Martin Bastian, Thomas Hochrein
Einfärben von Kunststoffen
Produktanforderungen - Verfahrenstechnik - Prüfmethodik
Vorwort
6
Die Autoren
8
Professor Dr.-Ing.?Martin Bastian
8
Dipl.-Phys.?Thomas Hochrein
9
Inhaltsverzeichnis
12
1 Kunststoffe und Farbe
16
1.1 Motivation und Zielsetzung
16
1.2 Bedeutung von Kunststoffen und Additiven
18
1.3 Bedeutung der Farbe für Kunststofferzeugnisse
25
1.4 Allgemeine Entwicklungstrends und ihre Folgen
28
2 Wahrnehmung von Farbe
32
2.1 Einführung
32
2.2 Physiologische Grundlagen
35
2.3 Psychologische Grundlagen
40
2.4 Physikalische Grundlagen
43
2.4.1 Grundlagen zur Lichtstrahlung sowie zur additiven und subtraktiven Farbmischung
43
2.4.2 Reflexion, Brechung, Absorption, Transmission und Emission
50
2.5 Farbwahrnehmung in der Praxis – Appearance
56
2.5.1 Menschlicher Farbeindruck
57
2.5.2 Wege zur Objektivierung des Farbeindrucks
59
2.5.3 Appearance zur Beschreibung des farblichen Gesamteindrucks
63
3 Prüfen und Bewerten des Erscheinungsbildes von Erzeugnissen
68
3.1 Einführung
69
3.1.1 Farbvorlagesysteme zur Farbauswahl und Festlegung von Farbstandards
71
3.2 Lichtquelle, Lichtart, Normlichtart und Metamerie
73
3.3 Beobachter
77
3.4 Objekt
80
3.5 Farbsystem (Farbraum)
81
3.6 Farbdifferenz und Farbtoleranz
87
3.7 Prüfen der Farbe
90
3.7.1 Farbmessgeräte für flächige Proben
93
3.7.2 Farbmessgeräte für Schüttgüter
97
3.7.3 Schnelltest zur Bestimmung alterungsbedingter Farbveränderungen
102
3.8 Glanz, Haze, Orange Peel und Transparenz
105
3.8.1 Appearance-Messgeräte
111
3.9 Qualitätssicherung
112
3.10 Farbkommunikation
116
4 Farbmittel für Polymere
124
4.1 Einführung
124
4.1.1 Einteilung von Farbmitteln, Colour-Index
126
4.1.2 Charakterisierung von Farbmitteln, Farbstärke und Farbtiefe
128
4.2 Anforderungen an Farbmittel bzw. Farbpräparationen
131
4.2.1 Technologische Anforderungen an Farbmittel bzw. Farbpräparationen
134
4.2.1.1 Chemische Beständigkeit
134
4.2.1.2 Hitzestabilität
135
4.2.1.3 Lichtstabilität, Gelbwert, Blauwollskala, Lichtalterung
139
4.2.1.4 Wetterechtheit, Graumaßstab
142
4.2.1.5 Migrationsechtheit, Ausblühen, Ausbluten
142
4.2.1.6 Schwindung und Verzug
144
4.2.2 Gesetzliche Anforderungen an Farbmittel
146
4.3 Farbentstehung
150
4.4 Prinzipielle Eigenschaften der Farbmittel
153
4.5 Prinzipielle Eigenschaften der Farbstoffe
154
4.6 Prinzipielle Eigenschaften der Pigmente
156
4.6.1 Organische Pigmente
164
4.6.2 Anorganische Pigmente
167
4.6.3 Anorganische Effektpigmente
171
5 Alterung von Polymeren
188
5.1 Einführung
188
5.1.1 Einflussfaktoren auf die Alterung und Reaktionsmechanismen
194
5.1.1.1 Einfluss der Verarbeitung auf die Alterung
197
5.1.1.2 Einfluss der Strahlung und Probentemperatur auf die Alterung
198
5.1.1.3 Einfluss der Farbmittel auf die Alterung
207
5.2 Prüfkriterien zur Alterung bezüglich Aussehen und Oberflächeneigenschaften
210
5.3 Prüfung der Alterung durch Freibewitterung
214
5.4 Prüfung der Alterung durch künstliche Bewitterung
217
5.5 Korrelation und Zeitraffung zwischen Frei- und Gerätebewitterung
222
6 Festlegung der Farbrezeptur beim Einfärben von Polymeren
224
6.1 Einführung
224
