Kunststoffextrusion meistern: Prozess, Materialien & Schlüsselanwendungen

Neben dem Spritzguss ist Kunststoffextrusion eines der am weitesten verbreiteten Fertigungsverfahren für die Formgebung von Kunststoffen und das meistgenutzte für Thermoplaste. Es dient der Herstellung von Objekten mit kontinuierlichem Profil wie Rohren, Schläuchen und Türprofilen.

Thermoplastische Extrusion in heutiger Form existiert seit fast einem Jahrhundert, bleibt aber ein leistungsstarkes Werkzeug für die Hochvolumenproduktion von kontinuierlichen Profilteilen. Kunden arbeiten mit Kunststoffextrusionsunternehmen zusammen, um eine kundenspezifische Kunststoffextrusion für ein Teil zu erstellen – meist in hohen Stückzahlen, manchmal aber – wie bei 3ERP – für Kleinserienproduktion.

Dieser Artikel deckt die Grundlagen der Kunststoffextrusion ab: Funktionsweise des Prozesse, extrudierbare Thermoplaste, Produkte aus Kunststoffextrusion, und Vergleich mit Aluminiumextrusion.

Der Kunststoffextrusionsprozess

Um den Extrusionsprozess zu verstehen, hilft ein Bild des Extruders und seiner Funktionsweise. Typischerweise enthält ein Extruder folgende Komponenten:

• Ein Trichter (Hopper), wo das Rohkunststoffmaterial lagert
• Eine Einfüllöffnung (Feedthroat), wo der Kunststoff vom Trichter in den Zylinder gelangt
• Ein beheizter Zylinder (Barrel), der eine Schnecke (Screw) enthält, angetrieben von einem Schneckenantriebsmotor, der Material zur Förderleitung drückt
• Eine Siebbrecherplatte (Breaker Plate), mit Sieben bestückt zum Filtern des Materials und Druckerhalt
Förderleitung (Feedpipe), wo das nun geschmolzene Material den Zylinder verlässt und zur Düse geleitet wird
• Eine Düse (Die), die das Material in das gewünschte Extrusionsprofil formt
• Ein separates Kühlsystem, das die gleichmäßige Erstarrung der Extrusion unterstützt

Der Prozess startet mit Befüllen des Trichters mit festem Rohmaterial – z. B. Pellets oder Flakes. Das Material wird durch die Einfüllöffnung gravitationsgespeist in den Extruderzylinder.

Sobald das Material in den Zylinder gelangt, wird es über drei oder mehr Heizzonen erhitzt. (Die Heizzonen können nahe der Einfüllöffnung kühler und nahe der Düse heißer sein, für graduelles Schmelzen.) Während des Erhitzens wird das Material simultan durch eine hin- und hergehende Schnecke, angetrieben von einem Motor, zum Düsenende des Zylinders geschoben. Die Schnecke und der Druck erzeugen ebenfalls Wärme, sodass die Heizzonen nicht so heiß sein müssen wie die erforderliche Extrusionstemperatur.

Der geschmolzene Kunststoff verlässt den Zylinder durch ein von der Siebbrecherplatte verstärktes Sieb. Dieses entfernt Verunreinigungen und hält den Druck im Zylinder gleichmäßig. Das Material passiert die Förderleitung in die kundenspezifisch gefertigte Düse, die mit einer Öffnung in Form des gewünschten Extrusionsprofils bearbeitet wurde, um eine kundenspezifische Kunststoffextrusion zu erstellen.

Wenn das Material durch die Düse gepresst wird, nimmt es die Form der Düsenöffnung an – der Extrusionsprozess ist abgeschlossen. Nach vollständigem Durchlaufen der Düse wird das Extrusionsprofil in einem Wasserbad oder über Kühlwalzen gekühlt, wodurch es erstarrt.

Extrusionskunststoffe

Kunststoffextrusion arbeitet mit verschiedenen Thermoplasten. Diese werden auf eine Temperatur erhitzt, die hoch genug zum Schmelzen, aber nicht so hoch zur thermischen Zersetzung ist. Diese Temperatur variiert je nach Extrusionskunststoff.

