Mit welcher Technologie Kunststoffe zu Mahlgut zerkleinert werden

Die größte Menge an Polymeren wird durch Umformen in die gewünschte Gestalt gebracht, seien es Fäden, Folien, Profile oder Formteile. Neben Spritzguss, Extrusion oder Folienherstellung über Kalander oder Folienblasanlagen beziehungsweise Reckanlagen hat sich die additive Fertigung immer stärker etabliert. Neben Filamenten und Harzen kommen hier vor allem Pulver mit einer definierten Kornverteilung zum Einsatz. Diese pulverförmigen Rohstoffe werden in den meisten Fällen durch das mechanische Zerkleinern erzeugt. In Prallmühlen sorgen hochintensive, aber extrem kurze Schlagimpulse für die Zerkleinerungswirkung. In den vergangenen 35 Jahren wurden durch Netzsch eine Vielzahl an verschiedenen Kunststoffen und Polymeren zerkleinert, gemahlen oder gesichtet. Neben physikalischen und chemischen Eigenschaften unterscheiden sich die Kunststoffe noch in der Struktur, so wird in teilkristalline und amorphe Polymere unterschieden. Kunststoffe haben zerkleinerungstechnisch zwei interessante Temperaturbereiche: die Glasübergangstemperatur sowie die Schmelztemperatur respektive Zersetzungstemperatur. Jeder der industriell genutzten Mahlprozesse führt durch die zugeführte Zerkleinerungsenergie zu einem Temperaturanstieg des Mahlgutes. Beim Prallzerkleinern ist der Temperaturanstieg durch die kurze Einwirkzeit an den Partikeln einerseits und andererseits durch die kühlende Wirkung des in den Maschinen bewegten Gases (zumeist Luft) sehr niedrig. Dadurch wird die Schmelztemperatur beziehungsweise die Zersetzungstemperatur in den meisten Fällen nicht erreicht.

Die Glasübergangstemperatur beschreibt die starke Änderung des Elastizitätsmoduls des entsprechenden Polymers. Sprich, unterhalb dieser Temperatur ist der entsprechende Kunststoff spröde und kann somit leichter zerkleinert werden. Vor allem Thermoplaste zeigen dieses Verhalten, weshalb hier besonders auf den Temperaturverlauf während des Zerkleinerns zu achten ist. Die Glasübergangstemperatur lässt sich einfach mit der DSC-Methode bestimmen. Eine derartige Gerätereihe bietet Netzsch Gerätebau an. Der Energieeintrag beim Zerkleinern führt zu einem Temperaturanstieg, da ein Teil der eingetragenen Energie in Wärme umgewandelt wird. Damit die Glasübergangstemperatur nicht überschritten wird, kann entweder mit Kühlung über Wärmetauscher im Kreisgasbetrieb oder mittels flüssigem Stickstoff beim Kryogenvermahlen die gewünschte Temperatur eingestellt und kontrolliert werden. Beim Kryogenvermahlen lassen sich Temperaturen im Bereich von 10 bis 100 °C einstellen. Im Kreisgasbetrieb ist ein Temperaturbereich von 5 bis 25 °C realisierbar. Die Eigenschaften der jeweiligen Kunststoffe bestimmen die Wahl des Temperaturbereiches für die Vermahlung und haben damit eine enorme Bedeutung für einen wirtschaftlichen Zerkleinerungsprozess. Da selten das reine Polymer zum Einsatz kommt, hat die Rezeptur des Compounds oder Copolymers Einfluss auf die Zerkleinerung. Um solche Zerkleinerungsprozesse in der definierten Qualität mit einer hohen Ausbeute zu betreiben, ist viel Erfahrung und Wissen notwendig. Bei Netzsch Lohnmahltechnik ist nicht nur das Wissen vorhanden, sondern wird auch auf ein breites Portfolio an Maschinen und Systemen zurückgegriffen.

Viele Aufgabenstellungen aus den oben exemplarisch beschriebenen Materialien lassen sich mit der Baureihe Condux umsetzen. Die Wahl des Temperaturbereiches entscheidet über die Zerkleinerungseigenschaften und somit über die spezifische Mahlenergie. Mit der Auswahl der Mahlausrüstung wird die Zerkleinerungswirkung – sprich, die Kornverteilung des Mahlgutes bestimmt. Hinsichtlich der Ausrüstung kommen beim Kunststoffmahlen in der Regel ein Gebläserotor mit Sieb, Riffelmahlscheiben sowie Stiftscheiben zum Einsatz. Beim Gebläserotor wird das Mahlgut zentrisch aufgegeben und durch die Fliehkraft zu den Schaufeln des Gebläserotors gefördert. Dort erfolgen mehrfache Schlagimpulse durch Schaufelkontakt und nach Verlassen des Rotors durch Impuls mit dem am Umfang befindlichen Sieb. Sind Riffelmahlscheiben eingebaut, gelangt das Mahlgut ebenfalls zentral in die Mühle. Die Riffelmahlscheiben sind mit scharfkantigen Mahlzähnen versehen und so gestaltet, dass sich radial ein sich zum Umfang hin verengender Spalt ergibt. Das Mahlgut wird durch die Zentrifugalkraft in den Spalt hineingezwungen und dort durch die scharfkantigen Mahlzähne in einer Mischung aus Prall- und Schneidzerkleinerung gemahlen. Das Einstellen der Mahlfeinheit beim Verwenden der Stiftscheiben erfolgt hauptsächlich durch das Ändern der Umfangsgeschwindigkeit. Mit maximalen Umfangsgeschwindigkeiten von bis zu 150 m/s entsteht eine hohe Anzahl an großen Impulskräften. Durch zwei gegensinnig rotierende Stiftscheiben wird der Effekt mit maximal 250 m/s noch deutlich gesteigert.

Das Bild 2 zeigt die spezifische Mahlenergie für verschiedene Kunststoffe über der Mahlfeinheit. Hier wird ersichtlich, dass Hochleistungsthermoplaste mit relativ geringer spezifischer Mahlenergie zerkleinert werden können. Es ergibt sich eine zunehmende Mahlenergie von Hochleistungsthermoplasten über technische Thermoplaste zu Standardthermoplasten. Die in Bild 2 dargestellten Korngrößenbereiche beziehen sich auf die Prallmühle Condux. Bei wesentlich feineren Anforderungen wird die Sichtermühle CSM oder die Strahlmühle CGS eingesetzt. Für das wirtschaftliche Zerkleinern der gewünschten Endfeinheit kommt es somit auf die Mühle mit den optimalen Zerkleinerungswerkzeugen und die Auswahl der geeigneten Temperatur während des Mahlens an. Das Unternehmen kann aufgrund der Vielzahl der unterschiedlichen verarbeiteten Kunststoffe auf reichlich Erfahrung zurückgreifen. Zudem bietet der Service der Lohnmahlung die Möglichkeit, kleinere oder größere Mengen an erforderlichen Kunststoffen zeitnah zerkleinern zu lassen, ohne selbst in Mahltechnologie zu investieren. Die Prozessverantwortung übernimmt das Unternehmen selbst und stellt somit sicher, dass das Zerkleinern mit den niedrigsten operativen Kosten – und damit wirtschaftlich – erfolgt.

Quelle: Netzsch