Analyse der Blasenbildung in treibmittelbeladenen Kunststoffschmelzen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Bonten
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426052763

Die Schaumstruktur bei Extrusionsschäumversuchen wird in Abhängigkeit von physikalischen Schäummitteln, von der chemischen Rezeptur der modifizierten dehn-verfestigenden Kunststoffschmelzen und von den Betriebsparametern des Extrusionsprozesses analysiert. Die Korrelation der Dehneigenschaften der Kunststoffschmelze kann jedoch mit Blasen- und Schaumstrukturbildung nur unzureichend, rein qualitativ, erfolgen, da keine zuverlässige Informationen über die in den Gasblasen auftretenden Dehngeschwindigkeiten vorliegen. So kann keine gezielte Modifizierung der Kunststoffe für das Schäumen hinsichtlich der Dehnviskosität und der Dehnverfestigung für einen kontrollierten Blasenbildungsprozess vorgenommen werden.Aufgrund dieser rheologischen und verfahrensspezifischen Defizite beim Beschreiben der Schäumungsprozesse ist die Entwicklung eines neuen physikalisch und insbesondere rheologisch basierten Simulationsmodells zur besseren Vorhersagbarkeit und Analyse der Blasenbildung in den für das Schäumen gezielt modifizierten Kunststoffschmelzen zwingend erforderlich. Ein experimentell verifiziertes Blasenbildungsmodell und eine rheologische Zustandsgleichung, deren Parameter anhand rheometrischer Messungen direkt an den zu schäumenden Kunststoffschmelzen identifiziert werden können, werden hierbei zugrunde gelegt. Die chemisch modifizierte PLA-Typen sollen mit Rotations-, Kapillar- und Dehnrheometern rheologisch umfassend charakterisiert, die Dehngeschwindigkeiten in der an der Blasenwand äquibiaxial verstreckten Kunststoffschmelze experimentell bestimmt und ein Diffusionsmodell zur Beschreibung des Blasenbildungsprozesses beim Extrusionsschäumen angewendet werden.Bestehende Modelle für die Blasenbildung in treibmittelhaltigen Kunststoffen müssen mit der zeit- und deformationsabhängigen instationären Dehnviskositätsfunktion erweitert und die Zusammenhänge der Dehnviskosität und der Dehnverfestigung mit dem Blasenwachstum bekannt sein. Hierzu bietet sich das bekannte molekulare Spannungsfunktion-(MSF)-Modell an, dessen Parameter aus uniaxialen Dehnexperimenten exakt bestimmt werden können. Mit diesem Modell kann dann die äquibiaxiale Dehnströmung in realen Blasenbildungsprozessen beschrieben werden.Das mit der zeit- und dehndeformationsabhängigen und damit dehngeschwindigkeitsabhängigen Dehnviskositätsfunktion erweiterte Diffusionsmodell soll den Blasenbildungsprozess in seiner Anfangsphase, d.h. bei hohen Dehndeformationen und Dehndeformationsgeschwindigkeiten, beschreiben. Das neu entwickelte Blasenbildungsmodell kann dann bei der Generierung langkettenverzweigter Kunststoffe für Kunststoffschäume hilfreich eingesetzt werden und eine Vorhersage der zu erwartenden Schaumstrukturen kann ohne großen anlagentechnischen Aufwand erfolgen. Ferner können Rückschlüsse auf die Auswirkungen von Langketten-verzweigungen für kontrollierte Blasenbildung und auf die Ausbildung geschlossenzelliger Schaumstrukturen mit großen und dünnwandigen Zellen gezogen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen