Analyse und Modellierung des Aufschmelzverhaltens von Kunststoffen in Ko-Knetern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Bastian
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324376716

Die schonende Aufbereitung von Kunststoffen ist insbesondere wegen der stetig wachsenden Bedeutung von Biopolymeren und Recycling ein zentraler Bestandteil im Kreislauf von Kunststoffprodukten. Der Ko-Kneter stellt in diesem Zusammenhang ein Maschinensystem dar, welches durch seine ausgezeichneten Homogenisierungseigenschaften sowie durch die geringe Scherbeanspruchung des Materials besonders gut für anspruchsvolle Aufbereitungsaufgaben geeignet ist. Die Entwicklung des Ko-Kneters zum heutigen Reifegrad basiert aufgrund fehlender Modelle für diesen Maschinentyp größtenteils auf Erfahrungswissen und „Trial-and-Error“ Methoden. Durch steigende Anforderungen und komplexere Prozesse wird dies zunehmend zum Problem, denn Simulationen stellen ein effektives Werkzeug zur Optimierung von Verfahren dar. Deshalb hat sich der Einsatz von Simulationen bei der Entwicklung von Extrudern etabliert. Für Ko-Kneter sind zwar erste Modelle zur Beschreibung des Prozessverhaltens publiziert worden, diese vernachlässigen aber das Aufschmelzen und sind somit nur für reine Schmelzeförderung gültig. Ziel des Vorhabens ist deshalb die Untersuchung des Aufschmelzverhaltens von Kunststoffen in Ko-Knetern. In der ersten Förderperiode wurden grundlegende physikalisch-mathematische Modelle zur Beschreibung der Aufschmelzvorgänge entwickelt. Mit einem dispersen Aufschmelzmodell ist es dabei gelungen, das Aufschmelzen von Granulaten im Ko-Kneter zu beschreiben. Die Modelle führen aber nur zu validen Ergebnissen, wenn das Aufschmelzen mit dem Ort der ersten Vollfüllung übereinstimmt. Zudem wird die Energieeinbringung über plastische Energiedissipation vernachlässigt. In der zweiten Förderperiode soll deshalb die Modellierung des initialen Aufschmelzens verbessert werden. Hierzu wird die plastische Energiedissipation modelliert. Dabei sollen sowohl Ergebnisse aus experimentellen Untersuchungen am Ko-Kneter als auch mechanische Kennwerte zur Kalibrierung der Modelle eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen