Doppelschneckenextruder
Final Report Abstract
Herstellung thermoplastischer Pulverwerkstoffe für das selektive Laser Sintern: Die Herstellung von Schüttgütern aufgebaut aus Partikeln einer definierten Form und Größenverteilung ist eine vergleichsweise große Einstiegshürde bei der Erschließung neuer Polymere für die Verwendung als Rohstoff in unterschiedlichsten Industrien (z. B. Additive Fertigung, Kosmetik, Pulverbeschichtungen). Daher wurde eine auf dem Extrusionssystem basierende, neuartige Verarbeitungsstrategie erforscht, die es erlaubt das zu pulverisierende Polymer in eine Matrix im Compoundierprozess einzubetten. Im Vergleich zu konventionellen Pulverisierungsverfahren ermöglichte die auf dem Extrusionssystem basierende Verarbeitungsstrategie eine verbesserte, insbesondere gleichmäßigere, Rundheit bei vergleichsweise hohen Massedurchsätzen respektive Mengenleistungen. Durch eine mehrstufige Temperaturführung im Doppelschneckenextruder kann sowohl eine Zerkleinerung als auch Verrundung eines Polymers in einem kontinuierlichen Verfahren erreicht werden. Das Verfahrensprinzip konnte für unterschiedliche Polymere und Matrixwerkstoffe aufgezeigt werden. Hierdurch wird ein wichtiger Beitrag zur Erweiterung des pulverisiert vorliegenden Werkstoffspektrums erreicht. Kunststoffe in optischen Systemen: Bei der Einarbeitung von Glasfüllstoffen in Kunststoffe steht meist eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften im Vordergrund. Glasfüllstoffe in transparenten Kunststoffen bewirken dabei meistens aufgrund von Absorption und Streuung des Lichts eine starke Abnahme der Transparenz. Durch die Verwendung von optischem Glas mit zum Kunststoff angepasstem Brechungsindex lässt sich die Transparenz eines Compounds erhalten. Eine 100 %-ige Transparenz ist aufgrund der unterschiedliche Abhängigkeiten des Brechungsindex von der Temperatur (thermo-optischer Koeffizient) und der Wellenlänge (Dispersion) meist nur für einzelne Temperaturen und Wellenlängen erreichbar. Den Einfluss des Brechungsindexunterschieds, der Materialien und Füllstoffe sowie der Verarbeitung auf die optischen Eigenschaften der Bauteile gilt es zu charakterisieren. Mit Hilfe des Extruders werden Füllstoffe aus optischem Glas mit definiertem Brechungsindex in PMMA eingearbeitet. Das so gewonnene Granulat wird im Spritzguss zu plattenförmigen Probekörpern weiterverarbeitet und anschließend deren mechanische und optische Eigenschaften charakterisiert. Neben einer starken Richtungsabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften bewirken Glaspartikel im Spritzgussprozess eine raue Oberfläche, die, unabhängig vom Brechungsindexunterschied von Matrix und Füllstoff, eine hohe Lichtstreuung bewirkt. Das Extrusionssystem stellt die Basis der Forschungsarbeiten in diesem Themenfeld dar, da hierdurch eine entsprechende Aufbereitung der Kunststoffe mit Füllstoffen unter definierten Randbedingungen (insbesondere einer hohen Dosiergenauigkeit) erfolgen kann. Duroplastgebundene Dauermagnete: Bei der Herstellung kunststoffgebundener Dauermagnete für das Spritzgießen werden zuerst magnetische Füllstoffpartikel in einer Kunststoffmatrix eingearbeitet. Als Matrix werden bisher vorwiegend technische Thermoplaste wie z. B. PA6 oder PA12, in einigen Anwendungen auch Hochtemperaturthermoplaste wie PPS eingesetzt. Duroplastische Matrixwerkstoffe, wie z. B. Epoxidharz, zeichnen sich im Vergleich zu thermoplastischen Matrixwerkstoffen mit einer niedrigeren Viskosität, besseren Anhaftung an Füllstoffe, geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und höheren Wärmeformstabilitäten aus. Aufgrund der guten magnetischen Eigenschaften wurde für die ersten Versuche Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) als magnetischer Füllstoff verwendet. Die Einarbeitung des hartmagnetischen, schwer dosierbaren Füllstoffs in die Matrix erfolgte über eine Compoundierung mittels des Doppelschneckenextruders. Final wurden Bauteile aus hochgefüllten duroplastischen Compounds spritzgegossen und anschließend hinsichtlich ihrer Eigenschaften charakterisiert.
Publications
- Influences of the Design and Production on the Characteristic Properties of Multipolar Bonded Magnets. In: Electric Drives Production Conference 2014, 30.09.2014, Nürnberg
K. Kurth, D. Drummer
(See online at https://doi.org/10.1109/EDPC.2014.6984391) - Polymer Powder Production for Laser Melting Through Immiscible Blends. In: New Paradigm of Particle Science and Technology, Proceedings of The 7th World Congress on Particle Technology 102 (2015), S. 1918-1925
D. Drummer, M. Medina-Hernández, M. Drexler, K. Wudy
(See online at https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.01.332) - Influences of the variation of process parameters on the pole length of multipolar bonded magnets. In: SPE Proceedings ANTEC, Indianapolis, Indiana (2016)
K. Kurth, E. Grünewald, D. Drummer
