Biopolymernetzwerk Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Extrusion

Extrusion oder Extrudieren (von lateinisch extrudere = hinausstoßen, -treiben) bezeichnet das kontinuierliche Aufschmelzen, Fördern und Austragen von thermoplastischen Kunststoffen durch eine formgebende Düse. Auf diese Weise lassen sich endlose Produkte wie Rohre, Profile, Folien oder Platten herstellen. Solche Halbzeuge sind beispielsweise dickere Folien, die dann im Thermoformverfahren weiter verarbeitet werden.

Eine Möglichkeit die mechanischen Eigenschaften extrudierter Folien zu verbessern ist das Verstrecken unmittelbar nach der Extrusion (in-line). Dabei werden die Moleküle orientiert, so dass die Zugfestigkeit und Steifigkeit erhöht werden. Das Verstrecken kann in einer Richtung (z.B. in Längsrichtung) oder in Längs- und Querrichtung erfolgen. Ein Anwendungsbeispiel ist bi-axial orientierte PLA-Folie (BoPLA).

Durch die Zugabe von Treibmittel kann auch ein geschäumtes Extrudat erzeugt werden.

Und schließlich sind Extruder auch Maschinenelemente für komplexere Prozesse wie das Folienblasen oder das Extrusionsblasformen.

Im Extruder sorgen Schnecken für die Durchmischung und Erwärmung der eingefüllten duroplastischen Masse. Sie tritt über eine Düsenplatte als Schaum aus, der sich entweder zu Chips konfektionieren oder noch heiß zu Formteilen pressen lässt. Je nach Temperatur, Druck und Einstellung von Schnecke, Düse und eingefüllter Mischung entstehen aus dem Stärkeschaum die unterschiedlichsten harten oder weichen Formteile: Verpackungschips, die sich in gefärbtem Zustand auch als Kinderspielzeug eignen, Zigarettenfilter, Formkörper, Schalen etc. Da der Stärkeschaum durch Befeuchten mit Wasser klebaktiv wird, lassen sich aus einzelnen Lagen Sandwichplatten mit Deck- und Unterseite aus Papier oder Pappe herstellen.

Blasfolien-Extrusion

Um dünne Folien zu blasen, wird ein Extruder mit einer Ringdüse kombiniert. Die plastifizierte Kunststoffmasse wird im Schlauchkopf zwischen Extruder und Düse zu einem Schlauch ausgeformt und durch die Düse nach oben ausgestoßen. Dort wird der Schmelzeschlauch mit Luft auf ein Mehrfaches des ursprünglichen Durchmessers aufgeblasen und mit erhöhter Geschwindigkeit nach oben abgezogen. Nicht nur der Zug in Längs- und Querrichtung, sondern auch der Zeitpunkt des Abkühlens entscheidet über die Foliendicke.

Flach zusammengelegt wird der Schlauch dann entweder als Schlauchfolie oder seitlich aufgeschnitten als Flachfolie aufgewickelt. Derartige Folienblasanlagen sind nicht selten Türme von über 10 m Höhe.

Durch den Einsatz mehrerer Extruder für unterschiedliche Kunststoffe können mehrschichtige Folien produziert werden. Jeder Kunststoff übernimmt dann eine bestimmte Aufgabe, wie Festigkeit, Barriere, Schweißbarkeit.

Erzeugnisse aus geblasenen Folien kommen beispielsweise als Verpackungen, Müllsammelsäcke und Beutel für Biomüll, Hygienefolien für Windeln, Versandhüllen,-Einmalhandschuhe und Tragetaschen in den Handel.

Durchgeführte Untersuchungen zur Verarbeitung von Biokunststoffen zu Flachfolien haben ergeben, dass deren Leistungsspektrum durch Zugabe von Additiven in signifikantem Maße gesteigert werden kann.

