DE102004024411A1

DE102004024411A1 - Werkzeug, insbesondere zur Extrusion von Kunststoffen, Verwendung des Werkzeugs und Verfahren zur Wiederaufbereitung des Werkzeugs

Info

Publication number: DE102004024411A1
Application number: DE102004024411A
Authority: DE
Inventors: Ralph Seelbach
Original assignee: CFS Kempten GmbH
Current assignee: CFS Kempten GmbH
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2005-12-22
Also published as: EP1747090A1; WO2005110697B1; US20080111273A1; WO2005110697A1

Abstract

Die folgende Erfindung betrifft ein Werkzeug, insbesondere zur Extrusion von Folien, wobei das Werkzeug zumindest teilweise eine Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung zumindest teilweise eine Chrom-Nitrid-Beschichtung ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug, insbesondere zur Extrusion von Folien bzw. Folienschichten, wobei das Werkzeug zumindest teilweise eine Beschichtung aufweist.
Es sind Wendelverteilerwerkzeuge bekannt, die aus verschiedenen metallischen Werkstoffen hergestellt werden. Sie werden für die Zuführung und Portionierung fließfähiger Massen verwendet. Wendelverteilerwerkzeuge werden beispielsweise zur Herstellung von Mehrschicht-Schrumpffolien mit einer Barriereschicht aus PVDC (Polyvinylidenchlorid) verwendet. Die Wendelverteilerwerkzeuge extrudieren dabei einen runden Schlauchstrang. Insbesondere bei der Verarbeitung von PVC- und PVDC- haltigen Kunststoffen ist der chemische und abrasive Verschleiß der Werkzeuge, insbesondere der Mandrels, das sind die Werkzeugteile, mittels derer aus den Kunststoffen beispielsweise eine Barriereschicht für Verpackungsfolien gebildet wird, sehr groß.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Werkzeug für die Extrusion von Kunststoffen, insbesondere von PVC oder PVDC, zu schaffen, dass weniger stark verschleißt und kostengünstig ist.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Werkzeug, insbesondere zur Extrusion von Folien, wobei das Werkzeug zumindest teilweise eine Beschichtung aufweist, die zumindest teilweise aus Metall-Nitrid, Übergangsmetall-Nitrid oder deren Mischung, vorzugsweise Chrom-Nitrid und/oder Titan-Nitrid besteht. Der beschichtete Teil des Werkzeugs und besonders der Chrom-Nitrid beschichtete Teil des Werkzeugs, weist dadurch eine sehr zähe, chemisch resistente und daher wenig korrosionsanfällige Oberfläche auf, die eine geringe Neigung zu Kaltverschweißung aufweist. Titan-Nitrid-Beschichtungen sind sehr hart und/oder reagieren kaum mit anderen Materialien Die Beschichtung schützt diesen Teil des Werkzeugs vor Abrieb und Korrosion durch eine mit dem Werkzeug verarbeiteten Werkstoff. Daher verschleißt das Werkzeug weniger schnell und weniger stark. Außerdem werden die Fließeigenschaften des mit dem Werkzeug verarbeiteten Werkstoffs durch die glatte Oberfläche der Chrom-Nitrid- Beschichtung positiv beeinflusst.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beschichtung mehrlagig. Schichtfehler einer einzelnen Lage der Beschichtung werden dadurch i. d. R. durch eine andere Lage der Beschichtung überdeckt, so dass sich durch die Mehrlagigkeit der Beschichtung die Dichtheit der Beschichtung erhöht und der beschichtete Teil des Werkzeugs noch weniger korrosions- und daher noch weniger verschleißanfällig ist.
In Abhängigkeit von dem verarbeiteten Werkstoff wird die Beschichtung vorzugsweise zusätzlich mit einem letzten speziellen Überzug beschichtet. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine sehr dünne amorphe Schicht, die eine nochmalige Glättung der Oberflächenbeschichtung bewirkt.
Bevorzugt ist die Dicke der Beschichtung 2-30 μm, besonders bevorzugt 5-20 μm, ganz besonders bevorzugt 4-6 μm. Vorzugsweise weist eine ca. 5 μm dicke Schicht 30-40 Lagen auf. Besonders bevorzugt wird abwechselnd das Metall oder das Übergangsmetall rein und dann als Nitrid aufgetragen. Ganz besonders bevorzugt beträgt die Schichtenfolge Cr/CrN/Cr/CrN und so weiter.
Vorzugsweise weist die Beschichtung eine Grundschicht auf, insbesondere eine Nickelschicht. In Abhängigkeit von dem verwendeten metallischen Werkstoff des Werkzeugs und der Beschichtung haftet die Beschichtung durch die Grundschicht besser an dem Werkstoff des Werkzeugs.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Werkzeug ein inneres Werkzeugteil und ein äußeres Werkzeugteil, wobei beide Werkzeugteile durch Ineinanderstecken einen Spalt formen und vorzugsweise mindestens eine Seite des Spaltes, besonders bevorzugt alle Seiten des Spaltes, die Beschichtung aufweisen. Wenn ein Werkstoff den Spalt durchfließt, sind die beschichteten Seiten des Spaltes, den die Werkzeugteile formen, vor Abrieb und Korrosion durch einen mit dem Werkzeug verarbeiteten Werkstoff geschützt. Außerdem werden die Fließeigenschaften des Werkstoffs durch die glatte Oberfläche der Beschichtung positiv beeinflusst. Die Produktqualität wird dadurch verbessert.
Vorteilhafterweise werden nur die mit dem Werkstoff in Berührung kommenden Teile des Werkzeugs beschichtet, so dass keine unnötigen Kosten für die Beschichtung entstehen. Das Werkzeug eignet sich insbesondere für die Extrusion und die Coextrusion von Folien, insbesondere von Verpackungsfolien für Lebensmittel und insbesondere für die Herstellung einer Barriereschicht der Verpackungsfolien, insbesondere einer Barriereschicht aus PVC oder PVDC.
Bevorzugt ist das Werkzeug ein Wendelverteilerwerkzeug zur Verarbeitung von Kunststoffen. Besonders bevorzugt sind das innere Werkzeugteil sowie das äußere Werkzeugteil Mandrels eines Wendelverteilerwerkzeugs.
Die Beschichtung wird mittels CVD- (chemical vapor deposition) oder PVD-Verfahren (physical vapor deposition) hergestellt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Werkzeugs, insbesondere eines Wendelverteilerwerkzeugs, oder Werkzeugteils, insbesondere eines Mandrels, wobei das Werkzeug oder Werkzeugteil zumindest teilweise eine korrosionsverringernde Beschichtung aufweist, zur Extrusion von Kunststoffen, insbesondere von PVC oder PVDC, vorzugsweise zur Herstellung mindestens einer Schicht einer Folie, insbesondere einer Folie zur Herstellung von Verpackungen für Lebensmittel. Dadurch ist der Verschleiß des Werkzeugs oder Werkzeugteils erheblich geringer.
Bevorzugt ist die Beschichtung eine Chrom-Nitrid-Beschichtung. Durch die Verwendung einer Chrom-Nitrid-Beschichtung ist die Oberfläche des beschichteten Teils des Werkzeugs sehr glatt, sehr hart und chemisch resistent. Die Fließeigenschaften des Kunststoffs werden durch die glatte Oberfläche verbessert, und die Lebensdauer sowie die Standzeit des Werkzeugs ist durch den geringeren Verschleiß erheblich verlängert. Das Werkzeug ist weniger korrosionsanfällig. Vorteilhafterweise sind die hergestellten Folien sehr glatt und gleichmäßig.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erneuerung eines unbeschichteten und/oder verschlissenen Werkzeugs, insbesondere eines Wendelverteilerwerkzeugs, oder Werkzeugteils, insbesondere eines Mandrels, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug oder Werkzeugteil mit einer Chrom-Nitrid-Beschichtung beschichtet wird. Ein verschlissenes Werkzeug oder Werkzeugteil im Sinne der Erfindung ist ein Werkzeug oder Werkzeugteil, das bei der Verarbeitung des Kunststoffes, insbesondere PVDC, so starke Verschleißerscheinungen, insbesondere so starke Carbonausspülungen, verursacht; dass die verursachten Kosten durch Abfall zu hoch sind oder dass der Prozess nicht mehr durchführbar ist. Durch die Erneuerung kann ein ausgemustertes Werkzeug oder Werkzeugteil wiedereingesetzt werden. Da das Auftragen der Beschichtung erheblich kostengünstiger ist, als die Herstellung eines neuen Werkzeugs, werden mit diesem Verfahren sehr hohe Kosten eingespart.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Wiederaufbereitung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs, insbesondere eines Wendelverteilerwerkzeugs, oder Werkzeugteils, insbesondere eines Mandrels, wobei mindestens eine Lage der Beschichtung abgetragen und wieder aufgetragen wird. Ein erfindungsgemäßes Werkzeug oder Werkzeugteil kann daher vorteilhaft mehrfach wiederverwendet werden, ohne dass es neu hergestellt werden muss. Das Verfahren, mindestens eine Lage der Beschichtung abzutragen und eine neue Lage wieder aufzutragen, ist im Vergleich zur Herstellung eines neuen Werkzeugs oder Werkzeugteils erheblich kostengünstiger. Das Werkzeug oder Werkzeugteil wird beim Abtragen nicht beschädigt. Das Abtragen bzw. Entschichten erfolgt vorzugsweise in einem chemischen Bad.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Figur beschrieben. Die Beschreibung ist lediglich beispielhaft und schränkt den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeugs.
1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeugs 1. Das Werkzeug 1 weist ein äußeres Werkzeugteil 2 und ein inneres Werkzeugteil 4 auf, hier zwei Mandrels eines Wendelverteilerwerkzeugs, die ineinandergeschoben werden. Dies ist durch einen Pfeil 5 angedeutet. Die Ineinandergeschobenen Werkzeugteile 3, 4 bilden einen Spalt, der bevorzugt mindestens an einer Seite, hier an allen Seiten eine Beschichtung 2 aufweist. Das Werkzeug 1 ist durch die Beschichtung 2 vor Abrieb und Korrosion geschützt, so dass es weniger schnell verschleißt.
Erfindungsgemäße Werkzeuge 1 sind durch ihre Beschichtung 2 vor Korrosion geschützt und eignen sich daher insbesondere zur Extrusion von Kunststoffen, die PVC oder PVDC enthalten. Sie extrudieren einen runden Schlauchstrang und werden beispielsweise zur Herstellung von Mehrschicht-Schrumpffolien mit einer Barriereschicht aus PVDC (Polyvinylidenchlorid) verwendet.

1: Werkzeug
2: Beschichtung
3: Äußeres Werkzeugteil
4: Inneres Werkzeugteil
5: Richtung, in der das Innere in das Äußere Werkzeugteil eingeschoben wird

Claims

Werkzeug, insbesondere zur Extrusion von Folien, wobei das Werkzeug zumindest teilweise eine Beschichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zumindest teilweise aus Metall-Nitrid, Übergangsmetall-Nitrid oder deren Mischung, vorzugsweise Chrom-Nitrid und/oder Titan-Nitrid besteht.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mehrlagig ist.
Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Grundschicht aufweist, insbesondere eine Nickelschicht.
Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ein inneres Werkzeugteil und ein äußeres Werkzeugteil umfasst, dass beide Werkzeugteile durch Ineinanderstecken einen Spalt formen und dass mindestens eine Seite des Spaltes, bevorzugt alle Seiten des Spaltes, die Beschichtung aufweisen.
Werkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ein Wendelverteilerwerkzeug ist zur Verarbeitung von Kunststoffen.
Verwendung eines Werkzeugs, insbesondere eines Wendelverteilerwerkzeugs, oder Werkzeugteils, insbesondere eines Mandrels, wobei das Werkzeug oder Werkzeugteil zumindest teilweise eine korrosionsverringernde Beschichtung aufweist, zur Extrusion von Kunststoffen, insbesondere von PVC oder PVDC.
Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Chrom-Nitrid-Beschichtung ist.
Verfahren zur Erneuerung eines unbeschichteten und/oder verschlissenen Werkzeugs, insbesondere eines Wendelverteilerwerkzeugs, oder Werkzeugteils, insbesondere eines Mandrels, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug oder Werkzeugteil mit einer Chrom-Nitrid-Beschichtung beschichtet wird.
Verfahren zur Wiederaufbereitung eines Werkzeugs nach einem der Ansprüche 1 – 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage der Beschichtung abgetragen und wieder aufgetragen wird.