Modellierung des Materialabbaus von Polypropylen auf dem gleichläufigen Doppelschneckenextruder

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schöppner
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417975674

Der Materialabbau von Kunststoffen während des Verarbeitungsprozesses beeinflusst die Eigenschaften des Endproduktes. Durch mechanische und thermische Belastung während des Prozesses werden Polymerketten zerteilt oder durch oxidative Degradation abgebaut. Verminderte Brucheigenschaften des Endproduktes können unter anderem das Ergebnis sein. Jedoch lässt sich der Materialabbau erst nach dem Compoundierprozess bestimmen, was einen hohen geldlichen und zeitlichen Aufwand mit sich bringt. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines Modells zur Beschreibung des Molmassenabbaus bei der Verarbeitung von Polypropylen auf dem gleichläufigen Doppelschneckenextruder. Dabei soll ein möglichst schonender Prozess entwickelt werden, welcher aber dennoch weitere Randbedingungen, wie zum Beispiel einen hohen Durchsatz, berücksichtigt. Als Einflussparameter für das Modell sollen die Größen Schergeschwindigkeit, Verweilzeit und Temperatur berücksichtigt werden. Unter Variation der Schnecken- und Temperaturkonfiguration sowie verschiedener Drehzahlen und Durchsätze sollen die genannten Einflussparameter variiert werden. Für das vorliegende Projekt soll Polypropylen als zu untersuchenden Kunststoff genutzt werden, da dieser einer der industriell wichtigsten Massenkunststoffe darstellt. Es werden drei verschiedene PP-Typen eingesetzt, welche sich hinsichtlich des MFIs unterscheiden. Als zu untersuchende Zielgröße wird die intrinsische Viskosität gewählt. Mit Hilfe empirisch ermittelter Parameter, welche die hydrodynamischen Wechselwirkungen zwischen Polymerknäuel und dem Lösungsmittel wiedergibt, beschreibt der Mark-Houwink-Plot den proportionalen Zusammenhang zwischen der intrinsischen Viskosität und der Molmasse (Viskositätsmittel). Die Bestimmung der intrinsischen Viskosität soll mittels eines Ubbelohde-Viskosimeters geschehen. Durch den Vergleich der Durchlaufzeit des Lösungsmittels und der Lösung mit einer bestimmten Konzentration wird die relative Viskosität beschrieben. Durch den Ansatz nach Billmeyer kann nun der Staudinger-Index bestimmt werden. Die Auswertemethode der Gelpermeationschromatographie wird in diesem Fall nicht angewendet, da der wirtschaftliche Aufwand in keinem Verhältnis zum Nutzen steht und auch für die spätere Anwendung die Messung der intrinsischen Viskosität einfacher ist. Ausgewählte Betriebspunkte werden dennoch durch die Gelpermeationschromatographie untersucht, um das Modell zu verifizieren. Die experimentellen Untersuchungen und deren Auswertung dienen der Entwicklung eines neuen Modells zur Beschreibung des Materialabbaus bei der Verarbeitung auf Doppelschneckenextrudern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen