Verarbeitungsrelevante Untersuchungen zum Wandgleiten in Druck- und Schleppströmungen
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Wandgleiten ist ein rheologisches Phänomen, das beim Fließen einiger Kunststoffschmelzen auftritt. Im vorliegenden Fall wurden die Materialien Polyvinylchlorid (PVC) und Polylactidacid (PLA) näher betrachtet, welche beide im verarbeitungsrelevanten Bereich zum Wandgleiten neigen.
Bei den durchgeführten Untersuchungen wurden sowohl gleich- als auch gegenläufige Doppel-schneckenextruder mit Extrusionsrheometern sowie Laborrheometer verwendet. Zusätzlich zu den Standardmethoden wurde die sogenannte Pulsed-Wave-Velocimetry, ein bildgebendes Verfahren, welches auf einer Messung mittels Ultraschall basiert, eingesetzt.
Bei der Extrusionsrheologie wird das Wandgleiten grundsätzlich in der Düse untersucht. Um jedoch eine Unterscheidung treffen zu können, inwiefern das Gleitverhalten der Materialien von der Vorgeschichte abhängt, werden unterschiedliche Schneckengeometrien und Aufbauten der Extruder zur Verarbeitung der Kunststoffe verwendet. So werden unterschiedliche PVC-Typen, sogenannte Dryblends, welche für Rohre und Profile rezeptiert sind, getestet. Neben einem konisch gegenlaufenden Extruder wird auch ein parallel aufgebauter Gegenläufer mit adaptiertem Extrusionsrheometer für die Untersuchungen verwendet. Außerdem wird der Einfluss des Materials und der Schneckengeometrie auf die Verweilzeit und deren Verteilung untersucht.
PLA wird im Rahmen dieser Arbeit auf einer gleichlaufenden Maschine verarbeitet. Wieder werden unterschiedliche Schneckengeometrien eingesetzt. Zusätzlich wird der Einfluss von Feuchtigkeit, Kettenverlängerer und verfahrenstechnischen Parametern wie Schneckendrehzahl und die Intensität der Entgasung auf das Wandgleiten untersucht. Die Verweilzeit sowie deren Verteilung werden mittels Fluoreszenzspektroskopie gemessen.
Da all diese Parameter einen Einfluss auf die Molmassenverteilung haben, wird diese an-schließend mittels Gelpermeationschromatografie (GPC) bestimmt, um so eine Aussage über den Zusammenhang von Wandgleiten zur Molmasse zu erhalten.
Für die Messung des Wandgleitens kommt hier Pulsed-Wave-Velocimetry zum Einsatz. Es handelt sich dabei um eine Messung mittels Ultraschall auf Basis des Dopplereffekts, welche es ermöglicht, das Strömungsprofil der Schmelze innerhalb einer hierfür entwickelten Düse während der Extrusion zu messen.
Die Messung am klassischen Extrusionsrheometer mit den für die Auswertung des Wandgleitens nötigen unterschiedlichen Düsenhöhen und die Auswertung der Messdaten, welche offline erfolgen muss, kann mehrere Tage dauern. Die Messung mittels Ultraschall kann inline, während der Extrusion, erfolgen und ist damit sehr viel schneller und praktischer umzusetzen.
Es ist bekannt, dass die Viskosität einer Kunststoffschmelze und damit deren Molmasse das Strömungsprofil direkt beeinflussen. In der vorliegenden Arbeit soll ein Zusammenhang zwischen Molmasse und Strömungsprofil für PLA dargestellt werden.