Polyamid ist ein beliebter Werkstoff und wird vielseitig eingesetzt, unter anderem auch in der Pharmaindustrie. Polyamidteile sind fest, zäh und besonders chemikalien- und temperaturbeständig. Vorausgesetzt, das Material ist mit genügend Wasser angereichert. Während unpolare Kunststoffe wie Polyethylen oder Polypropylen wenig Feuchtigkeit aufnehmen, sind polare Kunststoffe wie PVC und vor allem Polyamide besonders aufnahmefähig für Wasser. Die Produktion, insbesondere der Spritzguss, entzieht dem Material jedoch Feuchtigkeit. Daher können die fertigen Teile oft nicht direkt weiterverarbeitet oder ausgeliefert werden.
Beim Polyamid wird zwischen drei Konditionierungszuständen unterschieden. Trockenes Material weist einen Wasseranteil von unter 0,2 Prozent auf, luftfeuchtes Material einen Anteil zwischen 2,7 und drei Prozent Wasser, bei nassem Material liegt der Wassergehalt zwischen 7,2 und acht Prozent. Im Zuge der Konditionierung wird das Polyamid gezielt mit 1,5 bis 3 Prozent Feuchtigkeit angereichert.
Zäh, haltbar, praktisch
Bei so behandelten Teilen sinkt die Steifigkeit des Materials deutlich ab – zugunsten der erwünschten Zähigkeit. Weil trockenes Material spröde und bruchanfällig ist, verbessert die Konditionierung auch Reibungs- und Verschleißeigenschaften. Nimmt der Kunststoff Feuchtigkeit an, quillt er zudem auf. Dieser Effekt tritt je nach Material und Bauteilbeschaffenheit unterschiedlich stark zutage. So können sich die Maße der Teile nach der Konditionierung teilweise gravierend ändern, was bei der Planung der Produktion schon berücksichtigt werden muss.
Der Wassergehalt hat auch auf andere Materialeigenschaften Einfluss. Die Glasübergangstemperatur etwa sinkt ab, wenn der Feuchtegehalt des Polyamids ansteigt. Ebenso verringert die Konditionierung den spezifischen Durchgangswiderstand sowie elektrischen Widerstand. Dieses Resultat wird oft gezielt herbeigeführt, weil die Teile anschließend einen geringeren spezifischen Oberflächenwiderstand aufweisen, sich nicht so stark elektrostatisch aufladen und damit weniger Staub anziehen.
Standardmethoden mit Nachteilen
Bezüglich seines Wassergehalts strebt Polyamid einen Gleichgewichtszustand entsprechend der Feuchtigkeit an, die in der Umgebungsluft enthalten ist. Entsprechend nimmt es auch im Normklima bei 23 °C und 50 Prozent relativer Feuchte Wasser auf. Dieser Prozess läuft jedoch sehr langsam ab. Schon bei dünnen Wandstärken können mehrere Monate vergehen, bis der Feuchteausgleich erfolgt ist. Für die doppelte Wanddicke muss man die vierfache Zeit einplanen. Zusätzlich hängt der Verlauf der Feuchtigkeitsaufnahme von der Form und der Oberflächenbeschaffenheit des Kunststoffteils ab. Der Prozess lässt sich etwas beschleunigen, indem man die Teile in PE-Säcken mit einem Anteil von bis zu zehn Prozent Wasser lagert. Aber auch dieses Verfahren ist zeitaufwendig. Weiterer Nachteil: Die Ergebnisse lassen sich kaum prognostizieren und reproduzieren. Empfindliche Teile können verunreinigt werden oder anderweitig Schaden nehmen.
Noch schneller nehmen die Kunststoffteile Feuchtigkeit auf, wenn man sie im Wasserbad konditioniert. Je höher die Temperatur, desto weniger Zeit wird benötigt. Je nach Material wird üblicherweise mit 40 bis 90 °C warmem Wasser gearbeitet. Die Wasserbadlagerung begünstigt jedoch, dass sich Wasserflecken und andere Beläge bilden. Auch die Oberflächenstruktur kann beschädigt werden. Besonders bei dünnwandigen Teilen besteht die Gefahr, dass sie sich während des Konditionierungsprozesses verziehen. Die Reproduzierbarkeit der Konditionierungsbedingungen ist zwar eher gegeben als bei der Lagerung in PE-Säcken, aber immer noch nicht ausreichend genau, um den Anforderungen an dokumentationspflichtige Bauteile gerecht zu werden.
Konditionieren nach Maß
Wo empfindliche, anspruchsvolle Teile schnell und präzise zu konditionieren sind, bietet die Konditionierungszelle eine sichere, praktische Lösung. Sie setzt sich aus zwei Elementen zusammen. Im Konditionierungsraum werden die Kunststoffteile während des Prozesses gelagert, die daran angeschlossene Anlage reguliert genau die Luftfeuchtigkeit und Temperatur im Inneren des Raumes. Die Abmessungen der Anlage sind flexibel wählbar und werden nach ihrem Verwendungszweck ausgelegt. Von der kompakten Zelle, die mit nur einer Palette beschickt wird, bis zum großvolumigen Raum, der mehreren Palettenwagen Platz bietet, sind unterschiedlichste Ausführungen realisierbar.
Auch im Hinblick auf den Luftzustand in ihrem Inneren ist die Konditionierungszelle absolut flexibel. Die Luftfeuchtigkeit kann, falls erforderlich, bis auf 90 Prozent erhöht werden. Dabei lassen sich die Teile in einem Temperaturbereich von 30 bis höchstens 81 °C konditionieren. Die Isolierstärke richtet sich danach, unter welchen Klimabedingungen konditioniert werden soll. Wie viel Zeit für den Vorgang anberaumt wird, hängt von Kunststoffzusammensetzung, Teilebeschaffenheit und gewünschtem Ergebnis ab. Frei wählbare Konditionierungszeiten zwischen wenigen Minuten und mehreren Tagen tragen zusätzlich zur Vielseitigkeit der Anlage bei.
Gleiche klimatische Bedingungen
Ein Konditioniervorgang beginnt damit, dass die Kunststoffteile mithilfe von Einzelpaletten oder Palettenwagen in der Zelle gelagert werden. Ist die Zelle sicher verschlossen, werden mithilfe der Steuerungseinheit die Konditionierparameter ausgewählt. Das kann ganz komfortabel automatisch erfolgen. Wenn der Prozess startet, saugt ein Lüftungsgerät die Luft aus der Zelle an. Sie wird auf die gewünschte Temperatur beheizt und mithilfe eines integrierten Dampferzeugers befeuchtet. Dann gelangt sie zurück in die Konditionierungszelle. Hier sorgt ein Luftverteilungssystem dafür, dass die klimatischen Bedingungen an jedem Punkt im Innenraum stets gleich bleiben.
Die aerosolfreie Befeuchtung verhindert, dass sich Kondenswasser auf den Bauteilen absetzt und ihre Oberfläche durch Wasserflecken beeinträchtigt wird. Zusätzlichen Schutz vor Kalkablagerungen bietet eine Enthärtungsanlage. Sie ergänzt den Dampfbefeuchter und verlängert auch die Lebensdauer des Geräts. Die Konditionierung dauert so lange an, wie vorab eingestellt wurde. Sind die Parameter passend gewählt, ist auch bei großen Objekten gewährleistet, dass das Material bis in den Kern mit Feuchtigkeit angereichert wird. Anschließend hilft eine integrierte Kühlanlage, Zeit zu sparen. Sie kühlt das Innere der Konditionierungszelle rasch auf einen vorher eingestellten Wert herunter. So kann die Ware direkt wieder entnommen, weiterverarbeitet oder verpackt werden.
Intelligente Steuerung
Herzstück der Anlage ist ein Schaltschrank mit integrierter Speicher-Programmierbarer Steuerung. Sie regelt die beim Konditionierprozess ablaufenden Vorgänge so genau, dass enge Feuchtigkeits- und Maßtoleranzen eingehalten werden können. Das bietet Sicherheit, vor allem bei der Produktion von dokumentationspflichtigen Bauteilen. Alle relevanten Parameter wie Temperatur- und Feuchtigkeitssollwert, Konditionierungsdauer, Aufheiz- und Abkühlphase kann der Nutzer nach dem persönlichen Login am übersichtlichen, praktischen TouchPanel einstellen. Die Bedingungen sind also exakt reproduzierbar. Für immer wieder anstehende Aufgaben lassen sich die Parameterkombinationen auch fest einprogrammieren. Diese Konditionierungsrezepte gewährleisten, dass gleiche Bauteile ohne großen Aufwand immer wieder unter den gleichen Bedingungen behandelt werden können. Sollten sich geringfügige Abweichungen ergeben oder wird ein neues Rezept benötigt, ist die Änderung der Parameter an der SPS jederzeit möglich.
