Compoundiertechnologie zur Herstellung von Fluorpolymeren

Die Fluorpolymere gehören ohne Zweifel zu den High-Performance Polymeren. Im Jahr 1938 wurde das Polymer Polytetrafluorethylen (PTFE) zufällig durch Plunkett bei DuPont entdeckt.

Die aussergewöhnlichen Eigenschaften von Fluorpolymeren wurden rasch erkannt und sind bis heute entscheidend für viele High-Tech Anwendungen. Neben ausnehmend guter chemischer Beständigkeit verfügen sie über exzellente elektrische und thermische Eigenschaften, sind schwer benetz- und entflammbar und weisen geringste Reibungskoeffizienten auf. Die meisten dieser Eigenschaften sind auf die in der Polymerkette vorhandenen Fluoratome zurückzuführen.

Fluor ist das elektronegativste und das reaktivste Nichtmetall im Periodensystem. Nach Wasserstoff weist Fluor den kleinsten Atomradius innerhalb der Elemente auf. Bei der Reaktion mit Kohlenstoff bildet sich eine extrem kurze und feste Bindung, welche die außergewöhnlichen Eigenschaften der Fluorpolymere bestimmt. Das Schliessen des Produktezyklus bei Fluorpolymeren erlaubt ein Up-Cycling auch von End-of-Life-Produkten.

Typische Anwendungen

Die Fluorpolymere lassen sich in die folgenden Untergruppen einteilen:

Der Anteil an PTFE beträgt etwa 52 % am Gesamtvolumen: PTFE lässt sich aufgrund der hohen Schmelzeviskosität nicht thermoplastisch verarbeiten. Die Fluorthermoplaste wie PVDF, PFA, FEP, etc. umfassen etwa 36 % des Volumens. Die breit gefächerte Produktgruppe der Fluor-Kautschuke (FKM), die sowohl die sogenannten Bipolymere wie auch die Terpolymere umfasst, bildet mit insgesamt 12 % die dritte Untergruppe.

Die beiden letztgenannten Produktgruppen werden durch den Compoundierschritt auf die jeweiligen Anwendungen hin massgeschneidert. PTFE-haltige Zuschlagstoffe können in Anwendungen wie Gleitlagern eine Rolle spielen.

Die Kombination von verfahrenstechnischer Expertise, den systemspezifischen Möglichkeiten des Buss Ko-Kneter wie auch dem Wissen um die metallurgische Ausgestaltung der Anlagen erlauben das Umsetzen von ausgeklügelten Lösungen: Dies reicht von unterschiedlichen Anteilen an leitfähigen Zuschlagstoffen über die Produktion im Reinraum für medizinische Anwendungen bis hin zur Verstärkung mit Glas- und Carbonfasern für höchste mechanischen Beanspruchungen.

Anforderungen an die Compoundierung

Die unmittelbar einsetzenden, schonenden Mischvorgänge und jeweiligen Relaxationsphasen führen zu exzellenten distributiven Mischergebnissen, bei optimaler Erhaltung der inneren Struktur der leitfähigen Materialien oder Länge der Fasern. Die moderaten Schergeschwindigkeiten des Buss Ko-Kneters sichern ein Fahren im zulässigen Operationsfenster ohne Temperaturspitzen, die bei alternativen Systemen zur Abspaltung von schädlichen Nebenprodukten führen könnte.

Die Designfreiheit des Systems ermöglicht zudem, spezifisch auf die sich erhöhenden Viskosität in den Verfahrenszonen mit gezielt gewählten Konfigurationen einzugehen. Dies erlaubt eine massgeschneiderte Steuerung und Kontrolle der Prozessbedingungen. Im zweistufigen System des Buss Ko-Kneters werden ausserdem das Compoundieren und der Druckaufbauschritt konsequent voneinander entkoppelt. So wird der Aufbereitungsschritt, unabhängig vom Druckaufbau, Filtrations- und Formgebungsschritt, auf bestmögliche Ergebnisse bezüglich Qualität und Durchsatz optimiert.

Die eingesetzte Compoundiertechnologie des Ko-Kneter macht Buss zum Technologieführer und idealen Partner in der Entwicklung und Kommerzialisierung von nachhaltigen Systemlösungen.

Typisches Anlagenlayout für Fluorpolymere

BUSS Compoundiersysteme bieten bei der Aufbereitung von Fluorpolymeren folgende spezifische Vorteile

  • Hohe Füllgrade erzielbar
    Die BUSS Technologie erlaubt Füllstoffanteile von bis zu 90%, durch das Aufteilen auf 2-3 Zuführpositionen, nutzen von Einspeiseorganen wie Seitenzuführschnecken, gravimetrischer Zuführung von Füllstoffen, Rückwärtsentlüftung und einer hervorragenden Fördereffizienz. Die moderaten Scherraten des Ko-Kneters erlauben eine mühelose Handhabung der hohen Viskositäten, die bei hohen Füllstoffgraden entstehen.

  • Geringere Beanspruchung von Polymer, Fasern und hochstrukturierten Füllstoffen
    Die moderaten Scherraten des BUSS Ko-Kneters gewährleisten eine kontrollierbare Scherung und niedrige Temperaturprofile und beanspruchen die Struktur von Fasern und hochstrukturierten Füllstoffen wie Russ deutlich weniger als andere Systeme. Dies führt zu besseren mechanischen und elektrischen Eigenschaften, verbessertem Fließverhalten und einem niedrigeren Verbrauch an teuren Additiven.

  • 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 Systemen, gewährleistet gleichförmige Scherverläufe für jedes einzelne Partikel. Dies führt zu einer hochwertigen Aufbereitung bei geringerer Energieeinleitung.

  • Enges Temperaturspektrum
    Mit dem BUSS Ko-Kneter kann dank gleichförmiger, moderater Scherraten im ganzen Schneckengang ein enger, definierter Temperaturbereich eingehalten und die Temperaturspitzen anderer Systeme vermieden werden. Dies erlaubt das präzises Einhalten eines engen Temperaturspektrums über die ganze Verfahrenslänge.

  • Präzise Temperaturführung
    Der BUSS Ko-Kneter erlaubt eine präzise Temperaturführung aufgrund 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.

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