignet, denn sie erhöhen die Zersetzungsgefahr. Ein wichtiger Faktor ist auch die gleichmäßige Austrittgeschwindigkeit der Schmelze. Bei einigen TPE-Typen kann das Extrudat u. U. zur Stagnation in der Düse neigen. Daher ist eine äußerst sorgfältige Balancierung (Auslegung) der Düse von großer Wichtigkeit. Seite Nr. 3

5 Kurze Rüstzeiten sind auch in der Extrusion beliebt. Eine handliche und praxisgerechte Gestaltung der Verschraubung des Werkzeugs und der Düsenaufnahme ist daher wichtig. Mittlerweile gibt es auch computerunterstützte Düsen-Auslegungen für die TPE-Extrusion. Einlaufzone In der Einlaufzone ist eine ausgewogene Masseverteilung anzustreben. Durch die in diesem Bereich entstehende Druckangleichung (Querströmung beachten) und Geschwindigkeitsdrosselung wird ein geeigneter Übergang zu den in Fließrichtung folgenden Werkzeugzonen erreicht. Leider widmet man der Auslegung der Einlaufzone oft nicht die erforderliche Aufmerksamkeit, denn sie führt zu schlechten Oberflächen und geringerer Ausstoßgeschwindigkeit. Weil das Verjüngungsverhältnis sehr stark von der jeweiligen TPE-Type abhängig ist, kann man hier keine Maße nennen. Bei einem neuen Produkt ist zu Beginn ein Einlaufwinkel von 30 C ratsam. Bügelzone In der Bügelzone findet ein Spannungsabbau und ein Druckausgleich statt. Die sogenannte Spritzquellung (Schwellung) wird vorwiegend von der Bügelzone beeinflusst und sollte von dieser weitgehend ausgeglichen werden. Meist werden relativ kurze Bügelzonen verwendet. Ihr Einfluß läßt sich an Beispielen verdeutlichen. So bewirkt die Verlängerung der Bügelzone: eine Reduktion der Austrittsgeschwindigkeit und des Schwellfaktors einen geringeren Druckgradienten bei Produkten mit niedriger Viskosität bei höherer Massetemperatur eventuell eine Querströmung in der Einlaufzone unter Umständen einen zu großen Rückstau und schlechtere Oberflächen Kühlstrecken Die Entfernung zwischen Düse und Kühlstrecke sollte möglichst gering sein, um das Extrudat so maßhaltig wie möglich zu fertigen. Schnelles Abkühlen verhindert auch das Aufkommen von Porosität. In Gebrauch sind Naß- und Trockenkühlstrecken, die auch oft miteinander kombiniert werden. Die Nasskühlung erfolgt in Wasserbädern oder Sprühkanälen. Letztere sind wegen ihres höheren Wirkungsgrades vorzuziehen. Aus Umwelt- und Kostengründen ist ein geschlossenes Kreislaufsystem anzuraten. Kalibrierung Bei weicheren TPE-Typen setzt man keine Kalibratoren ein. Die Dichtungsproduktion erfolgt heute in der Regel ohne Extrusionshilfen. Das erhöht zwar den Aufwand bei der Werkzeugherstellung, bringt jedoch Extrusionen mit niedrigen Kosten und Verringerung des Ausschusses. Bei härteren TPE-Typen sind sowohl Scheiben- als auch Vakuum-Kalibratoren zur Unterstützung erforderlich. Hart-/Weich-Verbunde Die Koextrusion von Hart-Weich-Kombinationen ist aktuell. Meist sind es funktionelle, vereinzelt aber auch optische Gründe, die zur Kombination verschiedener Materialien führen. Drei bis vier verschiedene Materialien innerhalb eines Profils sind daher heute keine Seltenheit mehr. Wichtig ist in allen Fällen, dass Verteilerkanäle, Übergänge und Verbindungsstellen weder Totzonen noch Engpässe haben. Totzonen führen zu Materialstillstand, Engpässe zur Überhitzung der Masse. Beides behindert die Verbindung der verschiedenen Komponenten und kann im Extremfall die Haftung völlig unterbinden. Im Austrittbereich der Düse müssen alle Komponenten die gleiche Austrittgeschwindigkeit haben. TPE s lassen sich auch mit vielen anderen Thermoplasten auf Polyolefinbasis kombinieren, wobei natürlich die unterschiedlichen Verarbeitungstemperaturen und Eigenschaften der beteiligten Werkstoffe berücksichtigt werden müssen. Seite Nr. 4

