Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines neuartigen Ansatzes zur Scherviskositätsbestimmung am Beispiel von wandgleitenden Kautschukmischungen

Bei der Extrusion treten meist Fließinstabilitäten auf, sobald eine kritische Produkti-onsgeschwindigkeit überschritten wird. Dadurch entstehen bei Produkten wie Installa-tionsrohren Oberflächendefekte. Viele Werkstoffe, wie z. B. lineare Polyethylene, PVC oder Kautschuke, neigen beim Fließen zum Wandgleiten, das die Fließinstabilitäten begünstigt. Zur Beschreibung von Wandgleitvorgängen existieren verschiedene An-sätze. Bislang gibt es jedoch keine einheitliche Modellvorstellung. Die existierenden rheologischen Messmethoden liefern im Fall von Wandgleiten unzureichende Resul-tate. Ohne die notwendigen Materialdaten ist eine genaue simulative Auslegung von bspw. Schnecken oder Extrusionswerkzeugen kaum möglich. Für die Entwicklung ei-nes geschlossenen Modellansatzes wird die Messung nicht-linearer Druckverläufe be-nötigt.

Ziel des Forschungsprojektes ist es daher, ein neuartiges Extrusionsrheometer zu ent-wickeln, mit dem der lokale Druck entlang der gesamten Düsenlänge bestimmt werden kann. Zudem wird ein Modell entwickelt, das die Druckabhängigkeit der kritischen Wandschubspannung beschreibt, bei deren Überschreitung Wandgleiten eintritt. Mit-hilfe des neuen Rheometers werden die Stoffparameter des Modells am Beispiel ver-schiedener zum Wandgleiten neigender Kautschukmischungen bestimmt. Über den Vergleich mit etablierten Kapillarrheometern wird die neue Messmethode validiert.

Mit diesem disruptiven Ansatz kann das Fließverhalten von Kunststoffen unter Berück-sichtigung von Wandgleiten zuverlässig bestimmt werden. Das verbessert die Materi-aldatenlage und damit die Vorhersagegenauigkeit bei der simulativen Auslegung. Für kmU ergeben sich kürzere Entwicklungszeiten sowie ein geringerer iterativer Aufwand für die Entwicklung. Mit einer verbesserten Werkzeug- und Prozessauslegung kann die Produktqualität gezielt gesteigert werden.