Thermo-rheologische Randschichtphänomene bei Farb- und Materialwechseln in der Extrusion

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Johannes Karl Wortberg
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 234828979

Bei der Verarbeitung von Kunststoffen sind Farb- und Materialwechsel Bestandteil des industriellen Alltags. Besonders beim kontinuierlichen Extrudieren sind die Wechsel häufig mit hohem zeitlichen und materiellen Aufwand verbunden. Infolge von geringen Fließgeschwindigkeiten an der Fließkanalwand weist die dort in der Randschicht befindliche Kunststoffschmelze hohe Verweilzeiten auf und dominiert folglich die aufkommende Wechselzeit. Um den Wechselprozess effizienter gestalten zu können, ist es notwendig, ein verbessertes Prozessverständnis sowohl bei den Einflüssen auf die strömungsmechanischen Eigenschaften als auch auf das thermo-rheologischen Materialverhalten zu erlangen. Das Ziel dieses Vorhabens ist es, das Verständnis des auftretenden thermisch-rheologischen Materialverhaltens von thermisch als sensibel geltenden Materialien auszubauen. Hierzu werden neben den physikalisch bedingten temperatur- und schergeschwindigkeitsabhängigen Änderungen der Scherviskosität weitere Einflussgrößen wie die Zeit oder temperaturabhängige reaktive Einflüsse untersucht. Zur Charakterisierung des Materialverhaltens werden verschiedene Messmethoden herangezogen. Die aus diesen Messungen gewonnenen Erkenntnisse fließen in ein analytisches Modell zur Beschreibung der zeitlichen Änderung der Viskosität ein. Gegenwärtig wird zur Berechnung des Materialverhaltens eine rein thermisch induzierte Änderung berücksichtigt und wird nun dahingehend weiter ausgearbeitet werden, dass der Einfluss der Scherung mit einbezogen wird. Ferner wird der Einfluss der Oberflächentopologie der Fließkanaloberfläche im Fokus der Untersuchung von Farb- und Materialwechselprozessen stehen. Sowohl die Erkenntnis der vorangestellten thermo-rheologischen Untersuchung als auch der Einfluss der Fließkanaloberflächentopologie werden anschließend in eine numerische Berechnungsmethode integriert. Hierfür muss für die Materialänderung, beschrieben durch das Materialmodell, diese zunächst in die Simulationsumgebung implementiert werden. Für die Kalibrierung der Simulation werden die Ergebnisse mit praktischen Experimenten verglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen