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Thema PVC-Verarbeitung
Das Multitalent
Weich oder hart, besonders stabil oder
extrem flexibel, bunt oder völlig
durchsichtig, besonders
widerstandsfähig gegen Witterung oder
gegen Beschädigung - PVC-Produkte
haben viele „Gesichter“. Fallweise ist
kaum zu glauben, dass derart
unterschiedliche Gegenstände aus ein
und demselben Werkstoff bestehen: Das
Fensterprofil und die LKW-Plane, die
Schwimmflügel, das Kabel und das
Kanalrohr.
Die weite Produktpalette beruht
einerseits auf der richtigen Rezeptur:
PVC wird nie in „Reinform“ verarbeitet,
sondern mit Hilfs- und Zusatzstoffen
variiert. Andererseits eignet sich PVC für
sämtliche Techniken, mit denen
Thermoplaste verarbeitet werden.
Extruder
In einem beheizten Zylinder dreht sich eine
Schnecke, welche die Formmasse nach vorn
fördert, verdichtet, plastifiziert (aufschmilzt) und
homogenisiert (homogenes=gleichmässig). Vor
den Schneckenzylinder ist ein Werkzeug gesetzt.
Dieses gibt der plastisch austretenden Masse die
gewünschte Form, z.B. Rohre, Profile, Tafeln,
Folien.
Daher ist selbst bei einer auf den ersten Blick so „einfachen“ Produktgruppe wie
PVC-Bodenbelägen genau zu unterscheiden: Es kann sich um einen kalandrierten
oder um einen Streichbelag handeln, kompakt oder geschäumt. Je nach
Einsatzgebiet und Nutzungsart wird man dem einen oder dem anderen den Vorzug
geben. Extrem hohe Beanspruchung spricht grundsätzlich für einen kalandrierten
Belag. Der kann dann allerdings wiederum homogen oder heterogen aufgebaut
sein, also aus mehreren gleich gearteten Schichten oder aus einer abriebfesten
Ober- und hoch gefüllten Unterschichten bestehen. Erstere finden meist im Objekt-,
letztere im privaten Wohnbereich Einsatz.
Eine Wissenschaft? Tatsächlich. In jahrzehntelanger Forschung und Erprobung
wurden Produkte entwickelt, die den Anforderungen „punktgenau“ entsprechen.
PVC hat seine Vielseitigkeit bewiesen. Rohstoffhersteller, Compoundierer, die
Maschinenindustrie und die vielen Verarbeiter-Branchen arbeiten gemeinsam an
der Verfeinerung von Produkten und Techniken. Zusatzstoffe werden den neuesten
Erkenntnissen angepasst, industrielle Fertigungen ökologisch und ökonomisch
optimiert und die Wiederverwertbarkeit von Abfällen wird bereits im Produktdesign
berücksichtigt.
Das Wichtigste in Kürze
� Die in der Praxis bedeutendsten PVC-Verarbeitungsverfahren sind das
Extrudieren, das Kalandrieren, das Spritzgiessen, die Pastenverarbeitung und
das Extrusionsblasformen.
� Extrudiert (lateinisch extrudere = heraustreiben) werden Halbzeuge, also

Produkte, die in der Folge weiterverarbeitet werden. Etwa Platten, Profile oder
Rohre.
� Folien werden kalandriert (lateinisch calandrer = rollen), also zwischen
Walzen in die gewünschte Breite und Stärke gebracht.
� Vor allem für komplizierte Formteile (etwa Maschinengehäuse und -teile) ist
das Spritzgiessen die beste Lösung. Der Vorteil: Meist ist keine weitere
Nacharbeit erforderlich.
� Für die Pastenverarbeitung wird dem PVC ein Weichmacher beigefügt,
sodass sich eine streichfähige Paste ergibt, die ihrerseits leicht
weiterverarbeitet (z. B. auf ein Trägermaterial aufgebracht) werden kann.
� Hohlkörper (wie etwa Flaschen) werden mittels Blasformung hergestellt.
Dabei wird ein PVC-„Schlauch“ in ein zweiteiliges Hohlwerkzeug gedrückt und
mit hohem Luftdruck an die Innenwände der Form gepresst, sodass der
Hohlkörper entsteht.
Die Einheit von Idee, Material und Verarbeitung
Besser als jede abstrakte Beschreibung kann das folgende Fallbeispiel die
Faszination der PVC-Verarbeitungsmöglichkeiten zeigen: „Ein Hochfrequenz-
Schweissapparat. Das war meine Fahrkarte zum Glück.“ So schildert der Engländer
Nick Crosbie jene „Begegnung“ im Jahr 1992, die am Anfang seiner
Erfolgsgeschichte steht.*) Einer Geschichte, die als typisch gelten kann für die
Bedeutung, die dem Zusammenführen einer Idee mit ihrer technischen Umsetzung
und der industriellen Fertigung zukommt. Nick Crosbie, noch keine 30 Jahre alt, ist
Gründer des mittlerweile international gefeierten Unternehmens „Inflate“. Nomen
est omen bei diesem Londoner Betrieb: Alles, was er herstellt, ist aufblasbar. Vom
Sessel über die Obstschale bis zum Eierbecher - alles aus PVC-Folie.
„Das Material genau nach den Vorstellungen“
„Am Anfang bist du sehr vom Verfahren abhängig“, weiss Crosbie, der gelernte
Designer. Und erzählt über die Phase des Experimentierens, in der „sehr viel
Material getestet“ wurde. „Es gibt viele Methoden, Kunststoffe herstellen zu lassen,
und es ist sehr unwahrscheinlich, wenn Du an etwas wirklich Neuem arbeitest, dass
es dann das Material, das für den Entwurf richtig ist, immer gibt.“ Crosbie fand sein
Material: 0,3 Millimeter PVC-Folie, 56 Prozent Weichmacher, mit Satin-Glanz. „300
Mikron ist ziemlich dick für aufblasbare Produkte, aber es erzeugt ein Gefühl von
hoher Qualität.“
Crosbies Partner Tom Dixon ergänzt: „Wir konnten eine Herstellungsmethode
finden, die ziemlich Low-Tech ist.“ Dadurch bleibt das Unternehmen auch bei
Kleinserien wettbewerbsfähig. „Wir machen viele der Muster und Gussformen in
unserer eigenen Prototypen-Werkstatt.“ Resümee und Ausblick der beiden
Erfolgsunternehmer: „Kunststoffe waren ein grosser Sprung nach vorn ... und
haben es mehr Leuten ermöglicht, Produkte mit gutem Design zu geniessen.“ PVC
ist in. Die Inflate-Erfolgsprodukte aus PVC beweisen es.
Die „vielen Leben“ eines Thermoplastes
PVC ist ein thermoplastischer Kunststoff. Es wird also in der Wärme weich und
lässt sich dann beliebig verformen. Die übliche Verarbeitungstemperatur beträgt
160 bis 200 (bei Plastisolen bis 230) Grad Celsius. Nach dem Abkühlen erstarrt
PVC wieder. Ohne dass sich die Eigenschaften wesentlich ändern, kann dieser
Vorgang mehrfach wiederholt werden. Diese Tatsache stellt auch für die stoffliche
Wiederverwertung von Verarbeitungsresten oder gebrauchten Produkten einen
unschätzbaren Vorteil dar. Für die Qualität des Recyclats spielt dabei naturgemäss

die Homogenität des verwerteten Materials eine wichtige Rolle, da durch die
Zusatzstoffe die Eigenschaften des gewonnenen Materials definiert sind. Doch
zurück zu den möglichen Wegen, die dem Roh-PVC, einem weissen Pulver, offen
stehen:
Das Compound
Wie die meisten Werkstoffe wird PVC nicht alleine, sondern gemeinsam mit Zusatzstoffen
verarbeitet. Auswahl und Dosierung dieser Stoffe bestimmen wesentlich die
Verarbeitungseigenschaften der PVC-Mischung und in der Folge die
Gebrauchseigenschaften des Fertigproduktes. Die Mischung aus PVC und
Additiven wird „Dryblend“ oder „Compound“ genannt und ist genau spezifiziert.
