Extrusionsblasformen: Blick auf einen amorph beschichteten Fließkanal eines Extrusionsschlauchkopfs. Die strömungsfreundliche Oberflächenbeschichtung erleichtert den Schmelzefluss, sodass zäh anhaftende Masterbatch-Rückstände schneller ausgetragen werden können. (Bild: W. Müller)
Guido Knipp, Techniker bei dem Extrusionsschlauchkopf-Hersteller W. Müller Blow Molding Technology aus Troisdorf, kennt die Problematik genau: „Beim Extrusionsblasformen können im Extremfall Stunden vergehen, bis die Farbwechselprozedur abgeschlossen ist. Bei Behältern wie großvolumigen Kanistern können daher in ungünstigen Fällen allein wegen eines Farbwechsels mehrere Tonnen Produktionsabfall entstehen. Außerdem wird dadurch viel Energie verbraucht.“ Deshalb hat der Maschinenbauer dieser Problematik bei der Entwicklung von Extrusionsschlauchköpfen seit jeher hohe Aufmerksamkeit entgegen gebracht und die Gestaltung der Fließkanäle optimiert. „Dadurch spielten unsere Köpfe in Sachen Farbwechseltempo immer schon in der Spitzengruppe mit“, sagt Knipp
Aber die Zeit bleibt nicht stehen – auch die Farb-Masterbatches entwickeln sich weiter. „Das kann sich leider auch negativ auf die Farbwechsel-Zeiten auswirken“, erklärt Christian Müller, technischer Geschäftsführer des Familienunternehmens und Sohn des Unternehmensgründers. „Hier haben wir uns als technisch führender Anbieter von Hochleistungs-Extrusions-Schlauchköpfen in der Pflicht gesehen“, fährt Müller fort.
Strömungseigenschaften der Fließkanäle weiter verbessert
Wie diese Verbesserung des Fließkanals funktioniert, zeigt ein Blick auf die Vorgänge im Extrusionsschlauchkopf. Das Tempo des Farbwechsels beim Extrusionsblasformen hängt stark von der Beschaffenheit der Wände des Fließkanals ab. Wegen der direkten Reibung der Schmelzemoleküle an den Wänden fließt die Kunststoffschmelze im Inneren des Schmelzestroms immer schneller als an den Randbereichen, also in der Nähe der Fließkanalwand. Dadurch kann es längere Zeit dauern, bis auch die letzten Spuren des alten Masterbatches aus dem Schlauchkopf gespült sind. „Mit einer Spezialbeschichtung, die wir in Zusammenarbeit mit dem Oberflächenspezialisten Dreistegen aus Monschau entwickelt haben, konnten wir selbst für unsere hohen Maßstäbe nochmals einen weiteren Booster zünden“, erklärt Müller weiter: „Die neue Beschichtung an den Fließkanalwänden verringert die Wandreibung und beschleunigt so die Farbwechselzeiten.“
Farbwechselzeiten bei einem Zweifach-Blasformkopf mit amorpher Fließkanal-Beschichtung (grüne Balken) und mit den normalen, unbeschichteten Fließkanälen (blaue Balken) in einer realen Anwendung. Die Messwerte beruhen auf den versuchsbezogenen Parametern zur Schichtenaufteilung, der verwendeten Pigmente und weiteren Gegebenheiten. (Bildquelle: W. Müller)
Bei der Beschichtung handelt es sich um eine sogenannte amorphe Oberflächenstruktur, die in einem komplexen physikalischen Verfahren nach einer Plasma-Nitrierung der schmelzeführenden Bestandteile auf die Oberfläche der Fließkanäle aufgebracht wird. Diese Beschichtung führt dazu, dass die Kunststoffschmelze nun bis in die Randbereiche laminar fließt. Durch die strömungsfreundlichere Oberfläche werden bislang zäh anhaftende Masterbatch-Reste schneller als bisher ausgetragen beziehungsweise ausgespült. Die Betreiber von Blasformanlagen, die häufige Farbwechsel vornehmen müssen, können von diesen Beschichtungen also stark profitieren. Natürlich können die realen Einsparungen beim Kunden abweichen, da sie stark von den verwendeten Pigmenten abhängen.
So hat der Hersteller von Extrusions-Schlauchköpfen die Farbwechselzeiten an einem Zweifach-Kopf und Fließkanälen mit der amorphen Oberflächenbeschichtung und zum Vergleich dazu an dem Zweifachkopf mit normalen Fließkanälen gemessen, jeweils in einer Blasformanlage unter realen Bedingungen in einem echten Anwendungsfall (siehe Diagramm). Die Messwerte beruhen unter anderem auf den versuchsbezogenen Parametern zur Schichtenaufteilung, den verwendeten Pigmenten und weiteren Gegebenheiten. Bei diesen Versuchen verringerten sich die die Farbwechselzeiten von 16 auf 10 min, entsprechend 37,5 Prozent weniger Zeit, bis hin zu einer Verringerung von 22 auf 10 min, fast 55 Prozent Zeiteinsparung. In einem Fall, in dem von einem farblosen Kunststoff (ohne Pigmentzusatz) zu einem blauen Kunststoff gewechselt wurde, ergab sich allerdings kein Unterschied – der Farbwechsel war in beiden Fällen mit 10 min sehr schnell. „Die Farbwechselzeiten hängen stark von den jeweils verwendeten Pigmenten ab“, erklärt Müller: „Deshalb können die Einsparungen in anderen Fällen von der hier dargestellten Untersuchung abweichen. Aber die Resultate sprechen für sich. Und bei größeren Systemen sind die Material-Einsparungen naturgemäß noch erheblicher.“
