Compoundier-Technologie für Duroplaste

Die Werkstoffgruppe der Duroplaste, auch Duromere genannt, sind Kunststoffe, die nach ihrer Aushärtung nicht mehr verformt werden können. Sie stellen damit eine von drei Gruppen dar, nach der Polymere eingeteilt werden können: Es wird je nach Vernetzungsgrad der Makromolekülketten in Thermoplaste, Elastomere oder eben Duroplaste unterschieden. Wobei die Thermoplaste keine Vernetzungsstellen aufweisen und daher aufschmelzbar sind, können Elastomere und Duroplaste aufgrund ihrer Vernetzung nicht aufgeschmolzen werden und zerfallen nach Überschreiten der Zersetzungstemperatur (Pyrolyse). Der Duroplast Bakelit, ein Phenoplast, gilt am Anfang des 20.Jahrhunderts als erster industriell hergestellter Kunststoff.

Duroplaste sind harte, glasartige Polymerwerkstoffe, die über chemische Hauptvalenzbindungen dreidimensional fest vernetzt sind. Die Vernetzung erfolgt beim Mischen von Vorprodukten mit Verzweigungsstellen und wird entweder bei Raumtemperatur mit Hilfe von Katalysatoren chemisch oder bei hohen Temperaturen thermisch aktiviert. Die hohe Vernetzungsdichte stellt hohe Anforderungen an die Compoundier-Technologie für wärmehärtenden Kunststoff. Sie ist verantwortlich für die sehr hohe thermomechanische Festigkeit, exzellente elektrische Eigenschaften und die ausserordentliche Chemikalienbeständigkeit.

Typische Anwendungen

Aus diesen Eigenschaftsprofilen definieren sich die entsprechenden Anwendungsfelder für die Compoundier-Technologie. So werden Hochleistungsduroplaste in der Automobilindustrie beispielsweise für technische Teile im Motorenraum oder den Antriebssträngen eingesetzt, wo deren Temperaturbeständigkeit unter grosser Belastung besonders geschätzt wird. In der Elektrotechnik sind die Kombination aus Isolationseigenschaften, das vorteilhafte Brandverhalten wie auch die Formbeständigkeit die Gründe für deren Nutzung. Die gute Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl an Medien und Flüssigkeiten macht Duroplaste zu einer geschätzten Wahl für sowohl Lebensmittel- wie auch Chemie-Anwendungen.

Anforderungen an die Compoundierung von Duroplasten

Der Aufbereitungsschritt für Duroplaste erfolgt mit den polymeren Vorprodukten, Verstärkungsfasern aus Glas oder Carbon, Füllstoffen oder auch Naturfasern. Die vielen Fällen kommen die entsprechenden Reaktionssysteme für die finale Vernetzung ebenfalls noch dazu. Neben dem schonenden Einarbeiten der Zuschlagstoffe ist das Einhalten der absoluten Temperaturgrenze unterhalb der Vernetzungstemperatur die zentrale Anforderung. Dies gelingt mit der BUSS Compoundier-Technologie und insbesondere mit dem BUSS Ko-Kneter aufgrund seines Arbeitsprinzips, bei dem nach jedem schonenden Scherzyklus eine Entspannungssequenz erfolgt, in hervorragender Weise. Die optimalen Prozesstemperaturen können jederzeit durch exakte Messung der Produkttemperatur über gebohrte Knetbolzen belegt werden. Maßgeschneiderte Werkstofflösungen sind verantwortlich für wirtschaftliche Standzeiten.

Die wirtschaftlichen Durchsätze und alle Vorteile der kontinuierlichen Produktionsweise, wie äußerst konstante und nachvollziehbare Produktqualität, hoher Ausnutzungsgrad und Verfügbarkeit der Anlagen runden die exzellente Eignung der BUSS Ko-Kneter Technologie ab. Die Produkte werden nach dem Aufbereitungsschritt ausgewalzt und gebrochen. Für einige Produktgruppen wie Phenoplaste und Melaminharze ist auch eine Heißgranulierung möglich. Dies führt zu weiteren Produktivitätsvorteilen gegenüber alternativen Aufbereitungsmethoden.

Ergänzt durch die breit abgestützte BUSS Compounier-Verfahrensexpertise ist der BUSS Ko-Kneter die erste Wahl für das kontinuierliche Compoundieren von Duroplasten. Die große Anzahl von installierten Anlagen im Feld zeugt seit langem davon.

Schwarze technische Komponenten aus wärmehärtendem Kunststoff, die in Antriebssträngen wegen ihrer Hitzebeständigkeit eingesetzt werden.

Typisches Compoundier-Anlagenlayout für Duroplaste

Typischer Anlagenaufbau für die Duroplast-Compoundiertechnik

BUSS Compoundiersysteme bieten folgende spezifische Vorteile

  • Niedrige Prozesstemperaturen
    Die getrennte Ausführung  des Compoundierens im BUSS Ko-Kneter und des Druckaufbaus in der Austragseinheit erlaubt ein Aufbereiten bei niedrigen Drücken und tiefen Temperaturen. So kann durch die Konfiguration anwendungsspezifischer Schneckengeometrien in jeder Prozesszone ein optimiertes Temperaturprofil sichergestellt werden.

  • Gleichförmige, moderate Scherraten
    Gleichförmige Scherraten ermöglichen ein kontrolliertes Mischen bei tieferen Temperaturen, während nur die erforderliche Scherenergie für die anliegende Verfahrensaufgabe eingeleitet wird. Die enge Scherratenverteilung, im Vergleich zu alternativen Compoundier-Systemen, gewährleistet gleichförmige Scherverläufe für jedes einzelne Partikel. Dies führt zu einer hochwertigen Aufbereitung bei geringerer Energieeinleitung.

  • Präzise Temperaturführung
    Der BUSS Ko-Kneter erlaubt eine präzise Temperaturführung aufgund einer kontrollierten Energieeinleitung und gleichförmigen, moderaten Scherraten, sowie deren Temperaturüberwachung durch Thermoelemente, die in von Polymer umgebenen, hohlgebohrten Knetbolzen an relevanten Positionen entlang des Verfahrensteils montiert sind.

  • Intensives Mischen bei tiefem spezifischem Energieeintrag
    Mehrflügelige BUSS Compounder der neusten Generation erzielen ein höhere Mischwirkung bei einem um insgesamt 15–40 % niedrigeren spezifischen Energieeintrag. Dies liegt an einer höheren Zahl an Mischzyklen, die optimal auf die jeweiligen Prozesszone abgestimmt ist. Die zum Aufschmelzen erforderliche Energie wird nahezu ausschließlich mechanisch (dissipativ) als Scherenergie eingeleitet.

  • Intensives distributives Mischen
    Die BUSS Compoundier-Technologie mit dem einzigartigen BUSS Ko-Kneter gewährleistet ein intensives verteilendes Mischen, da die Überlagerung von Rotation und Axialbewegung der Misch- und Knetschnecke Dehnströmungen bewirkt sowie eine grosse Anzahl an Scheroberflächen und dabei ein kanalübergreifendes Mischen erzeugt.

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