Die Extrusion
Diese Verarbeitungsform kann mit dem Vorgang in einem Fleischwolf verglichen
werden: Das PVC-Granulat wird unter Druck durch beheizte Förderschnecken
geschickt und dabei aufgeschmolzen. Dann wird das Material durch die Öffnung
des formgebenden Werkzeuges gepresst und abgekühlt. So entstehen
Fensterprofile, Rohre, Stäbe, Platten und ummantelte Kabel. Das Verfahren ist ein
kontinuierliches, läuft also grundsätzlich ohne Unterbrechung ab.
Das Kalandrieren
Dabei schmelzen zwei beheizte Metallwalzen die PVC-Mischung auf. Nachgeschaltete
Walzen homogenisieren es und bringen es in die gewünschte Dicke - ein
endloses Folienband entsteht. Auf diese Weise werden vor allem Platten und
Folien, aber auch (teilweise) Bodenbeläge und „Kunstleder“ hergestellt. Nach
Verlassen des Kalanders kann die Folie durch Prägen, Bedrucken, Beflocken oder
Metallisieren weiter behandelt werden.
Das Spritzgiessen
Hier erfolgt die Plastifizierung - ähnlich wie bei der Extrusion - durch ein beheiztes
Schneckensystem. Die Schmelze wird direkt in eine Form gespritzt und gekühlt,
anschliessend der feste Fertigteil aus der (geöffneten) Form entnommen. So
entstehen Fittings für Rohre, Gehäuse und Tastaturen oder etwa Gartenmöbel.
Das Blasformen
Dabei wird das aufgeschmolzene PVC durch eine Ringdüse gepresst, wodurch ein
dünnwandiger Schlauch entsteht. Sollen Folien hergestellt werden, wird der
Schlauch auf ein Mehrfaches seines Durchmessers aufgeblasen, flach gelegt,
abgezogen und aufgerollt. Zur Fertigung von Hohlkörpern (wie z. B. Mineralwasserflaschen)
wird der Schlauch mit Luft an die Wände einer entsprechenden Form
gepresst. Nach dem Abkühlen kann der geöffneten Form die fertige Flasche
entnommen werden.
Die PVC-Pastenverarbeitung
PVC-Pasten - „Plastisole“ - eröffneten der PVC-Verarbeitung neue Wege: die
Formgebung bei Raumtemperatur. Die Paste kann
� mit Messern, Walzen oder per Siebdruck auf ein Trägermaterial (Textil,
Glasfaser) gestrichen werden - Bodenbeläge, Planen,
� aufgesprüht oder injiziert werden - Dichtungen, KFZ-Unterbodenschutz,
� durch das Eintauchen einer Form gebunden werden - Handschuhe,
� rotationsgegossen werden - Bälle, Puppenkörperteile.

Durch das Erwärmen auf 180 bis 230 Grad Celsius geliert die Paste und fixiert die
Form.
*) Alle Zitate wurden entnommen aus: Florian Hufnagl (Hrsg.) Plastics + Design,
Arnoldsche, 1997
Den Anwendungen sind dank der vielfältigen Verarbeitungsmöglichkeiten von PVC
so gut wie keine Grenzen mehr gesetzt.
Interview
Herr Professor Kaiser, worin sehen
Sie die Besonderheiten der PVC-
Verarbeitung?
Polyvinylchlorid oder PVC ist ein
unglaublich vielseitiger Werkstoff. Im
Vergleich zu anderen Kunststoffen ist
die Bandbreite der Verarbeitungs-
möglichkeiten für PVC fast unendlich
gross - ob nun von einer Verarbeitung
aus der Schmelze ausgegangen wird
oder aus dem flüssigen Zustand.
Können Sie diesen letzten Punkt
näher erklären?
Nun, PVC wird üblicherweise in
pulverförmigem Zustand angeliefert.
Wenn dieses Pulver genügend hoch
erwärmt wird, dann entsteht ein
Schmelzezustand, durch den das
Material plastisch formbar wird.
