Beim Compoundieren von Kunststoffen ist die Reinheit der Schmelze ein entscheidender Qualitätsparameter. Verunreinigungen wie Fremdpolymere, Faserfragmente, Gelpartikel, Pigmentagglomerate oder mechanische Einschlüsse aus dem Rohstoff beeinträchtigen nicht nur die optischen und mechanischen Eigenschaften des Endprodukts, sondern können auch nachgelagerte Prozesse – etwa die Extrusion von Folien oder das Spinnen von Fasern – empfindlich stören. Die Schmelzefiltrierung, auch als Schmelzesiebung bezeichnet, ist das etablierte Verfahren, um solche Störstoffe gezielt aus der Polymerschmelze abzutrennen.
Im Compoundierprozess wird die Schmelzefiltrierung in der Regel am Ausgang des Extruders, also zwischen Schneckenende und Düsenplatte, integriert. Die Schmelze durchströmt dabei ein Siebmedium, das Partikel oberhalb einer definierten Trennkorngröße zurückhält, während der Polymerstrom selbst weitergeleitet wird. Die Auslegung dieses verfahrenstechnischen Schrittes beeinflusst Druckverlust, Verweilzeit, Qualität des Compounds und die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses maßgeblich.
Siebmedien: Maschenweite, Aufbau und Materialien
Das Herzstück jeder Schmelzefiltrierung ist das Siebmedium. Am häufigsten werden Drahtgewebe aus Edelstahl eingesetzt, die als Quadratmaschengewebe mit definierten Maschenweiten von typischerweise 20 bis 500 Mikrometern gefertigt werden. Die Trenngrenze wird dabei durch die lichte Maschenweite bestimmt, also den freien Öffnungsquerschnitt zwischen den Drähten.
In der Praxis werden Siebpakete aus mehreren Lagen unterschiedlicher Gewebe zusammengestellt. Eine grobmaschige Trägerlage sorgt für die mechanische Stabilität gegenüber dem Schmelzedruck, während eine oder mehrere feinmaschige Lagen die eigentliche Filterfunktion übernehmen. Der Schmelzedruck vor dem Sieb – der sogenannte Vordruck – kann je nach Viskosität der Schmelze und Verschmutzungsgrad mehrere hundert bar betragen. Daher sind Siebpakete mechanisch robust auszulegen und an den Stützkorb oder die Stützplatte des Filterwechslers anzupassen.
Neben Drahtgeweben kommen zunehmend gesinterte Metallvliese oder Sintermetallfilter zum Einsatz. Diese zeichnen sich durch eine homogenere Porenstruktur und höhere mechanische Belastbarkeit aus, sind jedoch in der Herstellung aufwändiger und entsprechend kostenintensiver. Für bestimmte Anwendungen – etwa bei sehr engen Toleranzen in der Medizintechnik oder bei der Verarbeitung hochabrasiver Compounds – können sie dennoch wirtschaftlich sein.
Statische und kontinuierliche Siebwechsler
Siebwechsler lassen sich grundsätzlich in zwei Kategorien einteilen: statische Systeme und kontinuierliche, automatische Systeme. Statische Siebwechsler sind einfach aufgebaut; das Sieb wird manuell getauscht, sobald der Differenzdruck – also die Druckdifferenz zwischen Siebvor- und Siebhinterseitig – einen definierten Grenzwert überschreitet. Dieser Vorgang erfordert einen Produktionsstopp, was bei kurzem Siebwechselintervall zu erheblichen Effizienzverlusten führt.
