Modellierung des Molekulargewichtsverlustes in Einschneckenextrudern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schöppner
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 110427838

Die Beschreibung des Prozessverhaltens von schnelldrehenden Einschneckenplastifiziereinheiten ist bereits in weiten Bereichen möglich, jedoch findet sich heute noch keine berechenbare Größe zur Beschreibung der Beschaffenheit der Schmelze am Düsenaustritt, die die Problematik des Molekülmasseabbaus durch die thermische und mechanische Belastungen berücksichtigt. Daher ist das Ziel dieses Forschungsvorhabens, den Molekülmasseverlust für einen beispielhaft ausgewählten Kunststoff im realen Extrusionsprozess bei unterschiedlichen Schneckengeometrien und Betriebspunkten zu berechnen. Dafür muss zunächst ein Stoffgesetz gefunden werden, welches den Zusammenhang zwischen der Molekülmasseverteilung und den Strömungsgrößen Druck, Temperatur und Deformationsgeschwindigkeit liefert. Hierzu müssen experimentelle Untersuchungen durchgeführt werden, die die aus der Literatur bekannten Stoffgleichungen parametrisieren. Die ermittelten Berechnungsergebnisse müssen anschließend experimentell abgeglichen werden.In den ersten beiden Projektjahren wurden erfolgreich belastete Polypropylen (PP) Proben erzeugt. Da es im Extruder u. a. zu Überlagerungen der Parameter Schergeschwindigkeit, Temperatur und Verweilzeit kommt, wurde auf ein selbstentworfenes Gerät zurückgegriffen. Mit diesem Gerät konnte jeweils ein Parameter variiert werden, während die andern Parameter unverändert blieben. Die belasteten Proben wurden analysiert und ausgewertet. Dadurch konnten die Einflüsse der Schergeschwindigkeit, Temperatur und Verweilzeit zufriedenstellend mit einer mathematischen Gleichung beschrieben werden. Das Modell wurde in die Softwareumgebung REX (Rechnergestützte Extruderauslegung) implementiert. Experimentelle Untersuchungen auf einem Laborextruder wurden durchgeführt und Materialproben am Düsenaustritt entnommen.Es ist vorgesehen, die Datenbasis für zwei weitere Polymere zu erweitern. Es sollen belastete Materialproben der Kunststoffe Polystyrol (PS) und Polybutylenterephthalat (PBT) erzeugt und analysiert werden. Da PBT bei der Anwesenheit von Wasser durch Hydrolyse reagiert und abbaut, wird der Einfluss der Feuchtigkeit im Polymer auf den Molekülmasseverlust untersucht. Weiterhin soll der Einfluss des Drucks auf den Materialabbau von PP berücksichtigt und in der Software REX integriert werden. Es werden experimentelle Untersuchungen auf einem Einschneckenextruder durchgeführt und der Druck an der Schneckenspitze variiert. Unter der Voraussetzung der erfolgreichen Bearbeitung entsteht so die Möglichkeit, den Plastifizierprozess materialschonend auszulegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen