Schmelzemulgieranlage
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Schmelzemulgieren bietet einen neuen Ansatz zur Herstellung polymerer Mikropartikeln, wie sie im Bereich der Additiven Fertigung, genauer im selektiven Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen, eingesetzt werden können. Trotz der in den letzten Jahren erzielten Fortschritte auf dem Gebiet der additiven Fertigung bestehen noch immer Limitierungen generativer Fertigungsverfahren, die sowohl durch den Fertigungsprozess an sich als auch hinsichtlich nicht verfügbarer Ausgangswerkstoffe bedingt sind. Das Schmelzeemulgieren gestattet in einem Prozessschritt die Herstellung sphärischer polymerer Mikropartikeln guter Fließfähigkeit, wie sie für additive Fertigungsprozesse zum Bau von dichten Bauteilen notwendig sind. Zur Herstellung dieser Pulver wird die zu emulgierende, bei Raumtemperatur feste Substanz (disperse Phase) in einer kontinuierlichen Phase unter Zugabe geeigneter Stabilisatoren / Emulgatoren oberhalb der Schmelztemperatur der dispersen Phase emulgiert. Hierbei findet die Zerkleinerung der Tropfen der Rohemulsion durch eine Rotor-Stator-Einheit statt. Durch Abkühlen der erhaltenen Feinemulsion wird infolge Verfestigung der schmelzeflüssigen Tropfen eine Suspension mit sphärischen Mikropartikeln erhalten. Die Anlagencharakterisierung fand unter Verwendung von Wachsen und technischen Polymeren (Polyolefine) als Dispersphase hinsichtlich des Einflusses von Rotor-Drehzahl, Volumenstrom, Emulgatorkonzentration, Schmelzeviskosität und Prozesstemperatur statt. In Abhängigkeit dieser Prozessparameter und der Viskosität der dispersen Phase können Mikropartikeln unterschiedlicher Größe bis x50,3 < 5 μm hergestellt werden. Höhere Schmelzeeviskositäten führen zu einer schlechteren Tropfenzerkleinerung und damit zu größeren Partikeln. Zudem ist die Partikelgröße durch die Rotor-Drehzahl, d.h. die Scher- und Dehnbeanspruchung und die Emulgatorkonzentration steuerbar: hohe Drehzahlen, d.h. hohe Energiedichten und gute Stabilisierung durch hohe Emulgatorkonzentrationen führen zu kleineren Partikeln. Insbesondere die Identifizierung geeigneter Emulgatoren, die über einen weiten Temperaturbereich sowohl die schmelzeflüssigen Tropfen, als auch die Partikeln während und nach der Abkühlung stabilisieren, ist entscheidend. Über Schmelzeemulgieren erhaltene, sphärische, gut fließfähige Polypropylenmikropartikeln (x50,3 < 30 µm) konnten bereits erfolgreich im Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen eingesetzt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Herstellung von Polyolefinstrahlschmelzmaterialien mittels Schmelzeemulgieren zum Einsatz in der additiven Fertigung. Neue Entwicklungen in der Additiven Fertigung - Beiträge aus der wissenschaftlichen Tagung der Rapid.Tech 2015, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2015
Fanselow; S., Schmidt, J.; Hiller, S.; Laumer, T.; Schmidt, M.; Wirth, K.-E.; Peukert, W.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-3-662-48473-9_2) - Production of micron-sized particles by melt emulsification. Proceedings of the 8th international conference for conveying and handling of particulate solids (CHoPs), 2015
Fanselow, S.; Schmidt, J.; Wirth, K.-E., Peukert, W.
- Production of micron-sized polymer particles by melt emulsification. 5th International Conference on Additive Technologies (iCAT), 2015
Fanselow, S.; Schmidt, J.; Wirth, K.-E.; Peukert, W.
- Production of Micron-sized Polymer Particles for Additive Manufacturing by Melt Emulsification. Proceedings of the Polymer Processing Society 31th international conference (PPS), 2015
Fanselow, S.; Schmidt, J.; Wirth, K.-E.; Peukert, W.
- Production of polyolefin powders to be used in Additive Manufacturing by melt emulsification. Rapid.Tech Proceedings, 2015
Fanselow; S.; Schmidt, J.; Laumer, T.; Schmidt, M.; Wirth, K.-E.; Peukert, W.
