Konzeptionierung einer Messmethodik zum Abbauverhalten von Polypropylen und Polystyrol im Extrusionsprozess

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schöppner
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408072274

Im Bereich der Kunststoffverarbeitung werden Polymere plastifiziert, um sie zu Endprodukten bzw. Halbzeugen weiterverarbeiten zu können. Die Verarbeitung von Polymeren erfolgt dabei häufig auf Schneckenmaschinen. Beispiele stellen Extruder und Spritzgussmaschinen dar. Während der Verarbeitung auf solchen Schneckenmaschinen wird das Material thermisch und mechanisch stark belastet. Diese Belastung kann zu einer Änderung der Eigenschaften des Materials in Form eines Molekülmassenabbaus führen. Dieser Molekülmassenabbau kann auch zu Änderungen der mechanischen und chemischen Eigenschaften des Polymers führen.Der Abbau der Molekülmasse wurde im DFG-Vorgängerprojekt für Polypropylen (PP) sowie Polystyrol (PS) eingehend untersucht. Hier wurde der Materialabbau durch die Verarbeitung in ein mathematisches Modell überführt, mit welchem eine Berechnung der Materialschädigung durch die Verarbeitung ermöglicht wird. Die Modellierung basiert dabei auf drei Abbauparametern, welche für zu berechnende Materialien bekannt sein müssen: der Verweilzeitempfindlichkeit, der Schergeschwindigkeitsempfindlichkeit und der Temperaturempfindlichkeit. Diese Parameter müssen durch aufwändige Versuchsreihen und eine anschließende Regression für jeden Materialtyp ermittelt werden. In experimentellen Untersuchungen wurde festgestellt, dass eine typenbezogene Ermittlung der Materialkennwerte nicht ausreicht. Selbst bei der Betrachtung von mehreren Polypropylentypen sind die Empfindlichkeiten in Bezug auf Verweilzeit, Temperatur und eingebrachter Schergeschwindigkeit nicht identisch. Dies ist vermutlich auf eine unterschiedliche Stabilisierung der verschiedenen Materialtypen zurückzuführen. Strenggenommen ist demnach eine Ermittlung der Materialkennwerte für jedes einzelne Material notwendig, um eine adäquate Berechnung des Materialabbaus zu ermöglichen. Da die Ermittlung dieser Kennwerte sehr zeit- und arbeitsaufwändig ist, ist sie zur Berechnung des Materialabbaus momentan nicht wirtschaftlich. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher, in Zusammenarbeit mit der Firma KAUTEX Maschinenbau GmbH, eine Möglichkeit zur schnellen Messung der benötigten Materialempfindlichkeiten zu entwickeln. Die zu entwickelnde Prüfmethode soll im Idealfall ermöglichen, die Abbauparameter in wenigen Stunden zu ermitteln. Dies würde die Anwendbarkeit der mathematischen Berechnung entscheidend steigern.Im ersten Schritt sollen hierzu basierend auf dem Vorgängerprojekt geeignete Messmethoden zur Ermittlung der benötigten Materialparameter ausgewählt und ihre Nutzbarkeit überprüft werden. Darauf aufbauend soll eine Messmethodik konzipiert werden, die zunächst in Form eines Prototyps eine schnelle und zuverlässige Ermittlung der Materialabbaukennwerte ermöglicht. Die Messergebnisse sollen zudem anhand experimenteller Daten validiert und die Anwendbarkeit der Messmethodik auf weitere Materialien geprüft werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Kautex Textron GmbH & Co. KG