Gegendruckviskosimeter
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Hochdruckkapillarrheometer, wie auch dieses Gegendruckviskosimeter eines ist, werden zur Ermittlung der Fließeigenschaften von Kunststoffschmelzen unter verarbeitungsnahen Bedingungen – hohen Temperaturen und Fließgeschwindigkeiten – genutzt. Im Gegensatz zu klassischen Hochdruckkapillarrheometern können beim Gegendruckviskosimeter gezielt unterschiedliche Druckniveaus aufgebaut werden, die bislang so nicht berücksichtigt werden konnten. Die korrekte Messung der Eigenschaften von Polymerschmelzen unter für die Verarbeitung relevanten Bedingungen ist nach wie vor ein wichtiges Thema. Während Effekte wie das Wandgleiten oder die Scherverdünnung bereits gut untersucht sind und entsprechende Korrekturen vorhanden sind, wurde das durchschnittliche Druckniveau bei Kapillarrheometermessungen zur Untersuchung der Fluideigenschaften von Kunststoffschmelzen bislang vernachlässigt. Durch die gezielte Erzeugung von verschiedenen Druckniveaus bei gleicher Scherrate während einer Viskositätsmessung konnte nachgewiesen werden, dass bei den durchschnittlichen Druckniveaus gewöhnlicher Hochdruckkapillarrheometermessungen die Fließeigenschaften von Kunststoffschmelzen bereits beeinflusst werden und so Messfehler von bis zu 10 % durch Vernachlässigung dieser Effekte auftreten können. Dies ist ein wichtiger Schritt hin zu verlässlichen, qualitativ hochwertigen Viskositätsdaten, wie sie für die simulative Auslegung von Spritzgießprozessen und –bauteilen benötigt werden. In weiteren Studien konnte nachgewiesen werden, unter welchen Bedingungen die Druckabhängigkeit der Viskosität und damit Fließeigenschaften von Kunststoffschmelzen die größten Effekte zeigt. Kunststoffschmelzen sind komplexe, nicht-newtonsche Fluidsysteme und zeigen unterschiedliche Eigenschaften in Abhängigkeit von Temperatur, Druck, Fließgeschwindigkeiten und Fließdauern, sodass sich die Druckabhängigkeit je nach konkretem Werkstoff und den Randbedingungen anders verhält. Besonders großen Einfluss hat die Druckabhängigkeit der Viskosität dann, wenn eine Kunststoffschmelze bei niedrigeren Temperaturen nahe des Erstarrungspunktes vorliegt. Durch die präzise Messung der druckabhängigen Eigenschaften mit dem neuen Gegendruckviskosimeter konnte zudem in Simulationen gezeigt werden, dass die Druckabhängigkeit besonders bei Bauteilbereichen mit geringer Wandstärke eine Rolle spielt und damit hoch relevant für technisch komplexe Bauteile oder zum Beispiel den Mikrospritzguss ist. Neben Untersuchungen der Druckeinflüsse bietet das Gegendruckviskosimeter im Vergleich zu klassischen Hochdruckkapillarrheometern durch einen Verbindungskanal die Möglichkeit, ein bestimmtes Volumen an Kunststoffschmelze wiederholt zu scheren. Mit diesem Aufbau konnten erste Ansätze erarbeitet werden, die eine genauere Untersuchung der Verarbeitungseinflüsse auf den Werkstoff erlauben. Im Spritzgussprozess wird der Kunststoff sowohl hohen Temperaturen als auch, durch die hohen Fließgeschwindigkeiten, großer Scherung ausgesetzt. Mit dem Gegendruckviskosimeter ist eine exakte Steuerung dieser Einflussgrößen möglich, sodass in einem gewissen Rahmen die wiederholte Verarbeitung von Kunststoffen simuliert werden kann und Einflüsse durch Scherung und Temperaturbelastung voneinander getrennt werden können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Influence of pressure on end corrections in capillary rheometry, Rheologica Acta (2016) 55:823–832
Tobias Mattner, Dietmar Drummer
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Influences of the Variation of Process Parameters on the Pole Length of Multipolar Bonded Magnets, In: SPE Antec 2016, Indianapolis, USA
Katharina H. Kurth, Esme Grünewald, Dietmar Drummer
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Influences on the Magnetic Properties of Injection Molded Multipolar Rings, In: International Polymer Processing 3 (2016), S. 356-363
Katharina H. Kurth, Dietmar Drummer
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Einfluss der druckabhängigen Viskosität auf die Spritzgusssimulation kurzfaserverstärkter Thermoplaste, Technomer 2017, Chemnitz
Sebastian Hertle, Dietmar Drummer
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Integrative Simulation Method for the Prediction of Anisotropic and Time-Dependent Mechanical Behavior of Injection Molded Fiber-Reinforced Fan Impellers – Numerical and Experimental Approach, FAN 2018, Darmstadt, Deutschland
Andre Lass, Sebastian Hertle, Dietmar Drummer, Frank-Hendrik Wurm
