Wie Sie die Schmelzequalität durch den Einsatz von Mischteilen verbessern können

Zur Erreichung einer hohen Produktqualität werden heutzutage sehr häfuig Additive den Rohstoffen beigemischt, die eine Veränderung bzw. Verbesserung der Produkteigenschaften hervorrufen. So können heutzutage Kunststoffprodukte hergestellt werden die in Bereichen eingesetzt werden können, in denen der Einsatz von reinen Kunststoffen undenkbar wäre. Die Qualität des Endproduktes wird jedoch nicht nur durch die Additive bestimmt, auch der Verarbeitungsprozess spielt dabei eine sehr wesentliche Rolle.

Im Anschluss an die Aufschmelzzone der Extrusionsschnecke (siehe dazu auch den Beitrag zum Thema Extrusionsschnecken) folgt die eigentliche Meteringzone des Extruders, dessen Aufgabe die Homogenisierung der Schmelze sowie das Ausgleichen von Druck- und Förderschwankungen ist. Zudem werden in der Meteringzone ggf. noch vorhandene Granulatkörner aufgeschmolzen. Zur Optimierung dieser Wirkung werden im Anschluss an die Meteringzone häufig dynamische Mischteile eingesetzt, die Bestandteil der Schnecke sind und somit mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit rotieren und die Durchmischung der Schmelze verbessern.

Am Markt existieren unterschiedlichste geometrische Formen an Mischteilen, wobei die verschiedenen Mischteile grob in zwei Kategorien eingeteilt werden können, die die Wirkungsweise des Mischteils beschreibt. Es wird unterschieden in zerteilendes (dispersives) und verteilendes (distributives) Mischen.

Beim dispersiven Mischen werden größere Anhäufungen einer Kompoente (sogenannte Agglomerate) zerteilt. So entstehen aus wenigen großen Agglomeraten viele einzelne Partikel, die in der Dimension deutlich kleiner sind. Hierzu ist es notwendig, dass äußere Kräfte auf die Agglomerate wirken, welche größer sind als die Bindungskräfte zwischen den Atomen und Molekülen des Agglomerates. Dazu werden Mischteile eingesetzt, die in der Schmelze ein Dehn- und Schubspannungsfeld erzeugen. Durch die Krafteinwirkung brechen die Agglomerate auf und es entstehen Einzelpartikel, die später besser in der Gesamtmatrix verteilt werden können.

Dispersives Mischen (zerteilendes Mischen)

Sofern eine zerteilende Wirkung erreicht werden soll, ist es hilfreich ein möglichst hohes Schub- und Dehnspannungsfeld in der Schmelze zu erzeugen. Dies kann durch den Einsatz von Schermischteilen, beispielsweise dem häufig eingesetzten „Wendelschermischer“ erreicht werden. Durch die engen Spalte entsteht eine hohe Scherung des Materials, wodurch Agglomerate aufgebrochen werden können, aber auch Molekülketten zerschlagen bzw. getrennt werden können.

 

Distrbutives Mischen (verteilendes Mischen)

Das distributive oder verteilende Mischen wird meist dann eingesetzt, wenn keine Agglomerate mehr vorhanden sind oder die Partikelgröße der miteinander zu vermischenden Komponenten bereits die Sollgröße erreicht hat. In den meisten Fällen werden die distributiven Mischteile somit nach den dispersiv wirkenden Mischteilen eingesetzt. Die Aufgabe des Distributivmixers ist es dann, eine Oberflächenvergrößerung und eine Umlagerung von Partikeln zu erreichen, so dass eine gute Verteilung realisiert werden kann. Zur Verteilung werden häufig Rautenmischer oder Zahnscheinbenmischer eingesetzt.

Insgesamt lassen sich Mischteile oft nicht vollständig einer der beiden Kategorien zuordnen, da die meisten Mischteile sowohl eine dispersive als auch eine distributive Wirkung besitzen. Tendenziell sind jedoch Mischteile (auch Scherteile genannt) die von der Geometrie her ähnlich einer Schnecke gestaltet sind den scherenden, dispersiv wirkenden Mischteilen zuzuordnen und die Mischteile die über einzelne Stifte verfügen den distributiv wirkenden Mischteilen zuzuordnen.

Aus eigener Erfahrung sowie aus der Befragung verschiedener Experten der Branche (u.a. Prof. Dr. Johannes Wortberg, Dr. Chris Rauwendaal) kann ich behaupten, dass der Einsatz von Mischteilen (z.B. Wendelschermischteilen) in mehr als 95% der Fälle eine Verbesserung der Schmelzequalität hervorruft. Lediglich in den Fällen in denen das Material (z.B. aufgrund sehr hoher Durchsätze auf kleinen Anlagen) bereits zu stark geschert wird oder das Material extrem schersensitiv ist, zeigen Mischteile negative Auswirkungen.

Tendenziell geht der Trend eindeutig in Richtung des vermehrten Einsatzes von Mischteilen, was insbesondere auch mit den immer höheren zu erreichenden Durchsätzen und gewünschten Produktqualitäten zusammenhängt.

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