Sechs Minuten sparen

06.07.2010 | Ludwigshafen
Rotationssintern ist ein Verfahren, das sich eignet, um große Hohlkörper aus Kunststoff, vor allem aus Polyethylen (PE), zu formen. Dazu gehören Tanks aller Art, Transportbehälter oder auch Freizeitartikel wie Kajaks und Spielzeug. Die Vorteile des Herstellungsverfahrens liegen besonders in den vielfältigen Designmöglichkeiten und geringen Investitionskosten.

Trotzdem birgt es einige Herausforderungen: Vergleichsweise lange Durchlaufzeiten und hohe Ofentemperaturen stellen außerordentliche Anforderungen an die Stabilität des Kunststoffs. Darüber hinaus ist das Verfahren sehr energieintensiv. Irgastab" RM 68 ist ein Additiv-System der BASF speziell für Kunststoffe, die im Rotationsverfahren verarbeitet werden. Es optimiert den Sinterprozess, verbessert die Qualität des Endprodukts und hilft Energie einzusparen.

Prozessoptimierung durch Spezialadditiv

Die patentierte Kombination verschiedener Stabilisatoren optimiert das Eigenschaftsprofil des Kunststoffs speziell für die Verarbeitung im Rotationsverfahren. Dabei fördert Irgastab RM 68 in erster Linie das Aufschmelzverhalten des Polymers während des Formgebungsprozesses. Durchlaufzeiten können so verkürzt und Ofentemperaturen verringert werden. Dadurch ergibt sich auch ein breiteres Verarbeitungsfenster - ein wichtiger Aspekt, denn beim Rotationssintern sind häufig verschiedene Formen gleichzeitig in einer Maschine im Einsatz. Bei gleicher Verweilzeit im Ofen besteht die Gefahr, dass das Polyethylen in großen Formen nicht ausreichend aufschmilzt, in kleinen Formen hingegen schon abgebaut wird. Mit anderen Worten: je breiter das Verarbeitungsfenster, desto robuster der Herstellungsprozess und desto besser die Qualität des Endprodukts.

Die Wirkung des Spezialadditivs lässt sich anhand der so genannten Peak Internal Air Temperature (PIAT) während der Prozessführung beurteilen. Die PIAT bezeichnet die Lufttemperatur im Inneren der Hohlkörperform während der Verarbeitung und erlaubt, das Schmelz- und Kühlverhalten des Polymers während des Verarbeitungs-Zyklus abzubilden. Bei einer Ofentemperatur von 288 Grad Celsius beträgt die PIAT für das optimale Aufschmelzen eines drei Millimeter dicken Testkörpers aus Polyethylen, der konventionelle Stabilisatoren enthält, 233 Grad Celsius. Mit Irgastab RM 68 erreicht das Material bereits bei einer PIAT von 210 Grad Celsius den optimalen Schmelzbereich. Daher benötigt der Testkörper auch insgesamt eine kürzere Zykluszeit, um ein optimales Produktionsergebnis zu erzielen. Auf diese Weise können bis zu 16 Prozent an Energie und damit Kosten im Vergleich zu Standard-Lösungen eingespart werden - und das bei erhöhter Produktivität.

Produktiv, fest, lichtstabil

Kürzere Durchlaufzeiten können darüber hinaus zu einem geringeren Abbau anderer Additive im Kunststoff führen und so die Lebensdauer des Kunststoffteiles verlängern. Aber auch andere Qualitätsmerkmale des Endprodukts werden mit dem Additiv-System positiv beeinflusst. So verringert es die Eigen-Verfärbung des Kunststoffes während der Verarbeitung und erhöht die Farbechtheit bei Stickoxid-Exposition. Durch eine bessere Stabilisierung der Polymerketten gegen Abbau werden die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Schlagfestigkeit, des Kunststoffes verbessert. Darüber hinaus enthält Irgastab RM 68 einen Lichtstabilisator, der den weltweiten UV8-Bewitterungsstandard erfüllt. Dieser Standard garantiert nach 8.000 Stunden Exposition in beschleunigter Bewitterung eine Bruchdehnung von mindestens 50 Prozent des ursprünglichen Werts. Das entspricht einer Außenanwendung in subtropischem Klima von mindestens drei Jahren. Irgastab RM 68 ist in Polyethylen von der amerikanischen "Food and Drug Administration" (FDA) für indirekten Lebensmittelkontakt zugelassen.

Ein Rechenbeispiel

Eine Fallstudie zeigt, wie sich die Wirkung des Spezialadditivs in konkreten Zahlen niederschlagen kann: In einer "Rock-and-Roll"-Maschine können mit einer herkömmlichen Additiv-Formulierung in drei Schichten à acht Stunden 44 80-Liter-Tanks hergestellt werden. Die Durchlaufzeit beträgt dabei 33 Minuten. Mit Irgastab RM 68 kann die Durchlaufzeit auf 27 Minuten verringert werden. Diese Verkürzung von sechs Minuten bedeutet zehn zusätzliche Tanks pro Tag und Maschine. Bezogen auf ein Jahr (hier: 225 Tage) kann ein Hersteller so etwa 2.300 Tanks zusätzlich pro Maschine produzieren. Das Endprodukt weist zudem einen wesentlich geringeren Gelbindex im Vergleich zur konventionellen Lösung und dazu bessere mechanische Eigenschaften auf. Für den einzelnen Hersteller variieren die Ergebnisse abhängig von Maschinentyp, Kunststoffeigenschaften, Teilegeometrie und Wanddicke. Aus diesem Grund hat die BASF auch ein Programm entwickelt, um die Einsparungen für den Kunden individuell berechnen zu können.

Nischenverfahren behauptet sich

Im Vergleich zu anderen Verfahren, bei denen Thermoplaste verarbeitet werden, zum Beispiel Blasformen oder Spritzguss, ist das Rotationssintern ein Nischenverfahren. Nur etwa ein Prozent des insgesamt in Europa verarbeiteten Kunststoffs wird im Rotationsverfahren verarbeitet. Irgastab RM 68 wurde 2008 in den amerikanischen Markt eingeführt - bis heute der Hauptmarkt für das Rotationssintern. Aber auch im europäischen Markt ist das Verfahren seit Jahren eine Alternative zum Blasformen großer Hohlkörper, vor allem für Bauanwendungen, Spiel- und Sportgeräte sowie den Fahrzeug- und Maschinenbau. Grund dafür sind technologische Verbesserungen des Verfahrens. Entscheidend ist jedoch, dass das Rotationssintern im Vergleich zum technisch sehr anspruchsvollen Blasformen besonders bei kleineren Stückzahlen großer Hohlteile entscheidende Kostenvorteile erzielen kann. Durch die Zeit- und Energieeinsparungen, aber auch die qualitative Verbesserung des Endprodukts trägt Irgastab RM 68 zur Verbesserung des Verfahrens und damit auch zu dessen Wettbewerbsfähigkeit bei.

Quelle: Pressemeldung BASF SE