Sie müssen schwierig zu verarbeitende Zusatzstoffe dispergieren oder anspruchsvolle Füllstoffe in Ihre Polymermatrix einbinden? Oder es soll eine reaktive Extrusion eingerichtet werden? Suchen Sie nach Möglichkeiten der Prozesscharakterisierung durch Online-Messungen des Fließverhaltens?

Dies sind nur einige der Anwendungsmöglichkeiten für unsere flexiblen und bewährten Doppelschnecken-Compounder.

Die Formulierung moderner Polymer-Compounds kann ziemlich komplex sein und eine Vielzahl von Inhaltsstoffen umfassen. Die homogene Dispersion einiger dieser Zusatz- und Füllstoffe in der Polymermatrix kann zu einer Herausforderung werden. Umso wichtiger ist es, den Einrichtungsvorgang für die Gerätelösungen der Compoundier-Linie zu optimieren.

Beim Metallpulverspritzguss (Metal Injection Molding, MIM) wird ein Ausgangsmaterial, bestehend aus einem polymeren Bindemittel und einem hohen Anteil an Metallpulver, in einem Spritzgussgerät verarbeitet. Spritzgussverfahren ermöglichen die Massenproduktion komplex geformter Teile in nur einem Schritt. Durch MIM hergestellte Teile werden häufig in der Medizin, Zahnmedizin, Luft- und Raumfahrt oder Automobilindustrie eingesetzt. Für MIM-Verfahren wird das Ausgangsmaterial meist in einem Extruder vorbereitet. Hier besteht die Herausforderung darin, einen hohen Metallpulver-Füllstand zu erzielen und gleichzeitig gute Fließeigenschaften für den Spritzguss sicherzustellen.

Compounds, die Nanomaterialien enthalten, werden zur Herstellung leichtgewichtiger und dennoch robuster Teile eingesetzt. Die Verarbeitung von Compoundier-Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren (CNT), Nanoclays oder Graphen ist anspruchsvoll auf Grund der Notwendigkeit der homogenen Dispersion innerhalb des Compounds und der Exfolierung des Nanomaterials, um Verklumpungen im fertigen Produkt zu vermeiden. Hierzu können mit den parallelen Doppelschnecken-Extrudern je nach Eigenschaften des Ausgangsmaterials unterschiedliche Methoden angewandt werden.

Ressourcen zur Compoundierung

Im Anschluss an die Compoundierung im Extruderzylinder findet der eigentliche Extrusionsvorgang statt, bei dem das plastifizierte Material durch eine Matrize geschoben wird, um seine endgültige Form zu erhalten. Für die Weiterverarbeitung des Materials nach der Extrusion (z. B. zum Pelletieren) wird gewöhnlich eine einfache Strangmatrize mit einer oder mehreren Rundöffnungen verwendet. Komplexere Formen, z. B. Matrizen für Katheter oder für die Koextrusion, werden eingesetzt, wenn das Material durch die Extrusion bereits seine endgültige Form erhält.

Katheter-Matrizen werden oft zur Herstellung dünner Schläuche verwendet, wie sie im medizinischen Bereich vielfach Anwendung finden. Solche Schläuche werden aus verschiedenen Polymeren hergestellt, von denen einige biologisch abbaubar sind. Je nach den angestrebten Abmessungen des fertigen Schlauchs sind Verarbeitungsdurchsatz und Abzugsgeschwindigkeit des Hohlstrangs wichtige Parameter zur Sicherstellung eines hochwertigen Endprodukts. Damit der Schlauch stabil bleibt, wird meist Luft in die Mitte des Katheters geblasen, bis sich das heiße Polymer verfestigt hat.

Eine weitere komplexe Matrizenstruktur ist die Koextrusionsmatrize, die für die direkte Herstellung eines Endprodukts verwendet wird. Hierbei schieben zwei oder mehr Extruder die Polymere in eine einzige Matrize, wo sie sich gleichmäßig verteilen, um die Matrize anschließend durch nur eine Öffnung verlassen. Ein für pharmazeutische Anwendungen bevorzugtes Format ist ein Co-Extrudat mit rundem Innenkern, der von einer dünnen Außenschicht umgeben ist und so einen konzentrischen Strang bildet. Bei der Verarbeitung bestimmt die Steuerung der zwei Extruder das Verhältnis von innerem zu äußerem Massenanteil des Co-Extrudats. Um eine gleichmäßige Schicht ohne Defekte zu erhalten, müssen die Prozessparameter optimal eingestellt werden.

Ressourcen zur Formung

Für Extrusionsprozesse ist die Kenntnis der rheologischen Eigenschaften der Polymere hinsichtlich der Scher- sowie der Dehnströmung unentbehrlich. Durch Messung des Fließverhaltens einer Polymerschmelze noch während des Prozesses können Fehler bei der Probenvorbereitung vermieden werden, wodurch in der Praxis ein Mehrwert geschaffen wird. Solche Messungen unterstützen auch die Untersuchung von Strukturveränderungen während der Compoundierung.

Der Thermo Scientific™ HAAKE™ MiniLab 3 Micro-Compounder ist ein kleiner konischer Doppelschnecken-Extruder mit patentiertem Rückflusskanal mit Schlitzkapillare. Der Kanal verfügt über zwei Druckwandler, mit denen der Druckabfall in der Kapillare gemessen wird. Über den Druckabfall und die Geometrie der Schlitzkapillare kann die Scherspannung berechnet werden. Die Scherrate korreliert mit der ausgewählten Schneckengeschwindigkeit und dem gemessenen Rückflussdruck. Die Werte für Scherspannung und Scherrate werden zusammen für die Berechnung der relativen Probenviskosität bei unterschiedlichen Schneckengeschwindigkeiten herangezogen.

Für die Messung der Scherviskosität bei prozessrelevanten Scherraten eignet sich am besten ein Kapillar-Rheometer. Das Thermo Scientific™ HAAKE™ PolyLab OS Drehmoment-Rheometer ist für Polymermaterialien vorteilhaft, da sich die Schneckenplastifizierung in einem Extruder ideal für die homogene Vorbereitung des Probenmaterials zur rheologischen Messung eignet. Das PolyLab Drehmoment-Rheometer bietet unterschiedliche Matrizentypen für rheologische Messungen. 

Ressourcen zur Verarbeitung

Die Formulierung moderner Polymer-Compounds kann ziemlich komplex sein und eine Vielzahl von Inhaltsstoffen umfassen. Die homogene Dispersion einiger dieser Zusatz- und Füllstoffe in der Polymermatrix kann zu einer Herausforderung werden. Umso wichtiger ist es, den Einrichtungsvorgang für die Gerätelösungen der Compoundier-Linie zu optimieren.

Beim Metallpulverspritzguss (Metal Injection Molding, MIM) wird ein Ausgangsmaterial, bestehend aus einem polymeren Bindemittel und einem hohen Anteil an Metallpulver, in einem Spritzgussgerät verarbeitet. Spritzgussverfahren ermöglichen die Massenproduktion komplex geformter Teile in nur einem Schritt. Durch MIM hergestellte Teile werden häufig in der Medizin, Zahnmedizin, Luft- und Raumfahrt oder Automobilindustrie eingesetzt. Für MIM-Verfahren wird das Ausgangsmaterial meist in einem Extruder vorbereitet. Hier besteht die Herausforderung darin, einen hohen Metallpulver-Füllstand zu erzielen und gleichzeitig gute Fließeigenschaften für den Spritzguss sicherzustellen.

Compounds, die Nanomaterialien enthalten, werden zur Herstellung leichtgewichtiger und dennoch robuster Teile eingesetzt. Die Verarbeitung von Compoundier-Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren (CNT), Nanoclays oder Graphen ist anspruchsvoll auf Grund der Notwendigkeit der homogenen Dispersion innerhalb des Compounds und der Exfolierung des Nanomaterials, um Verklumpungen im fertigen Produkt zu vermeiden. Hierzu können mit den parallelen Doppelschnecken-Extrudern je nach Eigenschaften des Ausgangsmaterials unterschiedliche Methoden angewandt werden.

Ressourcen zur Compoundierung

Im Anschluss an die Compoundierung im Extruderzylinder findet der eigentliche Extrusionsvorgang statt, bei dem das plastifizierte Material durch eine Matrize geschoben wird, um seine endgültige Form zu erhalten. Für die Weiterverarbeitung des Materials nach der Extrusion (z. B. zum Pelletieren) wird gewöhnlich eine einfache Strangmatrize mit einer oder mehreren Rundöffnungen verwendet. Komplexere Formen, z. B. Matrizen für Katheter oder für die Koextrusion, werden eingesetzt, wenn das Material durch die Extrusion bereits seine endgültige Form erhält.

Katheter-Matrizen werden oft zur Herstellung dünner Schläuche verwendet, wie sie im medizinischen Bereich vielfach Anwendung finden. Solche Schläuche werden aus verschiedenen Polymeren hergestellt, von denen einige biologisch abbaubar sind. Je nach den angestrebten Abmessungen des fertigen Schlauchs sind Verarbeitungsdurchsatz und Abzugsgeschwindigkeit des Hohlstrangs wichtige Parameter zur Sicherstellung eines hochwertigen Endprodukts. Damit der Schlauch stabil bleibt, wird meist Luft in die Mitte des Katheters geblasen, bis sich das heiße Polymer verfestigt hat.

