Extrusion 1-2018

Für die Ermittlung der erforderlichen Verjüngung tap wurden experimentelle Versuche ohne den Einsatz einer Kühlhülse bei einer Langhalsfahrweise durchgeführt. Die Langhalsfahrweise wurde gewählt, um die Form des Schmelzeschlauches im Be- reich über dem Kühlring ähnlich der Form bei Verwendung der Kühlhülse zu halten. Während der Versuche wurde der Schmel- zeschlauch von Düsenspaltaustritt aus fotografiert und nach- träglich optisch vermessen. Als Referenz zur Ermittlung von tap diente das PE-LD, bei welchem sich ein ideales tap von 3 % er- gab [6]. Der Schmelzeschlauch wurde entsprechend links vermessen. Die Aufweitung des Folienschlauches ist über den Winkel α de- finiert. Aufgrund materialseitiger Unterschiede im Schwellver- halten ergeben sich verschiedene α . Die sich für die unter- schiedlichen Materialien ergebenden Winkel α sind in rechts dargestellt. Um eine zu starke Kompression des Schmel- zeschlauches zu verhindern, hat eine größere Aufweitung α ein reduziertes tap zur Folge. Für das PP ergibt sich ein maximaler Aufweitungswinkel von circa 8,2 %, welcher nahezu doppelt so groß ist wie der Winkel des PE-LD. Entsprechend dieser Ver- dopplung reduziert sich die Verjüngung um die Hälfte auf einen Wert von tap = 1,6 %. Die entsprechenden Verjüngen tap sind in zusammengefasst. Aufgrund dieser sich ergebenden geringen Unterschiede in der Verjüngung wurden für alle Materialien Versuche mit der 45 mm hohen Kühlhülse und entsprechendem tap = 3 % durchgeführt. Die Ergebnisse sind in dargestellt. Bei allen Materialien lag der Schmelzeschlauch in Umfangsrichtung an der Kühlhülse an, ohne dabei durch eine zu hohe Kompression Faltenbildung hervorzurufen. Die Streifen bei dem PE-LLD las- sen Falten erahnen, jedoch lag der Schmelzeschlauch auch hier stets homogen an der Kühlhülse an. Mit Hilfe der Simulation und der optischen Vermessung des Schmelzeschlauches konnte somit insgesamt eine im unter- suchten Materialspektrum konstante Kühlhülsengeometrie mit einer Länge von 45 mm und einer Verjüngung von 3 % identi- fiziert werden. Vergleich der Blasfolienextrusion mit konventioneller und Kühlhülsenkühlung Der Einsatz der Kontaktkühlhülse verfolgt primär das Ziel, den Massedurchsatz einer bestehenden Blasfolienextrusionsanlage zu erhöhen. Zur Bewertung der erreichbaren Durchsatzsteige- rungen wurden bei gleicher Frostlinienhöhe H FL und konstanter Kühlringgebläseleistung P K jeweils mit und ohne Kontaktkühl- hülse die maximal möglichen Massedurchsätze ermittelt. Die Versuche werden an einer Blasfolienanlage der Firma Kuhne, Sankt Augustin, durchgeführt. zeigt den Einfluss der Kühlhülsentemperatur und der Fo- liendicke auf die sich ergebende Massedurchsatzsteigerung. Es wird deutlich, dass besonders bei einer geringeren Foliendicke der Einsatz einer Kontaktkühlung zu einer erhöhten Durchsatz- steigerung führt, obwohl die dünnere Folie absolut gesehen ei- nen höheren Massedurchsatz ermöglicht und somit eine gerin- gere Kontaktdauer mit der Kontaktkühlfläche aufweist. Der Grund dafür liegt in der Wärmeleitung innerhalb der Folie, wel- che einen begrenzenden Faktor für die Effektivität der Kontakt- kühlhülse darstellt. Somit werden bei dicken Folien vornehm- lich die äußeren Schichten herabgekühlt, die Folieninnenseiten behalten ihre hohe Temperatur und leiten die Wärme im Be- reich der Schlauchbildungszone wieder an die bereits kühleren Außenschichten. Dies ist auch der Grund, weshalb eine Redu- Bild 4: Kontinuierlicher Kontakt zwischen Schmelze und Kühlhülseninnenfläche für verschiedene Kunststoffe für H = 45 mm und tap = 3 % Bild 5: Einfluss der Kühlhülsentemperatur und Foliendicke auf die Massedurchsatzsteigerung für ein PE-HD FO 4660 bei einem Aufblasverhältnis BUR = 3,58 und einer Schmelzetemperatur T S = 230 °C Bild 3: Optische Vermessung des Schmelzeschlauches in Abhängigkeit des verwendeten Materials Material Aufweitung α [%] resultierende Verjüngung tap [%] PE-LD (310 E) 4,3 3 PE-LLD (VM001) 5,8 2,2 PE-HD (FO 4660) 6,8 1,9 PP (310 D) 8,2 1,6 Tabelle 2: Verjüngung der Kühlhülse für verschiedene Kunststoffe 44 Aus der Forschung – Blasfolienextrusion Extrusion 1/2018