Prof. Dr. Wolfgang Kaiser unterrichtet seit 1966
an der Fachhochschule Aargau in Brugg-Windisch
und hat dort die grösste Kunststoff-
Technologie-Ausbildungsstätte der Schweiz
aufgebaut. Seit 1990 ist er auch Dozent für
Kunststofftechnik an der ETH Zürich. Zudem ist er
Leiter des industrienahen Kunststoff-Ausbildungs-
und Technologie-Zentrums (KATZ) in Aarau, das
1993 eröffnet worden ist.
Als Endprodukte entstehen so entweder harte Rohre, Fensterprofile, Hohlkörper
und/oder flexible Folien, Dachbahnen und Medizinalartikel. Es gibt auch die
Möglichkeit, dem PVC-Pulver Flüssigkeiten in der Form von Weichmachern
und/oder organischer Lösemittel beizumengen: Das ergibt Pasten, die sogenannten
Plastisole oder Organosole. Diese Pasten können gegossen, gestrichen oder zur
Beschichtung anderer Materialien verwendet werden. Durch nachträgliche
Wärmebehandlung (Gelieren) und anschliessendes Abkühlen wird das Ganze dann
formstabil, abriebfest und gummiartig elastisch.
Welche Möglichkeiten gibt es, PVC zu verarbeiten?
An oberster Stelle stehen sicherlich das Extrudieren und Spritzgiessen. Doch PVC
eignet sich auch für Beschichtungen und für die Kalandertechnik. Bei den meisten
Verfahren muss darauf geachtet werden, die Temperatur sehr genau zu
kontrollieren. Wenn nämlich ein bestimmter Temperaturbereich überschritten wird,
kann es dazu kommen, dass sich PVC zersetzt. Um dies zu verhindern, gibt es in
den Maschinen und Anlagen Thermoelemente, die exakte Temperaturführungen
ermöglichen. Es ist ein Prinzip, das dem eines Kochherdes ähnelt: Eine Herdplatte
erhitzt sich so lange, bis eine gewünschte Temperatur erreicht ist, und bleibt dann
auf dieser Stufe.
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Wie wird diese Temperaturführung in der PVC-Verarbeitung gehandhabt?
PVC schmilzt durch Heizen und/oder durch Friktionswärme. Um etwa beim
Spritzgiessen die richtige Temperatur einzuhalten, gibt es eigens entwickelte
Spritzgiess-Schnecken für PVC, die verhindern, dass die Schmelze einer zu hohen
Reibung ausgesetzt ist. Für die Extrusion besitzen diese Schnecken zusätzlich eine
Bohrung in ihrem Kern, durch die bei Bedarf kaltes Wasser zugeführt wird, das die
Metalloberfläche der Schnecke abkühlt. Auch der Einsatz von Luftgebläsen zur
Kühlung ist weit verbreitet. Früher hat man einfach einen bestimmten Punkt fixiert,
der nicht überschritten werden durfte. Sobald sich die Temperatur diesem Punkt
genähert hat, wurden die Maschinen abgeschaltet. Die heutige Regelungs- und
Steuerungstechnik ermöglicht es, dieser Grenztemperatur - die im übrigen weit
über dem Siedepunkt des Wassers liegt, fast immer doppelt so hoch ist - gar nicht
erst zu nahe zu kommen, ohne den Produktionsprozess unterbrechen zu müssen.
Was können Sie uns über Entwicklungen in der Verarbeitung erzählen?
Die Grundgleichung der Kunststoff-Technik lautet: Makromoleküle plus Additive
ergeben einen Kunststoff. Das ist vor allem für PVC ganz spezifisch, denn ohne
Zusatzstoffe findet man PVC praktisch nicht. Erst durch die Zusatzstoffe erhält PVC
Eigenschaften wie etwa UV-Beständigkeit oder besondere Stossfestigkeit. Das
Paradepferd der Zusatzstoffe sind die Weichmacher - chemische Verbindungen,
die dem PVC zugesetzt werden, um seine Flexibilität zu erhöhen. An diesen
Zusatzstoffen wird laufend weitergearbeitet, um Produkte mit immer vielseitigeren
Eigenschaften zu entwickeln. Dann gibt es auch die Möglichkeit der
Copolymerisation: Dabei wird Vinylchloridmonomer mit den Grundmolekülen
anderer Stoffe polymerisiert.
