PTFE ist ein Fluorpolymer, das im herkömmlichen Sinne nicht schmilzt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Thermoplasten, die geschmolzen und durch eine Düse gepresst werden, kann PTFE aufgrund seines extrem hohen Schmelzpunktes (~327 °C) und seiner Neigung zur Zersetzung vor dem Fließen nicht schmelzverarbeitet werden. Daher wird bei der PTFE-Extrusion für Schläuche und andere lange, durchgehende Formen eine Technik namens Pastenextrusion verwendet.
Die Pastenextrusion ist ein Kaltfließpressverfahren, bei dem ein geschmiertes PTFE-Pulver verwendet wird, um die gewünschte Form zu erhalten. Nach der Extrusion durchläuft das Produkt einen Sinterprozess, bei dem es im Wesentlichen bei hohen Temperaturen gebrannt wird, wodurch die Partikel miteinander verbunden werden und eine mechanische Festigkeit erhalten.
Wichtige Schritte im Extrusionsprozess für PTFE-Schläuche
1. Auswahl und Mischung der Rohstoffe
Der Extrusionsprozess beginnt mit hochreinem PTFE-Feinpulverharz. Dieses Pulver wird in der Regel von namhaften Chemieherstellern bezogen und erfüllt strenge Spezifikationen hinsichtlich Partikelgröße und -verteilung. Vor der Extrusion wird das PTFE-Pulver mit einem Schmiermittel, häufig einem organischen Lösungsmittel wie Isopar® oder Naphtha, gemischt. Diese Mischung bildet eine weiche, teigartige Paste.
Wichtige Faktoren in dieser Phase sind:
- Pulverhomogenität: Gewährleistet einen gleichmäßigen Fluss während der Extrusion.
- Schmiermittelanteil: Beeinflusst den Extrusionsdruck und die Oberflächenbeschaffenheit.
- Mischzeit und -bedingungen: Über- oder Untermischen beeinträchtigt die Qualität der Paste.
Die Paste wird dann mehrere Stunden (in der Regel 8–24) lang gealtert, um eine gleichmäßige Verteilung des Schmiermittels zu ermöglichen und eine bessere Extrusionskonsistenz zu erzielen.
2. Vorformen
Nach dem Alterungsprozess wird die PTFE-Paste mit einer hydraulischen Presse zu einem zylindrischen Rohling vorgeformt. In diesem Schritt wird das geschmierte Pulver zu einer dichten, für die Extrusion geeigneten Form verdichtet. Das Vorformen reduziert Hohlräume, richtet die Partikel aus und baut vor dem Extrudieren strukturelle Festigkeit auf.
Wichtige Parameter:
- Vorformdruck: Liegt typischerweise zwischen 200 und 500 bar.
- Rohlingabmessungen: Müssen den Anforderungen der Extrusionsdüse entsprechen.
3. Pastenextrusion
Der vorgeformte Rohling wird in eine Extrusionspresse mit einer für die Rohrherstellung ausgelegten Düse gegeben. Die Düse besteht aus einer Außenhülse und einem Dorn, der den Innen- und Außendurchmesser des extrudierten PTFE-Schlaeuche bestimmt.
Während der Extrusion:
- Der Rohling wird mit mechanischer oder hydraulischer Kraft durch die Düse gedrückt.
- Das Schmiermittel reduziert die Reibung und ermöglicht das Fließen der Paste durch die Matrize.
- Der extrudierte Schlauch tritt als grüner (ungesinterter) Schlauch aus, der noch weich und biegsam ist.
Die Extrusionsgeschwindigkeit, der Druck und die Matrizentemperatur (die in der Regel auf Umgebungstemperatur gehalten wird, um ein vorzeitiges Sintern zu vermeiden) werden genau kontrolliert, um die Maßgenauigkeit zu gewährleisten und Defekte wie Risse oder Brüche zu vermeiden.
4. Trocknen
Nach der Extrusion enthält der grüne Schlauch eine erhebliche Menge an Schmiermittel, das vor dem Sintern entfernt werden muss. Der Schlauch wird bei moderaten Temperaturen (~100–200 °C) durch einen Trockenofen geleitet, um das Schmiermittel langsam und gleichmäßig zu verdampfen.
Wichtige Überlegungen
- Trocknungsgeschwindigkeit: Zu schnell kann zu Blasenbildung oder Zusammenbruch führen; zu langsam verlängert die Zykluszeit.
Belüftung und Lösungsmittelrückgewinnung: Lösungsmitteldämpfe müssen aufgefangen und sicher entsorgt werden, um die Umweltvorschriften zu erfüllen.
5. Sintern
Nach dem Trocknen werden die PTFE-Schläuche in einem Hochtemperaturofen bei Temperaturen über 360 °C gesintert. Dieser Schritt ist entscheidend, da dabei die weiche, pulverförmige Struktur in ein festes, chemisch beständiges und mechanisch stabiles Produkt umgewandelt wird.
Der Sinterprozess umfasst:
- Kontrollierter Temperaturanstieg: Verhindert Thermoschocks und Verformungen.
- Halten bei Spitzentemperatur: Gewährleistet die vollständige Verbindung der Partikel.
- Langsames Abkühlen: Verhindert innere Spannungen und Risse.
Die Sinterbedingungen variieren je nach Schlauchgröße und Wandstärke. Dickere Schläuche erfordern möglicherweise langsamere Heiz- und Kühlzyklen, um gleichmäßige Eigenschaften über den gesamten Querschnitt zu gewährleisten.
6. Endbearbeitung und Qualitätskontrolle
Nach dem Sintern werden die Rohre geprüft und auf die gewünschten Längen zugeschnitten. Sekundäre Prozesse wie Bördeln, Verjüngen oder Ätzen (zur Oberflächenbehandlung) können ebenfalls durchgeführt werden.
Typische Qualitätskontrollen umfassen:
- Maßanalyse: Außendurchmesser (OD), Innendurchmesser (ID), Wandstärke.
- Sichtprüfung: Auf Risse, Hohlräume oder Oberflächenfehler.
- Physikalische Prüfung: Zugfestigkeit, Dehnung und Berstdruck.
- Chemische Reinheit: Stellt sicher, dass keine Lösungsmittelrückstände oder Verunreinigungen zurückbleiben.
Je nach Branche kann die Einhaltung von Normen wie ASTM D3295 oder ISO 13000 erforderlich sein.