Eine weitere komplexe Matrizenstruktur ist die Koextrusionsmatrize, die für die direkte Herstellung eines Endprodukts verwendet wird. Hierbei schieben zwei oder mehr Extruder die Polymere in eine einzige Matrize, wo sie sich gleichmäßig verteilen, um die Matrize anschließend durch nur eine Öffnung verlassen. Ein für pharmazeutische Anwendungen bevorzugtes Format ist ein Co-Extrudat mit rundem Innenkern, der von einer dünnen Außenschicht umgeben ist und so einen konzentrischen Strang bildet. Bei der Verarbeitung bestimmt die Steuerung der zwei Extruder das Verhältnis von innerem zu äußerem Massenanteil des Co-Extrudats. Um eine gleichmäßige Schicht ohne Defekte zu erhalten, müssen die Prozessparameter optimal eingestellt werden.

Ressourcen zur Formung

Für Extrusionsprozesse ist die Kenntnis der rheologischen Eigenschaften der Polymere hinsichtlich der Scher- sowie der Dehnströmung unentbehrlich. Durch Messung des Fließverhaltens einer Polymerschmelze noch während des Prozesses können Fehler bei der Probenvorbereitung vermieden werden, wodurch in der Praxis ein Mehrwert geschaffen wird. Solche Messungen unterstützen auch die Untersuchung von Strukturveränderungen während der Compoundierung.

Der Thermo Scientific™ HAAKE™ MiniLab 3 Micro-Compounder ist ein kleiner konischer Doppelschnecken-Extruder mit patentiertem Rückflusskanal mit Schlitzkapillare. Der Kanal verfügt über zwei Druckwandler, mit denen der Druckabfall in der Kapillare gemessen wird. Über den Druckabfall und die Geometrie der Schlitzkapillare kann die Scherspannung berechnet werden. Die Scherrate korreliert mit der ausgewählten Schneckengeschwindigkeit und dem gemessenen Rückflussdruck. Die Werte für Scherspannung und Scherrate werden zusammen für die Berechnung der relativen Probenviskosität bei unterschiedlichen Schneckengeschwindigkeiten herangezogen.

Für die Messung der Scherviskosität bei prozessrelevanten Scherraten eignet sich am besten ein Kapillar-Rheometer. Das Thermo Scientific™ HAAKE™ PolyLab OS Drehmoment-Rheometer ist für Polymermaterialien vorteilhaft, da sich die Schneckenplastifizierung in einem Extruder ideal für die homogene Vorbereitung des Probenmaterials zur rheologischen Messung eignet. Das PolyLab Drehmoment-Rheometer bietet unterschiedliche Matrizentypen für rheologische Messungen. 

Ressourcen zur Verarbeitung

Herstellung und Analyse von Polymer-Nanoverbundstoffen

Im Vergleich zu ungefüllten Polymeren weisen Polymer-Nanoverbundstoffe verbesserte Eigenschaften auf, die sie für verschiedene technische Anwendungen interessant machen. Zu den besonders gewünschten Eigenschaften dieser polymeren Materialien gehören ihre mechanische Festigkeit und ihr geringes Gewicht. Zudem kann man durch Einbindung von Nanokomponenten die Hitze- und Chemikalienbeständigkeit erhöhen und die elektrische Leitfähigkeit verbessern. Heutzutage werden Polymer-Nanoverbundstoffe regelmäßig in der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrt sowie als Konstruktionsmaterialien für Rotoren für Windkraftanlagen verwendet.

Polymer-Nanoverbundstoffe werden durch Zugabe von Nanopartikeln in eine geschmolzene Polymermatrix mittels Extrusion erzeugt. Eine Methode, um mit dem Extrusionsprozess eine gute Durchmischung zu erreichen, besteht darin, Nanopartikel in einer Trägerflüssigkeit vorzudispergieren und diese Dispersion dem Extruder zuzuführen. Der Verbundwerkstoff erhält die gewünschten Eigenschaften nur dann, wenn die Partikel innerhalb der Polymermatrix homogen verteilt werden und sich keine größeren Klumpen bilden. Auch sorgt der Einsatz von Trägerflüssigkeiten für eine sichere Handhabung des Nanopartikel-Rohmaterials. Aus Sicherheitsgründen muss Partikelstaub in der Arbeitsplatzumgebung unbedingt vermieden werden. 

Erfahren Sie mehr darüber, wie Nanopartikel in eine Polymermatrix eingebunden werden können und wie rheologische Messungen dazu beitragen, die Eigenschaften eines Endprodukts aus Polymer-Nanoverbundstoffen zu untersuchen.

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