Modellierung des Kontaktverhaltens feiner adhäsiver Partikel

• Antragstellerin: Professorin Dr. Franziska Scheffler, seit 2/2016
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 169150463

Die überwiegende Zahl mineralischer Rohstoffe und Konzentrate, Hilfsstoffe, Werkstoffe,landwirtschaftlicher und synthetischer disperser Feststoffprodukte wird in Partikelgrößen kleiner als 100 μm erzeugt. Das umfasst feine Partikel (d < 100 μm) und ultrafeine (d < 10 μm) bis nanoskalige (d < 100 nm) Partikel. Hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften lassen sich diese Produkte häufig als anhaftend (adhäsiv), bindig (kohäsiv), verdichtbar (kompressibel), undurchlässig (impermeabel) und schlecht fließend kennzeichnen. Mit abnehmender Größe der Partikel steigt deren volumenbezogene spezifische Oberfläche und damit die Häufigkeit und Intensität ihrer Wechselwirkungen. Die mit abnehmender Partikelgröße verbundene abnehmende Kontaktsteifigkeit ist eine weitere Ursache für die zunehmende Partikelhaftung, die auf der Van-der-Waals-Anziehung im unmittelbaren Kontakt beruht.Das Ziel des Projektes besteht darin, bei Anwendung einer äußeren Beanspruchung die prozessbestimmende Intensivierung der Haftung, d.h. die Verknüpfung der inelastischen Kontaktverformung mit der verstärkenden Wirkung der attraktiven Van-der-Waals-Kräfte innerhalb der Kontaktzone feiner Partikel, deutlich herauszuarbeiten. Mit Hilfe des neuen Modells „steife Partikel mit weichen Kontakten“ wird die elastisch-plastische Repulsion bei der Normalbelastung eines glatten Kugelkontaktes modelliert. Für diese Kontaktkompression werden die neuen Kraft-Weg-Funktionen der Belastung, Entlastung, Wiederbelastung und Kontaktablösung hergeleitet. Aus den Be- und Entlastungsfunktionen wird ein neues Haftkraft-Normalkraft-Modell gewonnen, das die momentane (zeitinvariante) Haftkraftverstärkung beschreibt. Mit dieser lastabhängigen Haftkraft werden die mikromechanischen Modelle für elastisches und reibungsbehaftetes Gleiten, Rollen und Verdrehen (Torsion) deutlich erweitert. Außerdem wird eine geschwindigkeitsabhängige viskose Kontaktverformung für diese Beanspruchungen eingeführt und durch numerische Rechnungen bewertet. Die neuen Kontaktmodelle werden mittels Messdaten eines Rasterkraftmikroskops des MPI in Mainz überprüft, kalibriert und bewertet.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1486: Partikel im Kontakt - Mikromechanik, Mikroprozessdynamik und Partikelkollektive
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Tomas, bis 2/2016 (†)