Theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Aufschmelzverhalten wandgleitender Materialien in Einschneckenmaschinen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Volker Schöppner
• Subject Area: Plastics Engineering
• Term: from 2006 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 14741960

Zur Beschreibung der Antriebsleistung von Plastifizierextrudern existieren bisher mathematisch-physikalische Modelle, die allein unter der Voraussetzung wandhaftender Schmelze entwickelt wurden bzw. werden. Es gibt jedoch eine Reihe von Kunststoffschmelzen, die wandgleitend sind. Des weiteren werden heutzutage bewusst Fluorpolymere zum Basispolymer beigesetzt, um Wandgleiteffekte zu erzeugen. Diese dienen in erster Hinsicht zur Vermeidung von Fließinstabilitäten am Werkzeugaustritt, führen jedoch bei der Verarbeitung in einem Extruder zu veränderten Prozessbedingungen. Da die bisher entwickelten mathematisch-physikalischen Modelle nur für wandhaftende Kunststoffschmelzen gelten und mit diesen das Leistungsverhalten wandgleitender Kunststoffschmelzen nicht beschrieben werden kann, ist eine Aussage über die Antriebsleistung bei der Verarbeitung wandgleitender Kunststoffe nicht möglich. Aus diesem Grund soll in dem hier angestrebten Forschungsvorhaben ein Modell zur Beschreibung der Antriebsleistung unter Berücksichtigung von Wandgleiteffekten sowohl von Schmelzeextrudern als auch Plastifizierextrudern, die im Aufschmelzbereich parallel zur Schmelze einen Feststoffanteil aufweisen, generiert werden. Als Ausgangspunkt der zu entwickelnden Theorie sollen Finite-Elemente-Rechnungen dienen, mit denen die Strömungsvorgänge in den Schneckenkanälen mit hoher Genauigkeit ermittelt werden können. Auf Basis theoretischer Grundlagenbetrachtung und der FE-Ergebnisse werden Modelle aufgestellt. Parallel zu den theoretischen Betrachtungen sollen Experimente mit unterschiedlichen Verfahrensparametern und Materialien durchgeführt werden. Diese dienen der Verifizierung der vorhandenen Erkenntnisse aus den theoretischen Modellen. Eine vollständige Modellierung des Leistungsverhaltens wandgleitender Kunststoffschmelzen ermöglicht eine gezielte Auslegung und damit eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit bei der Entwicklung von Extruderkonzepten.

• DFG Programme: Research Grants