Story
RecyclingMuss Klimaschutz die Qualität beeinträchtigen?
PTFE und Upcycling Klingt das zu schön, um wahr zu sein?
PTFE
Wofür?
PTFE, also Polytetrafluorethylen, kommt in Industriebereichen wie der Dichtungstechnik, Elektrotechnik oder im Chemieanlagenbau häufig zum Einsatz.
Charakterbild
Das Polymer verfügt über ein starkes Charakterbild: Hohe Temperatur- und Witterungsbeständigkeit, sehr gute Chemikalienbeständigkeit und ein geringer Reibungskoeffizient sind nur einige der hervorzuhebenden Eigenschaften. Das macht PTFE zu einem extrem vielseitig einsetzbaren Material, insbesondere wenn es hohen Temperaturen oder starker Reibung ausgesetzt ist.
Problematische Eigenschaften
Allerdings hat das Material auch Schwächen. Durch geringe intermolekulare Wechselwirkungen zwischen den Polymerketten weist reines PTFE ein geringes E-Modul, hohen Kaltfluss sowie eine hohe Verschleißrate auf.
Maßgeschneiderter Füllstoffmix
Um diese negativen Eigenschaften zu kompensieren und die mechanischen dagegen erheblich zu verbessern, wird dem PTFE ein maßgeschneiderter Füllstoffmix beigemischt. Insbesondere im Bereich der Dichtwerkstoffe, wie sie in Kolbenkompressoren verwendet werden, ist diese Optimierung von großer Bedeutung. Hier sind die thermische Belastung sowie die dynamische Druckbelastung besonders hoch. Je nach zu verdichtendem Prozessgas sind hier individuelle Füllstoffkombinationen notwendig.
PTFE Recycling - eine große Herausforderung
Die spezielle und individuelle Verarbeitung macht das Recycling von PTFE zu einer ganz besonderen Herausforderung. Schließlich setzt sich jeder Füllstoffmix aus ganz individuellen, den jeweiligen Anforderungen entsprechenden Materialien zusammen.
STASSKOL
Experten für maßgeschneiderte Kunststoffe
Recycling
Herausforderung RecyclingWie recycelt man einen Füllstoffmix?
Für den nachhaltigen Umgang mit PTFE ist ein sehr aufwendiges Verfahren notwendig, da PTFE als äußerst schwer zu recyclen gilt. In diesen aufwendigen Prozessabläufen wird der Kunststoff am Ende so zerkleinert, dass eine möglichst gleiche Korngröße gegeben ist. Das erstaunliche Ergebnis zeigt, dass das recycelte Material der Qualität der Neuware nicht nur entspricht, sondern die Qualität des Ausgangsmaterials sogar noch übertrifft.
Damit das Verfahren erfolgreich umgesetzt werden kann, wird das sogenannte Press-Sinter-Verfahren angewendet. Dieses kann entweder im Cold Compression Molding (CCM) oder als Hot Compression Molding (HCM) umgesetzt werden. Beim Press-Sinter-Verfahren von PTFE muss der Werkstoff bzw. die Mischung wieder auf die ursprüngliche Korngröße von etwa 20 bis 40 µm zerkleinert werden. Es sind also vor allem kleine Korngrößen gefordert.
Sortenreines Sammeln
von Spänen und Reststücken des entsprechenden Werkstoffs
Grobes Zerkleinern
der gesammelten PTFE-Abfälle mit einer handelsüblichen Schneidmühle
Feines Mahlen
der zerkleinerten Partikel mit einer speziellen Prallsichtermühle
Einmischen
des gemahlenen Materials in unterschiedlichen Anteilen in die Neuware mit einem Pulvermischer
Herstellung von Halbzeugen
unter Standard-Verarbeitungsbedingungen
Überprüfung der Eigenschaften der Materialien
mittels Härte- und Dichtemessung, Zugversuchen und tribologischer Charakterisierung
Verfahrenstechnik
Probieren und studierenDie Auswahl der Versuchsmaterialien
Während SK202 ein CCM-PTFE mit Glasfasern, Kohle und Grafit ist, handelt es sich bei SK801 um ein HCM-PTFE mit Carbonfasern und thermoplastischem Füllstoff.
Diese beiden Materialen wurden gewählt, damit sowohl das Kalt- als auch das Heißpressverfahren angewendet werden konnten. Das Kaltpressverfahren stellt eine größere Herausforderung dar, weil der Größe der pulverförmigen Partikel eine besondere Rolle zukommt. Eine Mischung mit einem signifikanten Anteil an Carbon- und Glasfasern wurde ausgewählt, da dabei die Gefahr einer Verkürzung der Faserlängenverhältnisse und damit eine direkte Auswirkung auf die Eigenschaften des Werkstoffes besteht.
Aus grob mach feinAber wie?
An diesem Punkt wurden dann Profis für Fein- und Feinstvermahlung mit in das Projekt einbezogen: Die Experten von NEUMAN & ESSER Process Technology.
NEUMAN & ESSER Process TechnologyMehr als 90 Jahre Erfahrung in mechanischer Verfahrenstechnik
Die richtige TechnikICM 15 für feine Korngrößen
Bei der Prallzerkleinerung wird das Mahlgut durch einen konstanten Luftstrom in den Mahlraum eingetragen. Bei der Vermahlung schleudern die Mahlwerkzeuge das Aufgabegut in das Prallfutter und zerkleinern es. Durch den konstant anliegenden Spülluftstrom wird das gemahlene Material aus dem Mahlraum ausgetragen. Dieser Materialaustrag wird durch ein sich schnell drehendes Sichterrad blockiert. Die Mahlfeinheit lässt sich flexibel über die Sichterdrehzahl der Prallsichtermühle einstellen. Das Sichterrad können nur Partikel passieren, die klein genug sind, um bei hoher Geschwindigkeit einen Weg durch einen Spalt des Sichterrades zu finden. Durch die Variation der Parameter Mahlgeschwindigkeit (m/sec), Massestrom (kg/h) sowie Geschwindigkeit des Sichterrades (m/sec) kann der Prozess so reguliert werden, dass die gewünschte Korngröße erreicht wird. Der Füllgrad der Mahlkammer nimmt ebenfalls einen großen Einfluss auf das Ergebnis.
Die Vorzüge der ICM liegen in der engen Kornverteilung mit scharfen Oberkornbegrenzungen von 20 μm bis 2.000 μm und geringen Feinstaubanteilen.
Vermahlung
Der MahlversuchSK202 und SK801 in der ICM 15
Beim SK202 ergab sich bei einem Durchsatz von 6,9 kg/h eine Korngröße von 47,7 µm und bei einem Durchsatz von 2,5 kg/h eine Korngröße von 44,6 µm.
Bei SK801 lag die Korngröße bei 56,7 µm bei 9,7 kg/h Durchsatz und bei 47,5 µm bei 2,7 kg/h Durchsatz.
Marc Giersemehl
Technischer Geschäftsführer NEUMAN & ESSER Process Technology
Auf ein Wortzum Thema Verfahrenstechnik und zum Ablauf des Mahlversuchs
Das erste Ergebnis SK202 und SK801 in der ICM 15
Das erste Ergebnis SK202 und SK801 in der ICM 15
Analyseverfahren
CharakterisierungMessung der mechanischen und tribologischen Eigenschaften
Verschleißfestigkeit Messung der tribologischen Eigenschaften
Verschleißfestigkeit Messung der tribologischen Eigenschaften
Große Partikel verringern die mechanische Festigkeit
Große Partikel verringern die mechanische Festigkeit
Der maximale Rezyklatanteil von SK202 Möglichkeiten von Rezyklatmischungen
Der maximale Rezyklatanteil von SK202 Möglichkeiten von Rezyklatmischungen
Der maximale Rezyklatanteil von SK801 Möglichkeiten von Rezyklatmischungen
Der maximale Rezyklatanteil von SK801 Möglichkeiten von Rezyklatmischungen
Erkenntnis
Das ErgebnisPTFE ist recyclebar!
Bei heißgepressten PTFE-Werkstoffen ist das anders. Bei diesen kann trotz erhöhter Partikelgröße aus reinem Rezyklat ein Halbzeug gewonnen werden, dessen Eigenschaften mit denen von Neuware konkurrieren kann. Das liegt ebenfalls am Verarbeitungsprozess, bei dem das Material mit Druck beaufschlagt wird, während es sich oberhalb der Glasübergangstemperatur im thermoelastischen Zustand befindet. Dadurch kann im Grünling eingeschlossene Luft entweichen, was für ein deutlich dichteres Materialgefüge im Vergleich zu kaltgepressten Materialien sorgt.
Die Resultate zeigen, dass Abfälle von hochgefüllten Dichtwerkstoffen auf Basis von PTFE recycelt und damit wieder in den Produktionsprozess zurückgeführt werden können. Das ist nicht nur im Hinblick auf einen verstärkten Umweltschutz interessant, sondern kann auch einen finanziellen Vorteil für verarbeitende Unternehmen bieten. Zusätzlich werden Eigenschaften wie die Verschleißfestigkeit positiv vom Einsatz des wiedergewonnenen Materials beeinflusst.
Prozessintegration
ProzessintegrationImplementierung in die Produktion
So kann des Recyclings in 3 Schritten realisiert werden:
1.Sammeln und Vorzerkleinern der Späne durch STASSKOL
2.Veredelung mittels Feinstvermahlen durch die Dressler Group
3.Einbringen des gemahlenen Pulvers in den STASSKOL Mischprozess
Die Realisierung des Projektes schont nicht nur die Umwelt, sondern verbessert auch die Haltbarkeit der Materialien und verringert die Abhängigkeit des Unternehmens von der aktuellen Rohstoffsituation. Ein dreifacher Gewinn durch die Kooperation innerhalb der NEA GROUP, sowie mit der Dressler Group als starken Partner.
Fazit
Marc Langela
Zentralbereich Technik
Auf ein Wrap-Upzu den Recycling-Möglichkeiten von PTFE
See you again
STASSKOL
STASSKOL Profil Dichtungstechnik seit über 100 Jahren
STASSKOL Profil Dichtungstechnik seit über 100 Jahren
STASSKOL verfügt über ein weltweit einzigartiges Testequipment und eine in-house Materialfertigung und ist deshalb in der Lage, in sehr kurzer Zeit individuelle, auf die Anwendung des Kunden speziell zugeschnittene, Kunststoffe zu entwickeln.
Das Unternehmen bietet aber nicht nur Halbzeuge, sondern auch die professionelle Weiterverarbeitung der Halbzeuge zu Maschinenbauteilen an. Dafür steht ein hochmoderner Maschinenpark bereit. So entwickeln die Experten intensiv eigene Materialien, die erfolgreich in vielen Bereichen wie z.B. der Lebensmittelindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Vakuumtechnik, dem Maschinenbau oder der Petrochemischen Industrie zum Einsatz kommen. Durch die Anwendung eines besonderen Herstellungsverfahrens verfügen die STASSKOL-Hochleistungskunststoffe über herausragende Eigenschaften. Zum Produktportfolio gehören neben den Hochleistungskunststoffen, Dichtungen für Kompressoren und Wellendichtungen.
und Rotierende Wellen
Gegründet 1920
als „Deventer Werke“
Standorte
in Deutschland, USA, China.
114 Mitarbeiter
weltweit
Dichtungsexperten
für Kompressoren
und Rotierende Wellen
Hochleistungskunststoffe
bis 1.200 mm Durchmesser
Eigene Materialproduktion
Eigene Forschung & Entwicklung
Hochmoderner Prüfstand
Patentschmiede
Tribometer
Härtetest für Abdichtelemente unter praxisnahen Bedingungen und Prüfung auf Funktion und Verschleißverhalten
STASSKOL StandorteWeltweit zu finden
STASSKOL Produkte müssen höchsten Anforderungen genügen und werden ständig weiterentwickelt. Erfahrungen und Fertigungs-Know-how werden über Generationen hinweg weitergegeben und sind von großem Wert für das Unternehmen.
STASSKOL ProdukteHochleistungskunststoffe mit herausragenden Eigenschaften für anspruchsvolle Anwendungen
Hochleistungskunststoffe
ESKAFLON – auf Basis von PTFE
PTFE ist ein hochflurierter Hochleistungskunststoff und zeichnet sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit, eine hervorragende chemische Beständigkeit sowie durch niedrige Reibkoeffizienten aus.
ESKAPEEK – auf Basis von PEEK
PEEK ist ein thermoplastischer teilkristalliner Hochleistungskunstoff und gehört zu der Gruppe der Polyaryletherketone. Ursprünglich wurde der Hochleistungskunststoff für die Raumfahrt entwickelt.
ESKIASINT – auf Basis von PI
Die Gruppe der Polyimide gehört zur absoluten Spitze der Hochleistungskunststoffe. Polyimide lassen sich je nach chemischer Struktur in die Gruppe der schmelzbaren und nicht schmelzbaren Materialien.
Dichtungen für Kompressoren
Kolben- und Führungsringe
Kolben- und Führungsringe (PGR – Piston and Guide Rings) kommen in liegenden, stehenden oder V-förmig angeordneten Zylindern zum Einsatz.
Gasdichter Kolbenring
Voraussetzung für eine optimale Dichtwirkung in Kolbenkompressoren ist das konstante Anpressen der Kolbenringe an die Zylinderwand.
Hyper Kolbenringe
Hyper-Kompressoren sind ein zentrales Element bei der Herstellung von Low density Polyethylen (LDPE).
Kolbenstangendichtungen
Kolbenstangendichtungen (PRPS – Piston Rod Packing Solution) werden in doppelt-wirkenden Hubkolbenverdichtern zur Abdichtung des kurbelseitigen Arbeitsraumes an der sich bewegenden Kolbenstange eingesetzt.
CNGS Kolbenstangendichtung
Für CNG (Autogas) Tankstellenverdichter wurde eine neue gasdichte Kolbenstangendichtung „Compressed Natural Gas Solution“ entwickelt, die deutlich geringere Leckagen aufweist als die Standardkolbenstangendichtung.
AIRS Kolbenstangendichtung
Für den Einsatz in Luftanwendungen wurde eine spezielle Packung entwickelt, die sich optisch deutlich vom Standard unterscheidet.
Einringdichtung
Der patentierte STASSKOL-Kolbenstangendichtring, die sogenannte Einringdichtung, kombiniert den ursprünglichen Dichtring und Deckring zu einem einzigen und einzigartigen Dichtring.
LESS Stillstandsdichtung
Ein Kompressor entspannt sich nach dem Abschalten über die Kolbenstangendichtungen.
Ölabstreifdichtung
Die Ölabstreifdichtungen – Oil Wiper Packing Solution -werden für Kompressoren liegender, stehender und V-förmiger Bauart gefertigt. Sie kommen ausschließlich in Kreuzkopfmaschinen zum Einsatz.
SOSS Standardölabstreifdichtung
Die Ölabstreifringe werden aus Weißbronze, Grauguss, Bronze, Weißmetall oder PTFE hergestellt.
BOSS Balanced Oil Sealing Solution
Die BOSS – Balanced Oil Sealing Solution – ist ein revolutionäres Dichtkonzept. Sie zeichnet sich durch eine hohe Abstreifeffizienz und eine system-immanente Dichtheit gegen den direkten Öl-Durchtritt und das Überströmen des Prozessgases aus dem Zwischenstück aus.
Zwischendichtung
In Kolbenkompressoren wird der Zylinderraum gegenüber dem Zwischenstück mit Hilfe einer Kolbenstangendichtung abgedichtet. Da eine 100%ige Abdichtung technisch nicht machbar ist, existiert auch bei Kolbenstangendichtungen mit Sperrgasanschluss eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass Prozessgas in das Zwischenstück gelangt.
Ventile
Ventile gehören neben den Kolben- und Führungsringen sowie den Kolbenstangendichtungen zu den Teilen eines Kompressors, die aufgrund der Beanspruchung am häufigsten ausgetauscht werden müssen.
Dichtungen für rotierende Wellen
Wellendichtungen
Wälzkolben-, Zellen-, Schrauben-, Flüssigkeitsring- oder Turbokompressoren benötigen Abdichtelemente in den verschiedensten Formen, um das komprimierte Medium zur Atmosphäre hin abzudichten. Die STASSKOL Produkte für diese Anwendungen laufen unter dem Namen DynamicSeal.
Wellenhülsen
Wellenhülsen sind ein hervorragender Verschleißschutz für die Welle bei allen Wellendichtungstypen.
Labyrinthdichtungen
Labyrinthdichtungen sind berührungsfreie und somit auch verschleißfreie Wellendichtungen.
Gleitringdichtungen
STASSKOL bietet Gleitringdichtungen für unterschiedlichste Anwendungen an. Unser fachkundiges Team steht zu Ihrer individuellen Beratung gern zur Verfügung.
Mischerdichtungen
Neben Standardwellendichtungen und Gleitringdichtungen bietet STASSKOL auch Mischerdichtungen zur Abdichtung von Suspensionen und Pulvern in schnell und langsam laufenden Anwendungen an.
Thomas Borchardt
Geschäftsführer STASSKOL GmbH
Auf ein Wortzu Themen und Inhalten von STASSKOL
Exkurs
Exkurs: Sintern
Beim Sintern werden drei Stadien durchlaufen, bei denen sich das Volumen und die Porosität des Grünlings verringern. Zuerst kommt es zur Verdichtung des Grünlings, ehe im zweiten Stadium die Porosität verringert wird. Im dritten Schritt entstehen durch Oberflächendiffusion zwischen den Pulverpartikeln Sinterhälse, die dem Sinterkörper seine Festigkeit geben.
Unterschied: Kaltpressen vs. Heißpressen
Unterschied: Kaltpressen vs. Heißpressen
Kaltpressen
Das Kaltpressen wird insbesondere für die Verarbeitung von Thermoplasten verwendet, die bei Erwärmung nicht erweichen, z. B. Fluorkunststoffe. Dabei wird das Material in kalte Formen gepresst und nach dem Ausstoßen aus der Form durch Sintern einer Wärmebehandlung unterzogen.
Heißpressen
Beim Heißpressen werden pulverförmige Rezepturen unter hohem Druck (≥ 700 bar) in einer Form zu einem Grünling verpresst und das Werkzeug anschließend auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes erhitzt. Nach Überschreiten der Erweichungstemperatur wird erneut Pressdruck auf das Materialgefüge ausgeübt. Somit lässt sich auch bei sehr hoch gefüllten Rezepturen ein sehr guter Verbund zwischen Füllstoff und Kunststoffmatrix erzielen.
Exkurs
Exkurs: Sintern
Beim Sintern werden drei Stadien durchlaufen, bei denen sich das Volumen und die Porosität des Grünlings verringern. Zuerst kommt es zur Verdichtung des Grünlings, ehe im zweiten Stadium die Porosität verringert wird. Im dritten Schritt entstehen durch Oberflächendiffusion zwischen den Pulverpartikeln Sinterhälse, die dem Sinterkörper seine Festigkeit geben.
Unterschied: Kaltpressen vs. Heißpressen
Unterschied: Kaltpressen vs. Heißpressen
Kaltpressen
Das Kaltpressen wird insbesondere für die Verarbeitung von Thermoplasten verwendet, die bei Erwärmung nicht erweichen, z. B. Fluorkunststoffe. Dabei wird das Material in kalte Formen gepresst und nach dem Ausstoßen aus der Form durch Sintern einer Wärmebehandlung unterzogen.