Können Sie uns Beispiele dafür nennen?
Wenn etwa in die Molekülkette des Vinylchlorid Propylen eingebaut wird, dann
entsteht nach der Polymerisation ein innerlich weichgemachtes PVC: Es ist
besonders flexibel, hat ähnliche Endeigenschaften wie Gummi, kann jedoch viel
kostengünstiger in eine Vielfalt von Formen gebracht werden. Bei der sogenannten
Pfropf-Copolymerisation wird das Vinylchlorid auf eine Kette anderer Moleküle
aufgepfropft, zum Beispiel Acrylatkautschuk. Die Anwendungsgebiete dieses
Materials reichen von besonders schlagfestem PVC bis zu thermoplastischen
Elastomeren (TPE). Welche anderen Entwicklungen gibt es? Es wird daran
gearbeitet, das PVC-Pulver immer feinkörniger zu produzieren. Feinkörnige
Suspensionstypen mit einem Korndurchmesser von nur 30 Mikrometern (1
Mikrometer entspricht dem Tausendstel eines Millimeters) gewinnen ständig an
Bedeutung. Sie dienen einerseits als Verschnittharze für die Pastenverarbeitung:
Das neue, besonders feinkörnige Suspensions-PVC kann mit dem üblichen Pasten-
PVC verschnitten werden. Die daraus produzierte Paste wird streichfähiger,
ausserdem kann bei Beschichtungen die Oberfläche unterschiedlicher gestaltet
werden. So können etwa besonders hochwertige Fussböden mit matter Oberfläche
hergestellt werden, aber auch die Oberflächen von Folien, Platten oder Profilen
können mattiert oder strukturiert werden. Ich kann also die Verarbeitung nicht nur
variieren durch Zusatzstoffe und durch die Änderung der Molekularstruktur,
sondern habe eine zusätzliche Variante durch die Mischung unterschiedlicher PVC-
Typen.
Gibt es noch weitere Variationsmöglichkeiten?
Die Herstellung unterschiedlicher Blends macht sich immer stärker bemerkbar.
Blends - ein Begriff, den man auch aus der Tabakindustrie kennt - bedeutet in der
PVC-Verarbeitung das Mischen von PVC mit anderen Kunststoffen. Die Mischung
von PVC und bestimmten Kautschuksorten ergibt beispielsweise ein komplett
neues Material, das sich auch bei grosser Kälte als besonders schlagfest erweist.

Der Unterschied zwischen Mischung und Copolymerisation ist folgender: Die
Herstellung von PVC-Blends ist - im übertragenen Sinne gesprochen - wie eine
Legierung von Metallen. Ich nehme zwei fertige Kunststoffe, vermenge sie und
stelle so einen neuen Kunststoff her. Bei der Copolymerisation hingegen greife ich
ein, während sich eine Molekularkette aufbaut, verändere also einen Kunststoff,
während er entsteht. Was gibt es an Neuerungen? PVC hat einen sehr hohen
Reifegrad. Die ersten Copolymerisate wurden bereits vor Jahrzehnten hergestellt.
Dennoch gibt es immer noch Neuerungen - entweder durch neue Copolymerisate
oder durch andere Blends. Auch bei den Zusatzstoffen ändert sich viel: Es werden
neue Additive entwickelt, die zu vielseitigeren Endprodukten führen und auch den
gestiegenen Umweltansprüchen immer besser entsprechen. Am wichtigsten sind
jedoch die grossen ökologischen Fortschritte bei der Herstellung, Verwendung und
Verwertung von PVC. Diese Fortschritte werden auch in unabhängigen
Untersuchungen anerkannt, PVC schneidet etwa in der kürzlich veröffentlichten
Studie der Prognos AG in Basel sehr gut ab.