Thermo-rheological phenomena at wall boundary layers during color and material changes in plastics extrusion
Final Report Abstract
Zur Optimierung von Farb- und Materialwechselprozessen in der Extrusion ist ein Ausbau des Wissenstandes über das Randschichtverhalten von bedeutendem Interesse. Hierzu sind verschiedene Einflussfaktoren auf das Randschichtverhalten zu untersuchen, die neben dem Ausbau der Kenntnis des rheologischen Materialverhaltens auch Wechselwirkungen umfassen. Diese treten sowohl in Form einer Oberflächen-Schmelze-Interaktion, als auch durch zur Primärströmung abweichende strömungsmechanische Gegebenheiten in der Grenzfläche auf. Im Projekt wurden verschiedene Einflussfaktoren auf das Randschichtverhalten untersucht. Diese umfassen rheologische Untersuchungen von zwei Polyethylentypen (PE-LD, PE-HD), einem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) sowie einem Polyamid 6 (PA 6). Als Messverfahren wurden ein Rotationsrheometer sowie ein Messkneter verwendet. Das erfasste zeitabhängige Materialverhalten wurde durch Farbwechselversuche unter variierenden Verweilzeiten an einem Laborextruder nachgestellt. Diese bestätigten die Erkenntnisse aus den rheologischen Messungen am Rotationsrheometer. Des Weiteren wurde eine mögliche katalytische Wirkung von Beschichtungen auf den Materialalterungsprozess am Rotationsrheometer untersucht. Es zeigte sich, dass es abhängig von der metallischen Oberfläche und des getesteten Materials zu einer Änderung der Reaktionskinetik des Alterungsprozesses kam. Neben rheologischen Untersuchungen wurde durch Farbwechselversuche eine mögliche Stagnation von Farbpigmenten in Rauheitstälern von Oberfläche untersucht. Hierzu wurden sowohl zwei Farbbatche (anorganisch/ organisch) als auch zwei Werkzeuge mit unterschiedlichen Oberflächen (korundgestrahlt/ poliert) verwendet. Es zeigte sich zum einen, dass die kleineren Farbpigmente des organischen Farbbatches längere Verweilzeiten aufweisen und zum anderen die polierte Oberfläche stets gleichbleibende oder schnellere Farbwechsel ermöglichte. In anschließenden numerischen Berechnungen wird die Fließkanalgeometrie vom Makro- in den Mikrobereich überführt und der Farbwechselprozess unter Berücksichtigung der digitalisierten Oberflächentopologie numerisch abgebildet. Die Simulationen weisen folgerichtige Unterschiede im Wechselprozess auf, bei denen ein schnellerer Austrag von Partikeln unter Verwendung einer polierten Oberfläche erfolgt.
Publications
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Influence of Shearing Load on the Material Aging Process of Polyethylene. PPS 33, 10-14.12.2017, Cancun (Mexico)
Burgfeld, M.; Wortberg, J.
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Investigation of Different Thermo-Rheological Measurement Methods for the Characterization of Material Aging. PPS 33, 10-14.12.2017, Cancun (Mexico)
Burgfeld, M.; Wortberg, J.
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Investigation of the influence of color batches on the extrusion process. 10th European Additives & Colors Conference, 22-24.03.2017, Mestre (Italy)
Burgfeld, M.; Wortberg, J.