Extrusionskunststoffe werden typischerweise als Pellets in den Extruder gefüttert, ähnlich wie beim Spritzguss. Andere Formen: Pulver, Flakes, Granulate.

Gängige Extrusionskunststoffe:

• Polyethylen (Polythene): Extrusion bei 400 °C (niedrige Dichte) bis 600 °C (hohe Dichte)
• Polystyrol: ~450 °C
• Nylon: 450–520 °C
• Polypropylen: ~450 °C
• PVC: 350–380 °C

In manchen Fällen kann der gewünschte Extrusionskunststoff ein Elastomer oder Duroplast statt eines Thermoplasts sein.

Anwendungen der Kunststoffextrusion

Kunststoffextrusionsunternehmen können diverse Teile fertigen, solange das Teil ein konsistentes Profil hat. Extrusionsprofile eignen sich ideal für Schläuche, Türprofile, Automobilteile u. v. m.

Rohre und Schläuche

Kunststoffrohre und -schläuche, manchmal aus PVC oder den genannten Thermoplasten, sind eine gängige Extrusionsanwendung wegen des einfachen zylindrischen Profils. Außenrinnen sind ein Beispiel für extrudierte Schläuche.

Drahtisolierung

Viele Thermoplaste haben exzellente elektrische Isolation und thermische Stabilität, geeignet für extrudierte Kabel- und Leitungsisolierung und -ummantelung. Extrusionsunternehmen nutzen dafür auch Fluorpolymere.

Fenster- und Türprofile

Kunststofftür- und Fensterrahmen eignen sich hervorragend für Extrusion wegen ihres kontinuierlichen Profils und der Länge. PVC ist populär für diese Anwendung und alle Extrusionsprofile rund um Haushaltsbefestigungen.

Jalousien (Blinds)

Fensterjalousien (Lamellen) aus vielen identischen Lamellen können aus Thermoplast extrudiert werden. Das Profil ist typischerweise kurz, manchmal mit einer abgerundeten Seite. Polystyrol wird häufig für faux-hölzerne venezianische Jalousien genutzt.

Dichtungsprofile (Weatherstripping)

Kunststoffextrusionsunternehmen fertigen oft Dichtungsprodukte – Zugluftstopper z. B., deren Extrusionsprofile eng an Tür- und Fensterrahmen anliegen. Kautschuke sind gängige Dichtungsmaterialien.

Scheibenwischer und Abzieher

Der Scheibenwischer eines Autos wird meist extrudiert. Das Extrusionsmaterial kann ein synthetischer Kautschuk wie Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) sein, oder das Extrusionsunternehmen führt Koextrusion von synthetischem mit Naturkautschuk durch. Handabzieher funktionieren ähnlich wie Scheibenwischer.

Kunststoffextrusion vs. Aluminiumextrusion

Neben Thermoplasten lassen sich auch Aluminiumteile mit kontinuierlichem Profil extrudieren.

Vorteile von Aluminium für Extrusionsteile: Leichtigkeit, Leitfähigkeit, Recyclingfähigkeit. Gängige Anwendungen: Stäbe, Rohre, Drähte, Rohrleitungen, Zäune, Schienen, Rahmen, Kühlkörper.

Im Gegensatz zur Kunststoffextrusion kann Aluminiumextrusion warm oder kalt erfolgen: Warm bei 350–500 °C, Kalt bei Raumtemperatur. Erfahren Sie mehr über Aluminiumextrusion.

3ERP gehört zu einem ausgewählten Kreis von Unternehmen, die Kleinserien-Kunststoffextrusion anbieten. Die meisten Extrusionsunternehmen nehmen keine kleinen Aufträge an, aber 3ERP und unser Partnernetzwerk bedienen Ihre Prototyping- und Short-Run-Produktionsbedürfnisse. Kontaktieren Sie uns für ein kostenloses Angebot.