Extrusion 7-2022

zählten Pixel in Millimeter umgerechnet. Für die Auswertung der Wanddicke wurden die einzelnen Segmente mit einem Skalpell voneinander getrennt und jeweils einzeln abgewogen. Jedem Segment wurde der am Kamerabild aufgenommene und in Mat- lab vermessene Außendurchmesser zugeordnet. Zusätzlich zum lokalen Außendurchmesser und zum Gewicht der Segmente wird die Dichte des Materials bei der Verarbeitungstemperatur benötigt. Die Dichte wurde aus p-v-T- Diagrammen als der Kehr- wert des spezifischen Volumens abgelesen. Mit diesen Daten wurde der Innendurchmesser jedes Segments unter der An- nahme berechnet, dass jedes Vorformlingssegment ein ideal kreisrundes Rohr mit der Höhe ist. Unmittelbar aus dem Innen- und dem Außendurchmesser eines Segments kann die zugehö- rige Wanddicke bestimmt werden. Praktische Untersuchung der Vorformlingsextrusion Für die Untersuchung des Effektes der Vorformlingswanddicke auf die Temperaturverteilung wurden in neun Versuchspunkten Vorformlinge mit konstanter Spaltweite hergestellt. Die Spalt- weite wurde dabei von einem Grundspalt von 1,0 mm bis zu einem Grundspalt von 5,0 mm in 0,5 mm Schrittweite variiert. Die Versuche wurden bei einer Schmelzetemperatur von 180 °C und einer Zykluszeit von 30 s durchgeführt. Als Probenmaterial dient ein PE-HD vom Typ Lupolen 5021 DX, LyondellBasell, Rot- terdam, Niederlande. Der Kunststoff wurde mit 2 Gew. % Mas- terbatch vom Typ Polyblak 1850 der Firma A. Schulman GmbH, Kerpen, schwarz eingefärbt. Bild 2 zeigt die Wanddicke der hergestellten Vorformlinge mit einem Grundspalt von 1,0 mm bis 5,0 mm zum Zeitpunkt des Schließens der Form, die mittels Segmentierwerkzeug ermittelt wurden. Dabei ist das Segment 1 dem Blaskopf am nächsten und Segment 29 befindet sich am unteren Ende des Vorform- lings. Die Wanddicken variieren zwischen 0,85 mm und rund 3,40 mm und decken den typischen Wanddickenbereich für beispielsweise Verpackungsprodukte ab. Zu erkennen ist, dass die Wanddicken der Vorformlinge nach Düsenaustritt (Segment 1) nicht mit der eingestellten Spaltweite der Wanddickensteuerung überein- stimmen. Dies liegt an der konischen Ausführung von Düse und Dorn. Eine Verstellung der Spaltweite um 0,5 mm führt zu einer Veränderung der Vorformlingswanddicke um etwa 0,2 mm. Die- ser Zusammenhang wird beispielsweise in [Lan99] beschrieben. Außerdem ist zu erkennen, dass die Vorformlingswanddicke trotz konstanter Spaltweite mit zunehmender Länge um bis zu 0,8 mm zunimmt. Hier bewirkt unter anderem die Gewichtskraft des Vorformlings eine Auslängung der später extrudierten Seg- mente. Bild 3 stellt die mittels Infrarotkamera bestimmte Temperatur- verteilung der Vorformlinge zum Zeitpunkt des Schließens der Form dar. Der Verlauf repräsentiert die Schmelztemperatur ge- messen in Extrusionsrichtung. Zu erkennen ist, dass der Vorformlinge mit zunehmender Länge von 175 °C nach Austritt aus dem Blaskopf auf 140 bis 160 °C abkühlt. Eine zunehmende Vorformlingswanddicke führt zu einem niedrigeren Abkühlgradienten. Da die Wanddicke der Vorformlinge über der Länge größer wird, kann ein direkter Zu- sammenhang zwischen Wanddicke und Temperatur nicht abge- lesen werden. In Bild 4 ist daher die Vorformlingswanddicke und die Tempera- turdifferenz zwischen initialer Schmelze- und vor Schließen der Form per Thermographie erfassten Temperatur bei verschiede- nen Segmentzahlen, aufgetragen. Dies ermöglicht, das Abkühl- verhalten der Vorformlinge in Abhängigkeit von der Vorform- lingswanddicke und der Segmentzahl zu beurteilen. Bei geringer Segmentzahl, also kurzer Extrusionszeit, kühlen die Segmente um etwa 10 °C ab. Die Abkühlung des Vorformlings ist in diesem Bereich noch relativ unabhängig von der Wand- dicke und die Differenz zwischen dünnsten und dicksten Seg- ment beträgt nur etwa 2,0 °C. Je länger der Vorformling extrudiert ist, desto größer wird die Abkühlung, die im letzten Segment (#29) bis zu 42 °C beträgt. Auch der Effekt, dass ein dünner Vorformling schneller abkühlt als ein dicker Vorformling verstärkt sich mit zunehmender Segmentzahl. Bei Segment 25 beträgt die Differenz im Maximum 10,0 °C. Zu begründen sind die unterschiedlichen Abkühlraten durch das höhere Gewicht und somit Enthalpie bei dickwandigen Vorformlingen. Der Vor- formling tritt mit homogener Temperatur aus dem Blaskopf aus. Mit zunehmender Extrusionszeit kühlt der Vorformling durch Konvektions- und Strahlungsverluste an die Umgebung ab. Die Abkühlung durch Strahlung und natürliche Konvektion wird maßgeblich von der Temperaturdifferenz zur Umgebung beein- flusst. Da die Schmelzetemperatur für alle Wanddicken gleich ist, ist auch die anfängliche Abkühlung gleich. Dadurch ergibt sich ein Temperaturprofil über der Länge des Vorformlings. Die 29 Extrusion 7/2022 Bild 4: Temperaturdifferenz des Vorformlings in Abhängigkeit von der Segmentzahl 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Wanddicke [mm] Segment 1 Segment 20 Segment 5 Segment 25 Segment 10 Segment 29 Segment 15 Temperaturdifferenz [°C]