01.02.2016

www.plasticker.de

Homogene Dickenverteilung von Folien durch Simulation des Vor­ver­te­i­lers - Verbesserung der Wanddickenverteilung in der Blasfolienextrusion

Neue Forschungen des Instituts für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen zur Blasfolienextrusion haben das Ziel, die Wanddickenverteilung zu verbessern. Das IKV entwickelt dazu thermische Gestaltungsrichtlinien, die zur Homogenisierung der Schmelzevorverteilung im Wendelverteiler verhelfen sollen.

Die Gleichmäßigkeit der Dickenverteilung hat in der Blasfolienextrusion maßgeblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sowie die Qualität der hergestellten Folie. Allerdings sind thermische Inhomogenitäten im Wendelverteilerwerkzeug, die insbesondere im Bereich des Schmelzevorverteilers auftreten, Ursache für eine ungleichmäßige Strömung der Schmelze durch das Werkzeug und somit für eine ungleichmäßige Dickenverteilung in der hergestellten Folie. Die Dickenunterschiede müssen folglich in Nachfolgeeinheiten und Regelkreisen aufwendig ausgeglichen werden. Oder sie führen zu unnötigem Materialverbrauch bis hin zu Ausschuss, wenn nämlich einzelne Schichtbereiche in der Folie außerhalb der Toleranzen liegen und ihre Funktion somit nicht mehr erfüllen.

Solchen Nachfolgeeinheiten klar zu bevorzugen ist die thermische und rheologische Homogenisierung der Strömung im Werkzeug, so dass Wanddickenunterschiede gar nicht erst entstehen. Hierzu entwickelt das IKV entsprechende thermischen Gestaltungsrichtlinien. Sie dienen der Homogenisierung der Schmelzevorverteilung im Wendelverteiler und führen somit zu einer gleichmäßigen Wanddicke. Dazu wurde zunächst in der Simulationssoftware Polyflow (ANSYS) ein integratives rheologisch-thermisches Simulationsmodell entwickelt, das den gesamten Vorverteiler eines Blasfolienextrusionswerkzeugs nicht-isotherm abbildet. Mithilfe der numerischen Simulationen wird der Einfluss der dissipativen Schererwärmung und der externen Werkzeugtemperierung auf die Durchsatzverteilung im Vorverteiler analysiert und bewertet. Darauf aufbauend werden verschiedene thermische Gestaltungsmaßnahmen, wie beispielsweise Heizpatronen oder hochleitfähige Einsätze, simulativ erprobt und ihr Einfluss auf die Durchsatzverteilung im Vorverteiler ebenfalls bewertet. Mithilfe der abgeleiteten Gestaltungsmaßnahmen kann eine vollkommen gleichmäßige Durchströmung des Werkzeugs und somit eine gleichmäßige Dickenverteilung der hergestellten Folie erreicht werden. Auf diese Weise können der Materialverbrauch und damit verbunden die Produktionskosten der Folie bei der Blasfolienextrusion gesenkt werden.

Die durchgeführten Simulationen und die ermittelten thermischen Gestaltungshinweise wurden anschließend am IKV praktisch erprobt und bewertet. Die dabei festgestellte gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Experiment zeigt, dass Strömungssimulationen einen deutlichen Mehrwert für die Produktion haben können.

Die verbesserte Funktion des Vorverteilers wird auf dem 28. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik unter dem Programmpunkt IKV 360° an der laufenden Extrusionsanlage präsentiert.

Weitere Informationen: www.ikv-kolloquium.de, www.ikv-aachen.de

28. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 24.-25.02.2016, Aachen

Weitere News im plasticker