Grafik: Prinzipskizze der Einzugszone eines Extruders
Auswahl an BMEL/FNR geförderten Projekten zu diesem Thema
Vergleich unterschiedlicher Verfahren zur Herstellung von WPC - VuV-WPC (01.07.2012 bis 30.06.2013) (Link)
Forschungsverbund Biopolymere (01.06.2009 bis 31.05.2014)
  • Teilvorhaben 5: Prozess- und Materialoptimierung von Biopolymeren und -compositen durch den Einsatz von innovativen biobasierten Additiven (Link)
  • Teilvorhaben 9: Entwicklung neuartiger Polymerblends aus Polyolefinen mit nativer und modifizierter Stärke (Link)
Verbundvorhaben: Bioschaumplatten - Extrusionsgeschäumte, dickwandige Plattenelemente aus einem biobasierten, thermoplastischen Kunststoff (01.05.2012 bis 30.04.2014)
  • Teilvorhaben 1: Projektkoordination, Prozessoptimierung, Netzwerkbildung (Link)
  • Teilvorhaben 2: Materialentwicklung, Compoundierung, Granulatherstellung (Link)
  • Teilvorhaben 3: Prozessentwickung und -optimierung (Link)
  • Teilvorhaben 4: Technologieentwicklung (Link)
  • Teilvorhaben 5: Entwicklung von Leiterplatten und Baugruppen (Link)
  • Teilvorhaben 6: Anwendung von Leiterplatten und Baugruppen (Link)
  • Teilvorhaben 7: Herstellung von Siebdruckrahmen (Link)
  • Teilvorhaben 8: Materialentwicklung und Scale-up (Link)
  • Teilvorhaben 9: Extrusionstechnologie (Link)
Verbundvorhaben: Lignin als nachwachsender Rohstoff für Anwendungen in der Elektronik (01.01.2012 bis 31.12.2014)
  • Teilvorhaben 9: Extrusionstechnologie (Link)
Entwicklung von Vorrichtungen und Verfahren zum Einsatz von unterschiedlichen BioPlastics für die Rapid Prototyping Technologie - FABIO - (FAbrication of parts with BIOplastics) (01.11.2010 bis 31.10.2013) (Link)
Biobasierte Hybridpolymere (01.08.2010 bis 30.11.2011) (Link)
Entwicklung des Verfahrens und der Werkstoffrezeptur zur Herstellung von Schaumfolien zum Tiefziehen von Trays aus dem Biopolymer Celluloseacetat (01.12.2008 bis 30.06.2011) (Link)
Entwicklung neuartiger PLA-basierter Verbundwerkstoffe und Nanocomposite (01.09.2008 bis 28.02.2011) (Link)
Verbundvorhaben: Innovative Gerstensorten als nachwachsender Rohstoff (05.09.2008 bis 04.09.2011)
  • Teilvorhaben 6: Erschließung neuer technologischer und industrieller Verwendungsmöglichkeiten (Link)
Verbundvorhaben: Herstellung modifizierter Stärke für die Verarbeitung zu Verpackungsmitteln (01.12.2007 bis 30.11.2011)
  • Teilvorhaben 2: Entwicklung und Testung der thermoplastischen Verarbeitung modifizierter Stärken mittels reaktiver Extrusion im BIOPAR®-Verfahren (Link)
Enzymatische Vernetzung von Proteinen in nachwachsenden Rohstoffen zur Herstellung von Folien und Compositen (01.10.2006 bis 30.09.2009) (Link)
Entwicklung eines neuartigen Transfer-Spritzgießverfahrens und einer Werkstoffrezeptur zur Herstellung stoßabsorbierender Strukturschaum-Formteile auf Basis nachwachsender Rohstoffe (01.08.2006 bis 31.07.2009) (Link)
Verbundvorhaben: Generierung von Spinnvliesstoffen aus neuartigen, biologisch abbaubaren PLA-Homo- und Copolymeren sowie aus PLA-Blends 801.05.2004 bis 30.04.2006)
  • Teilvorhaben 1: Weiterentwicklung der reaktiven Extrusion von PLA-Homo- und -Copolymeren (Link)
  • Teilvorhaben 2: IPF "Schmelzspinnen neuartiger, biologisch abbaubarer PLA-Homo,- und Copolymere sowie PLA-Blends" (Link)
Verbundvorhaben: Entwicklung von extrudierten Profilen aus Arboform (01.04.2004 bis 31.12.2006)
  • Teilvorhaben 1: Bauteilentwicklung und Anwendungsuntersuchungen (Link)
  • Teilvorhaben 2: Materialentwicklung (Link)
  • Teilvorhaben 3: Verfahrensentwicklung zur Extrusion (Link)