6.2 Farbrezepturberechnung
226
6.2.1 Prinzipielle Vorgehensweise zur Farbrezepturberechnung
226
6.2.2 Theorie des optischen Strahlungstransports
228
6.2.2.1 Einfach- und Mehrfachstreuung
228
6.2.2.2 Strahlungstransport-Gleichung
230
6.2.2.3 Ansatz von Kubelka und Munk
231
6.2.3 Ermittlung der optischen Konstanten
234
6.2.4 Verfahren zur Berechnung und zur Korrektur von Farbrezepturen
238
6.2.4.1 Eichausfärbungen
238
7 Grundlagen zum Mischen
246
7.1 Strömungsverhältnisse beim Mischen
248
7.2 Distributives Mischen
257
7.2.1 Längsmischen
257
7.2.2 Quermischen
262
7.3 Dispergieren von Pigmenten
264
7.4 Flüssig/Flüssig-Mischen
281
8 Einfärben von Polymeren
288
8.1 Einführung
288
8.1.1 Farbmitteleinsatz
291
8.1.2 Materialbedingte Einflüsse auf das Erscheinungsbild
292
8.1.3 Verfahrens- und prozessspezifische Einflüsse auf das Erscheinungsbild
300
8.1.4 Mögliche Verarbeitungsfehler
302
8.2 Einfärben mit Pulverpigmenten, Masterbatch- oder Monokonzentratfertigung
305
8.3 Einfärben von Polymeren mit Masterbatches oder Monokonzentraten
311
8.4 Einfärben von Polymeren mit Flüssigfarben
317
8.5 Vergleich verschiedener Möglichkeiten zum Selbsteinfärben
320
8.5.1 Einfärbestrategie „Rundumversorgung aus einer Hand“
323
8.5.2 Einfärbestrategie „Alles in eigener Regie“
324
8.5.3 Einfärbestrategie „Alles von diversen Lieferanten besorgen“
326
8.6 Nachträgliches Einfärben von Kunststoffbauteilen
327
9 Anlagentechnik zum Einfärben von Polymeren
330
9.1 Einführung zum Compoundieren
330
9.2 Anlagenaufbau und Prozessschritte beim Einfärben
332
9.3 Compoundiermaschinen zum Einfärben
339
9.3.1 Einschneckenextruder (bzw. Spritzgießmaschinen)
342
9.3.2 Gleichdrall-Doppelschneckenextruder
348
9.3.2.1 Allgemeines zum Gleichdrall-Doppelschneckenextruder
348
9.3.2.2 Schneckenelemente des Gleichdrall-Doppelschneckenextruders
351
9.3.3.3 Berechnung des Prozessverhaltens des Gleichdrall-Doppelschneckenextruders
366
9.3.3 Gegendrall-Doppelschneckenextruder
379
9.3.4 Ko-Kneter
397
9.3.5 Ringextruder
410
9.3.6 Planetwalzenextruder
416
10 Ersatzgrößen und prozessnahe Methoden zur Bewertung eingefärbter Produkte
434
10.1 Druckfiltertest zur Dispergiergüteprüfung
436
10.1.1 Grundlagen des Druckfiltertests
437
10.1.2 Filtrierprozess und Siebwahl
443
10.1.3 Abhängigkeiten von der Füllstoffgeometrie
446
10.1.4 Prozessnaher Einsatz des Druckfiltertests
447
10.1.4.1 Anlagenkonzept zur Materialoptimierung
447
10.1.4.2 Durchführung des Online-Druckfiltertests
450
10.1.4.3 Anwendungsbeispiele für den Online-Druckfiltertest
451
10.2 Beurteilung extrudierter Folien
454
10.3 Prozessnahe Farbmessung
455
10.3.1 Automatisierte Farbmessung am Granulat
457
10.3.1.1 Anlagenkonzept zur automatischen Granulatfarbmessung
457
10.3.1.2 Regelkreis mit Rezeptierung
459
10.3.2 Farbmessung in der Schmelze
462
10.3.2.1 Sondenaufbau
463
10.3.2.2 Detektoren und Beleuchtungsquellen
466
10.3.3.3 Kalibrierung, Stabilität und Einflussfaktoren
469
10.3.3.4 Thermochromie
471
10.3.3.5 Korrelation mit Laborgeräten
473
10.3.3.6 Anfahr- und Regelstrategie
474
10.3.3 Prozessfarbmessung am Extrudat
477
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