Statische Mischer zur Schmelzehomogenisierung werden im Spritzgießprozess eingesetzt. Insbesondere beim Einfärben mit Masterbatch helfen sogenannte Mischdüsen Farbschlieren zu vermeiden und die optische Qualität der Spritzgieß-Artikel zu verbessern. Die Mischdüse schließt die Farbpigment-Agglomerate auf und verteilt diese homogen in der Schmelze.

Unabhängig vom Spritzgießmaschinen-Typ und je nach Farbzusatz und Anforderungen kann der Verbrauch von Masterbach oder Flüssigfarben damit um 15 bis 25 Prozent reduziert werden. Der in der Einspritzdüse integrierte statische Mischer homogenisiert neben den enthaltenen Additiven auch Temperatur, Viskositäten und Fließgeschwindigkeiten der Schmelze über den ganzen Einspritzzyklus. Durch die günstigere Verteilung der Temperatur- und Fließgeschwindigkeit können Maßtoleranzen verbessert und Oberflächeneffekte wie matte oder glänzende Stellen vermieden werden. Desweiteren lassen sich Heißkanalsysteme bei homogener Schmelzetemperatur besser ausbalancieren. Da es sich beim Spritzgießen um einen diskontinuierlichen Prozess handelt, ist die Verweilzeit der Schmelze im Schneckenzylinder unterschiedlich.

Der Aufschmelzvorgang setzt sich zusammen aus der äußeren Zylinderbeheizung und der Energiedissipation der rotierenden Schnecke im Plastifizierzylinder. Diese beiden Effekte führen dazu, dass die Schmelze sowohl über den Querschnitt wie auch über den Einspritzhub ein Temperaturprofil aufweist. Unterschiedliche Temperaturen bedeuten unterschiedliche Viskositäten und Fließverhalten.

Je nach Bauteil und Polymertyp kann durch eine ausgeglichene Temperaturverteilung die Massetemperatur abgesenkt werden, was die Energieeffizienz erhöht und zu schnelleren Abkühlzeiten führt. Auch die Farbtöne werden von den Prozessbedingungen wie Temperatur, Staudruck oder Schneckendrehzahl beeinflusst. Farbschlieren im Bauteil können teilweise durch Erhöhen des Staudruckes und durch eine höhere Masterbatchmenge kompensiert werden. Dies führt jedoch zu erhöhten Additivkosten und je nach Polymertyp zu verkürzter Lebensdauer der Plastifizierschnecke. Alternativ können bei Schmelze-Inhomogenitäten auch Misch-Schnecken eingesetzt werden, jedoch ergeben sich gegenüber statischen Mischern verfahrenstechnische Nachteile.

So hängt die Mischqualität von der Schneckendrehzahl und vom Staudruck ab. Das Aufschließen von Farbagglomeraten ist in einer Misch-Schnecke nur bedingt möglich, da der Schereintrag zwar punktuell sehr hoch, aber im Gegensatz zu einem statischen Mischer sehr ungleichmäßig und dadurch weniger effektiv ist. Der Mischteil einer Schnecke geht auch immer zu Lasten der wirksamen Schneckenlänge, sodass für das Plastifizieren weniger Verfahrenslänge bleibt.

Mischerdesign und Auslegung

Ein falsch dimensionierter Mischer kann zu signifikant erhöhtem Druckverbrauch führen oder ein Zersetzen des Polymers initiieren. Ein auf den jeweiligen Anwendungsfall ausgelegter Statikmischer sollte einen zusätzlichen Druckverlust von etwa 10 bis 15 Prozent des Einspritzdruckes nicht überschreiten. Neben dem minimal einzuhaltenden Druckverlust nehmen auch die Mischergeometrie und das Selbstreinigungsverhalten der Düse Einfluss auf die Qualität des Spritzlings. Grundsätzlich müssen statische Mischer zur Reinigung nicht ausgebaut werden. Diese erfolgt idealerweise inline durch das nachströmende Polymer. Der Mischer muss beim Einspritzvorgang andauernden Wechselbelastungen von bis zu einigen 100 bar standhalten. Dies ist auf Dauer nur möglich, wenn Werkstoffwahl, Geometrie und Auslegung optimal aufeinander abgestimmt sind. Einer fortlaufenden sorgfältigen Qualitätssicherung kommt eine entsprechend wichtige Bedeutung zu. Bei qualitativ hochwertigen Mischern, richtiger Auslegung und korrektem Gebrauch sind keine Ersatzteile nötig. Selbst beim Verwenden von abrasiven Füllstoffen können bei richtiger Werkstoffwahl Standzeiten von mehreren Jahren erreicht werden.

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Über den Autor

Rolf Heusser ist CEO bei Promix Solutions. r.heusser@promix-solutions.com