EKT 10. Verarbeitungsverfahren: Extrusion

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Author:
Thorsten662
ID:
295648
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EKT 10. Verarbeitungsverfahren: Extrusion
Updated:
2015-02-12 05:28:05
Tags:
Kunststofftechnik Extrusion
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Fragen zum 10. Kapitel aus dem Skript zur Vorlesung "Einführung in die Kunststofftechnik" an der TU Darmstadt.
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  1. Welche Arten von Fertigungsverfahren für Kunststoffe gibt es? Wozu gehört das Extrudieren?
    • kontinuierlich: Extrusion
    • diskontinuierlich: Spritzgießen
  2. Beschreiben Sie das Verfahren der Extrusion?
    • Beim Extrudieren wird eine plastisch verformbare Masse aus einer Düse (Extrusionswerkzeug) gepresst, welche dem Extrudat die für die spätere Anwendung gewünschte Querschnittsform gibt.
    • Das Extrudat wird durch Abkühlen, Aushärten in Wärme, Trocknen, chemische Umwandlungen in Flüssigkeitsbädern u.a. in den festen Zustand überführt.
    • Thermoplaste, Elastomere, Duroplaste, hochviskose Lösungen, reaktionsfähige Mischungen u.a. sind verarbeitbar.
    • Extrudieren ist das wichtigste Verfahren zur Halbzeugherstellung (Rohre, Platten, Profile, Folien, u.ä.) aus thermoplastischen Kunststoffen und von überragender Bedeutung für die kontinuierliche Aufbereitung von Kunststoffmassen.
  3. Nennen Sie einige Meilensteine in der historischen Entwicklung der Extrusion.
    • 19. Jahrhundert: Herstellung von Kabelummantelungen aus Naturkautschuk, Entwicklung von Schneckenpressen (heute: Schneckenextruder) zur Herstellung von Schläuchen und Profilen aus Kautschukmischungen (Schneckenlängen: 3d < l < 5d, Werkstoff: vorplastifizierte Mischung)
    • 1935 - 1950: Entwicklung von Schneckenpressen, in denen die als Feststoff zugeführte Formmasse durch Scherung im Schneckenkanal und durch Wärmezufuhr von außen plastifiziert wurde. (überwiegende Verarbeitung von Duroplasten zu Rohren und Profilen)
    • 1950 - 1965: Signifikante Durchsatzsteigerungen durch höhere Drehzahlen und größere Schneckenlängen (20-25d), Standardschnecken für verschiedene Thermoplaste, Entwicklung von Doppelschneckenknetern im Baukastensystem, Erste Ansätze zur Analyse der Verfahrensschritte
    • 1965 - 1980: Systematische Analyse von Extrudern mit konsequenter Trennung der Funktionszonen, Weiter Durchsatzsteigerungen durch Einführung der förderwirksamen Einzugszone, Entwicklung von Scher- und Mischteilen zur Verbesserung der Schmelzehomogenität
    • 1980 - heute: Schneckenoptimierung in Bezug auf Druck, Durchsatz und Homogenität
  4. Klassifizieren und beschreiben Sie die unterschiedlichen Extruder aus verfahrenstechnischer Sicht.
    • Plastifizierextruder: (am einfachsten und weitesten verbreitet)
    • feste Formmassen werden in den Schmelzezustand überführt
    • Wärmeenergie durch mechanische Arbeit
    • Schmelzeextruder: (häufig in der chem. Industrie, da Schmelze durch Polymerisation bereits vorhanden)
    • Material wird als Schmelze zugeführt
    • Entgasungsextruder:
    • flüchtige Bestandteile (Abbauprodukte etc.) werden über Entgasungsdome aus dem Extrudierzylinder entfernt (FOGGING - niedermolekulare Bestandteile schwitzen aus)
    • Begasungsextruder: (z.B. Schaumstoffherstellung)
    • physikalische Treibmittel werden der Schmelze über eine Dosiereinheit unter Druck zugegeben
    • Compoundierextruder:
    • Extruder mit speziellen Scher-, Knet- und Mischelementen für die kontinuierliche Aufbereitung (z.B. Füllen, Verstärken, Blenden) von Kunststoffen
    • Reaktorextruder:
    • chemische Reaktion (z.B. zur Modifikation des Polymers) wird im Extruder durchgeführt (reaktive Extrusion)
    • sehr große Schneckenlängen! (l=ca.56d)
  5. Klassifizieren Sie die unterschiedlichen Extruder aus konstruktiver Sicht.
    • Einschneckenextruder (ESE): z.B. Plastifizierextruder
    • Doppelschneckenextruder (DSE): gegenläufige oder gleichläufige (Compoundierextr., Reaktorextr.)
    • Extruder mit mehr als zwei Schnecken: Planetwalzenextruder, Mehrwellige Extrudersysteme
    • Schneckenlose Extruder: Zahnradpumpen, Kolbenextruder, Walzenextruder, Scheibenextruder
  6. Zeichnen und beschriften Sie den schematischen Aufbau eines Einschneckenextruders.
  7. Was sind die technischen Anforderungen an Plastifizierextruder?
    • hoher und konstanter (pulsationsfreier) Massedurchsatz: -> konstante Extrudatdicken
    • schonende Plastifizierung: -> möglichst geringe Materialveränderungen
    • hohe Schmelzehomogenität: thermisch und stofflich
    • niedrige Schmelzetemperaturen: Durchsatz durch Kühlmöglichkeiten begrenzt!
    • geringe spezifische Leistungen: Wärme muss über Zylinder abgeführt werden -> geringer energetischer Wirkungsgrad
    • große Verabeitungsbandbreite: großes Materialspektrum (z.B. Herstellung von PA- und PP-Rohren in Universalschnecken)
  8. Nennen Sie einige Merkmale einer Schecke.
    • Gängige Schneckenabmessungen: l=20-30d
    • Gangtiefen: Bestimmen das Kompressionsverhältnis, sind für Verdichtung der Kunststoffformmasse beim Übergang in den Schmelzezustand notwendig. Verhältnis oft 1:2 oder 1:3 (Einzugszone/Ausstoßzone)
    • Stegbreite e, Steigung t, Steigungswinkel φ: werden der Größe der Schnecke angepasst (i.d.R. t=d, e=0,1d)
    • Schneckenspiel δ: Schnecke schwimmt in der Kunststoffschmelze
  9. Wie sieht ein Anlagenkonzept zur Rohrextrusion aus?
  10. Erläutern Sie das Dornhaltewerzeug bei der Rohrextrusion.
  11. Welche wichtige Funktion erfüllt der Wendelverteiler bei der Rohrextrusion? Welche Anforderungen werden an ihn gestellt? Beschriften Sie den abgebildeten 5-Schicht Wendelverteiler.
    • Funktion: Herstellung von Mehrschichtrohr
    • Anforderungen: geringst mögliche Druckverluste, gleichmäßige Beanspruchung der Schmelze, Gestaltung der Fließkanäle ohne Stagnationszonen, geringe Verweilzeit der Schmelze im Werkzeug, effiziente Materialwechsel, betriebspunktunabhängige Auslegung
    • Abbildung: A Hauptschmelzestrom Außenschicht, B-D Schmelzeschicht II-IV, E innere Schmelzeschicht, 1 Mundstück, 2a und 2b Schmelzezusammenführung, 3 Wendelverteilerdorn, 4 Schmelzezusammenführung
  12. Erläutern Sie die Druckluft- und Vakuum-Kalibriereinrichtung der Rohrextrusion anhand der Skizzen.
    • Druckluft-Kalibriereinrichtung:
    • Vakuum-Kalibriereinrichtung:
  13. Beschriften Sie den schematischen Aufbau einer Folienblasanlage.

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