Sarah Schaufler,
"Experimentelle Analyse der Mischwirkung von Segmentierten Wendelscherteilen unter besonderer Berücksichtigung des Verweilzeitverhaltens"
, 4-2022
Original Titel:
Experimentelle Analyse der Mischwirkung von Segmentierten Wendelscherteilen unter besonderer Berücksichtigung des Verweilzeitverhaltens
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Die Homogenisierung der Polymerschmelze stellt einen zentralen Prozessschritt in der Extrusion
von Kunststoffen dar. Die Mischperformance von Einschneckenextrudern kann durch
Verwendung unterschiedlicher Schneckenspitzen mit integrierten Scher- und Mischkanälen
verbessert werden. Bei hohen Anforderungen an die Schmelzehomogenität sowie bei hohen
spezifischen Durchsätzen sind Scher- und Mischelemente notwendig, um eine entsprechende
stoffliche und thermische Schmelzequalität zu gewährleisten. Für das dispersive Mischen
(Aufbrechen von Agglomeraten und Flüssigkeitstropfen) werden Scherteile verwendet, wobei die
gängigste Geometrie das Wendelscherteil ist.
Vorangegangene Studien zeigen, dass die Segmentierung von Scherelementen zu einer
geringeren Erhöhung der Massetemperatur und einem geringeren Druckunterschied entlang der
Schneckenspitze, bei ähnlicher Mischwirkung führen. Diese Effekte lassen sich auf die Geometrie
der Schneckenspitzen zurückführen. Die zugrundeliegenden Daten wurden großteils anhand von
Simulationen generiert und experimentell noch nicht überprüft. Diese Masterarbeit beschäftigt sich
mit der experimentellen Validierung der Mischwirkung segmentierter Schneckenspitzen.
Ziel dieser Arbeit ist ein verfahrenstechnischer Vergleich von vier unterschiedlichen
Schneckenspitzen bei der Extrusion von ausgewählten Polyolefinen auf einem 45 mm
Einschneckenextruder. Diese beinhalten ein konventionelles Wendelscherteil, zwei geometrisch
ähnliche, segmentierte Wendelscherteile und eine blanke Welle. Im Zuge der experimentellen
Untersuchungen wurden die thermische und stoffliche Homogenität der Kunststoffschmelze, die
Massetemperatur sowie der Druckverlust über das Scherteil analysiert. Zusätzlich wurde eine
Methode der Verweilzeitverteilungsmessung zur Analyse des Längsmischverhaltens untersucht.
Die Versuche wurden auf einem 45/28D Einschneckenextruder mit glatter Einzugszone unter
Verwendung von zwei unterschiedlichen Polyolefin-Typen durchgeführt. Der axiale Druckverlauf
wurde mit Drucksensoren entlang des Zylinders aufgezeichnet. Die letzten beiden Drucksensoren
befanden sich vor und unmittelbar nach der Schneckenspitze. Die thermische Homogenität im
Schmelzequerschnitt, nach der Schneckenspitze, wurde mithilfe eines Temperaturmesskreuzes
erhoben. Für die Auswertung der stofflichen Homogenität wurde das Granulat mit einem geringen
Anteil an schwarzem Masterbatch vermischt. Anschließend wurden vom Extrudat Proben
gezogen, Dünnschnitte angefertigt und mit Hilfe einer optischen Grauwertanalyse ausgewertet.
Die Testung der Methode zur Verweilzeitverteilungsmessung erfolgte anhand des konventionellen
Wendelscherteils und eines Rautenmischteils. Eine geringe Menge eines fluoreszierenden
Tracers wurde dabei in die Einzugszone eingebracht und dessen Strahlungsintensität mittels
zweier Fluoreszenzmesssonden vor und nach dem Scherteil/Mischteil gemessen. Die Ergebnisse
wurden auf statistische Signifikanz überprüft, um eventuelle Messfehler charakterisieren zu
können.