Heißpressen
Beim Heißpressen werden pulverförmige Rezepturen unter hohem Druck (≥ 700 bar) in einer Form zu einem Grünling verpresst und das Werkzeug anschließend auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes erhitzt. Nach Überschreiten der Erweichungstemperatur wird erneut Pressdruck auf das Materialgefüge ausgeübt. Somit lässt sich auch bei sehr hoch gefüllten Rezepturen ein sehr guter Verbund zwischen Füllstoff und Kunststoffmatrix erzielen.
PT
Funktionsweise der ICM
Test CenterIndividuelle Praxis-Versuche
Image VideoMahlanlagen und Sichtsysteme
Manfred Salgert
Geschäftsführer NEUMAN & ESSER Process Technology
Auf ein Wortzu den Themen und Aufgaben der NEUMAN & ESSER Process Technology
Führender Anbieter
für nachhaltige Prozesslösungen von Feststoffen
71 Mitarbeiter
weltweit
Stammsitz in Deutschland
weitere Standorte in USA und BRA sowie Büros in EGY, CHN und MYS
Fast 100 Jahre Erfahrung
in der mechanischen Fertigung
Großzügig dimensioniertes Test Center
für das Scale up und die Auslegung maßgeschneiderter Produktions- und Zerkleinerungsanlagen des Kunden
Lösungsanbieter von Mahl- und Sichtanlagen
inklusive vor- und nachgelagerter Systemkomponenten
Portfolio
mit Mühlen, Verrundungsmaschinen, Windersichtern, Zyklonabscheidern und Filtern für die trockene Verarbeitung von Partikeln
Traditionelle Anwendungen
in der Keramik-, Pigment- Aufbereitungs- und Düngelmittelindustrie sowie Pulverlackproduktion
Nachhaltige Lösungen f
ür die Elektromobilität und Batteriespeicher, recovered Carbon Black sowie Proteinanreicherung
After Sales Service
für Modernisierung und Umbau bestehender Mahlanlagen, auch fremder Bauart
Produktportfolio
Pendelmühle PM
Zum Feinmahlen und Trocknen
Prallsichtermühle ICM
Zur trockenen Feinvermahlung spröder Stoffe
Prallsichtermühle eXtra ICX
Zur energieeffizienten trockenen Feinstvermahlung
Hammermühle HM
Zum Vermahlen, Zerkleinern und Bearbeiten von weichen bis mittelharten Mahlgütern
Leitringsichter GRC
Höchste Ausbeuten bei scharfen Trenngrenzen und minimalem Energiebedarf
Deflektorsichter DC
Hocheffizienter Windsichter
Deflektorsichter eXtra DCX
Hocheffizienter Windsichter, der seine Stärken insbesondere bei der Sichtung von feinstem Produkt hat
Zyklonsichter CSF
Extra scharfe Trennschnitte im Feinheitsbereich von 5 μm bis 250 μm
Verbesserte Eigenschaften durch Recycling
Recycling
PTFE und Upcycling
PTFE - Was ist das?
Experten für maßgeschneiderte Kunststoffe
Herausforderung Recycling
Recycling Schritt für Schritt
Probieren und studieren
Aus grob mach fein
NEUMAN & ESSER Process Technology
Die richtige Technik
Der Mahlversuch
Auf ein Wort
Das erste Ergebnis
Charakterisierung
Verschleißfestigkeit
Große Partikel verringern die mechanische Festigkeit
Der maximale Rezyklatanteil von SK202
Der maximale Rezyklatanteil von SK801
Das Ergebnis
Auf ein Wrap-Up
Ausblick
See you again
STASSKOL Image Film
STASSKOL Profil
STASSKOL auf einen Blick
STASSKOL Standorte
STASSKOL Produkte
Hochleistungskunststoffe
Dichtungen für rotierende Wellen
Auf ein Wort
Exkurs: Sintern
Unterschied: Kaltpressen vs. Heißpressen
Funktionsweise der ICM
Test Center
Image Video
Auf ein Wort
Auf einen Blick
Produktportfolio