Gefüllte und verstärkte Compounds (FRTP)

Faserverstärkte Kunststoffe

Das Einarbeiten von Füllstoffen in eine Kunststoffmatrix verfolgt im Wesentlichen zwei Ziele: Es werden gezielt Materialeigenschaften des Compounds verbessert, beispielhaft seien hier atmungsaktive Folien oder schallabsorbierende Rohre genannt, oder es sollen Kosten eingespart werden.

Drei Einflussgrößen spielen in der Wechselwirkung zwischen Füllstoff und Polymermatrix zentrale Rollen.

  • Eine Teilchenform mit kleinem Längen- /Dicken-Verhältnis (Aspect Ratio) wie z. B. Glaskugeln, CaCO3 oder BaSO4 verbessern meist den Elastizitätsmodul. Teilchen mit großem Aspect Ratio wie z.B. Talkum oder Wollastonit tragen hingegen zur Verbesserung der Zug- und Reißfestigkeit sowie des Elastizitätsmoduls bei.
  • Die Partikelgrößenverteilung beeinflusst die Einarbeitung des Füllstoffes. Dabei sind die Van-der-Waals-Kräfte, die zwischen den Partikeln wirken (bei Teilchengrößen > 1 μm), wie auch die dispergierend wirkenden Scherkräfte im Buss Ko-Kneter (bei Teilchendurchmesser < 10 μm) bei den FRTP Compoundiersytemen von Bedeutung.
  • Die Oberfläche des Füllstoffes, oder besser die spezifische Oberfläche (m²/g), zeigt an, wie viele potentielle Haftpunkte es zwischen Füllstoff und Polymerketten gibt. Dabei gilt, dass eine große Oberfläche zu vielen Haftpunkten und damit besseren mechanischen Eigenschaften (höhere Steifigkeit, Zug- und Reissfestigkeit und Schlagzähigkeit) sowie höherem Oberflächenglanz des Compounds führt.

Als weiterer wichtiger Aspekt gelten die Oberflächenbeschichtungen (Coating). Durch sie können beispielsweise die Agglomeratbildung, Rieselfähigkeit in der Materialhandhabung und die Benetzung während des Compoundiervorgangs beeinflusst werden.

Anforderungen an die Compoundierung von faserverstärkten Kunststoffen

Die BUSS Verfahrensexpertise ist der Schlüssel bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen: Neben der optimalen Aufteilung der Materialströme gilt es besonders die den Füllstoffeintrag begleitenden Luft- und Feuchtigkeitsströme zu beherrschen. Folglich muss die Prozessgeometrie optimal für diese Aufgaben konfiguriert werden. Die grossen freien Volumina und zugehörigen Drehmomente erlauben mit entsprechenden Konfigurationen die effiziente Produktion dieser faserverstärkten Kunststoffe.

Die herausragenden Allrounder Qualitäten des BUSS Ko-Kneters mit seinem enorm breiten Operationsfenster ermöglichen es, dass meist verschiedenste verwandte Prozesse gefahren und so Füllstoffe wie Talkum, Titandioxid oder Bariumsulfat bis hin zu Aluminium- oder Magnesiumhydroxiden verarbeitet werden können. Ein willkommener Nebeneffekt der moderaten Schergeschwindigkeit des BUSS Ko-Kneters ist der deutlich niedrigere Verschleiss im Vergleich zu alternativen Schneckenmaschinen. Der modulare und dadurch anpassbare Aufbau der ganzen Anlagen machen den BUSS Ko-Kneter zur sehr guten Wahl für das Compoundieren von gefüllten Thermoplasten.

Rotes Auto aus Faserverstärkten Kunststoffen, das die Bedeutung von FRTP Compounding für die Automobilindustrie zeigt

Typisches Anlagenlayout für FRTP Compoundiersysteme

Typisches Anlagenlayout für ein Compoundiersystem für faserverstärkte Kunststoffe

BUSS Compoundiersysteme bieten für FRTP Compounds folgende spezifische Vorteile

  • Hohe Füllgrade erzielbar
    Die BUSS Technologie der Compoundiermaschinen 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.

  • Gleichförmige, moderate Scherraten
    Gleichförmige Scherraten ermöglichen ein kontrolliertes Mischen in der Compoundiermaschine 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.

  • 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.

  • 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.

  • 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.

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  • Buss Kneader technology