6 Viskosität Die Viskosität ist in erster Linie von der Schergeschwindigkeit und weniger von der Extrudertemperatur abhängig. Der hohe Reibungskoeffizient ist hier ausschlaggebend und für die starke, interne Scherung verantwortlich, die wiederum viel Friktionswärme erzeugt. Je nach TPE-Typen tritt bei Temperaturen > 200 C die Zersetzung des Werkstoffs ein. Bei TE(EPDM-X+PP) liegt die Zersetzungstemperatur jedoch erheblich höher. Schmelzeverhalten Spritzquellung Mit höherer Geschwindigkeit erfolgt eine Zunahme der Spritzquellung. Ebenso bei abnehmender Düsenlänge und/oder abnehmendem Düsendurchmesser. Schmelzebruch Schmelzebruch führt in der Regel zu deutlichen Oberflächenfehlern. Er verringert sich durch hohe Extrusionsgeschwindigkeiten und höheren Massedruck. Maßgeblichen Einfluß darauf hat die rheologische Gestaltung der Düse. Scherempfindlichkeit TPE s sind scherempfindlicher als übliche Thermoplaste. Daher sollten Staudruck und Schneckendrehzahl während der Plastizierphase nicht zu hoch sein. Massetemperatur Die Massetemperatur ist u.a. abhängig vom Werkzeugdruck, dem Schneckendurchmesser, der Schneckengeometrie und der Schneckendrehzahl. Massedurchsatz Der Massedurchsatz ist nahezu linear von der Schneckendrehzahl abhängig. Der Werkzeugdruck beeinflusst ihn fast nicht. Schneckendrehmoment Das Schneckendrehmoment ist hingegen erheblich vom Werkzeugdruck abhängig und weniger von der Schneckendrehzahl. Einzugsverhalten Einen wesentlichen Einfluß auf das Einzugsverhalten hat die Temperatur der Einzugszone. Die Nutbuchse verursacht hingegen keine typischen Druckverläufe. Ihr Einfluß auf den Durchsatz ist geringer als bei traditionellen Thermoplasten. Auch die Granulattemperatur hat nur einen geringen Einfluß auf das Einzugsverhalten. Eine zu hohe Granulattemperatur kann jedoch langwellige Oberflächenfehler verursachen. Lagerung und Trocknung Die Lagerung von TPE unterliegt keinen besonderen Bedingungen. Hilfreich für die spätere Produktion ist es, das Material an einem trockenen, nicht zu kalten Ort zu lagern. Es sind lediglich die üblichen gesetzlichen Vorgaben und Herstellerangaben zu berücksichtigen. Bei der Verarbeitung sollte der Feuchtegehalt der TPE maximal 0,1% betragen. Das Granulat ist bei 65 C bis 80 C zu trocknen, wobei die erforderliche Trockenzeit vom Feuchtegehalt aber auch von der jeweiligen TPE-Type abhängt. Um Materialschäden zu vermeiden, ist die Trocknungszeit so kurz wie möglich zu wählen. Gebinde mit getrocknetem Material sind selbstverständlich verschlossen zu lagern und bald zu verarbeiten. Seite Nr. 5

7 Abfallverarbeitung Ein wesentlicher Vorteil von TPE ist, daß sich Abfälle erneut verarbeiten lassen. Als Mahlgut kann das Material der Neuware zugegeben werden, was die Förderleistung des Extruders nur geringfügig beeinflusst. Vereinzelt verbessert sich dadurch sogar die Profilausprägung. Praktische Anwendung Die Aufbereitung von TPE zu einer homogenen Schmelze erfolgt in erster Linie durch die Scherung. Die Zylindertemperaturen beeinflussen die Schmelzeaufbereitung relativ wenig. Ein ausreichender Druckaufbau vor dem Werkzeug ist unnotwendig, um entsprechende Schergeschwindigkeiten zu erzeugen. Dies erfolgt z.b. über eine entsprechende Schneckengeometrie sowie den Einsatz von Sieben, Scher- und Mischteilen. Wegen der hohen, inneren Friktionen ist die Wärme durch Kühlung der Kompressions- und Meteringzone abzuziehen. Massetemperaturen über 210 C sind zu vermeiden. Um einen Massenstillstand zu vermeiden, müssen Adapter und Werkzeuge besonders strömungsgünstig ausgelegt sein. Typische Fehlerquellen und die Abhilfe Oberflächenwellen (lange Frequenz) Granulattemperatur zu hoch Einzugsprobleme bei zu hohen Temperaturen in der Einzugszone oder einer ungenauer Temperaturregelung in diesem Bereich. Verbessern kann man das Einzugsverhalten auch mit einer genuteten Einzugszone. Oberflächenwellen (kurze Frequenz) Adapter Adaptervolumen zu groß, wodurch der sogenannte Pumpeffekt entstehen kann Werkzeugproblem Werkzeugdruck zu niedrig. Unter anderem kann die Verlängerung der Bügelzone Abhilfe schaffen. Änderungen der Bügelzone sind jedoch äußerst kritisch und müssen in sehr kleinen Schritten erfolgen. Rauhe Oberfläche Im Vergleich zu anderen Thermoplasten, hat TPE etwas rauhere Oberflächen. Gegenüber Elastomeren ist die Oberfläche wiederum glatter. Die Ursachen für ungewöhnlich rauhe Oberflächen sind, je nach TPE-Type, sehr unterschiedlich: Bügelzone zu lang Feuchtigkeit des Granulats > 0,1% Schmelzebruch Massedruck zu niedrig Schlechte Profilausbildung Scharfe Übergänge im Werkzeug mit Radien versehen Bei zu hoher oder zu niedriger Wandschubspannung Eintrittswinkel im Werkzeug ändern oder die Länge des Adapters (Einlaufwinkel) anpassen. Bügelzone verkürzen. Bartausbildung Werkzeuggestaltung ändern. Ein allgemein gültiger Vorschlag kann nicht gemacht werden, weil die Bartbildung vom verarbeiteten Materialtyp abhängt. Ebenso unterschiedlich reagieren die Materialien in der Regel auf Werkzeugänderungen. Seite Nr. 6

8 Porosität Durch Reduzierung der Scherung die Massetemperatur senken Werkzeugtemperatur herunternehmen Trocknung des Granulats Staudruck mit Sieb oder Lochscheibe erhöhen Eventuell schnelleres Abkühlen des Extrudats Schlußnote TPE s sind unter normalen Verarbeitungsbedingungen mit anderen Thermoplasten vergleichbar und ungefährlich. Voraussetzung ist die Einhaltung der gültigen Gesetze und Bestimmungen. Auch im Rahmen der Qualitätssicherung sind keine Besonderheiten zu berücksichtigen. Obwohl die behandelten Themen unseren praktischen Erfahrungen entsprechen, geben wir sie ohne Gewähr. Der Verarbeiter ist daher nicht von eigenen Versuchen entbunden. Seite Nr. 7