Was ist Düsenschwellung?

Düsenschwellung, auch als Extrudatschwellung bekannt, ist in der Kunststoffverarbeitung – insbesondere bei der Polymerextrusion – häufig, bei der ein Strom polymeren Materials durch eine Düse gepresst wird, um die gewünschte Produktgeometrie zu erzeugen. Dies hängt mit der Elastizität des Polymers zusammen, die auf der Fähigkeit des makromolekularen Systems beruht, sich zusammenzuziehen und auszudehnen: Wenn die statistische Knäuelstruktur der Makromoleküle in die Kapillardüse eintritt, erfährt sie eine Kontraktion, die – nach teilweiser Relaxation innerhalb der Kapillare – am Austritt wiederhergestellt wird, sobald die einschränkende Wirkung der Kapillare entfällt.

Der Schwellungseffekt kann sehr stark sein, insbesondere bei Polyolefinen (Polyethylen, Polypropylen) sowie bestimmten Polyamiden und Polyestern.

Schwellung ist in einigen Polymerprozessen kritisch, insbesondere beim Blasformen, wo entweder unzureichende oder zu starke Schwellung zu Verarbeitungsproblemen und Defekten am Endprodukt führen kann. ISO 11443 legt ein Verfahren zur Messung der Düsenschwellung mithilfe von Kapillarrheometer-Zubehör fest.

Prüfbeispiel: Düsenschwellung von LLDPE, gefüllt mit Calciumcarbonat

Wir wurden gebeten, eine Düsenschwellungsprüfung durchzuführen. Mit dem Zubehör Die Swell Tester an unserem Kapillarrheometer prüften wir eine Probe aus LLDPE, gefüllt mit Calciumcarbonat. Die Messung erfolgt mit einem Lasersystem, das unterhalb der Kapillardüse positioniert ist und den Durchmesser des Extrudats misst.

Mit steigenden Scherraten nahm auch die Düsenschwellung zu; bei der prozessrelevanten Scherrate zeigte sich eine Zunahme des Durchmessers um 25 %. Durch die Messung der Düsenschwellung mit unterschiedlichen Kapillardüsen bei verschiedenen Temperaturen – den wichtigsten Parametern, die die Elastizität beeinflussen – konnten wir die am besten geeigneten Prozessbedingungen vorschlagen, um die gewünschte Form des Endprodukts zu erreichen.