Analyse und Modellierung des Aufschmelzverhaltens von Kunststoffen in Ko-Knetern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Immer komplexere Produkte stellen die kunststoffverarbeitende Industrie vor zunehmenden Herausforderungen in der Aufbereitung von Polymeren. Der Ko-Kneter mit seinem einzigartigen Funktionsprinzip stellt in diesem Anwendungsfeld einen Maschinentyp mit hohem Potential dar. Der Ko-Kneter ist ein Einschneckenextruder, der zusätzlich zur Rotation eine oszillierende Bewegung in Extrusionsrichtung ausführt. Die bis zu vier Reihen von Knetstiften entlang der Zylinderwände ermöglichen in Verbindung mit den unterbrochenen Schneckengängen eine hohe Durchmischung bei gleichzeitig schonender Verarbeitung mit überschaubaren Scherkräften und exakter Temperaturführung. Obwohl der Ko-Kneter für eine Vielzahl von Materialsystemen wie Polyvinylchlorid oder Polyamid und vor allem für spezielle Anwendungen wie Duroplaste oder Silikone in der Industrie eingesetzt wird, basiert die Prozessauslegung überwiegend auf Trial-and-Error-Versuchen. Im der ersten Projektphase wurde daher das Simulationswerkzeug SimKo entwickelt, mit dem das Aufschmelzen, die Energiebilanz und Fließen von Polymeren im Ko-Kneter beschrieben werden kann. Der analytische Modellansatz basiert dabei auf der Annahme eines dispersiven Aufschmelzens, wobei der Beitrag der plastischen Energiedissipation (PED) zunächst vernachlässigt wurde. Daher wurde in der zweiten Projektphase die Entwicklung eines Modellansatzes unter Berücksichtigung der PED untersucht, um den Schmelzbeginn für verschiedene Extruderkonfigurationen, Granulatformen und Materialsysteme genauer zu spezifizieren. Dies ermöglicht zukünftig eine verbesserte Auslegung des Aufbereitungsprozesses und trägt zur Steigerung der Produktqualität bei.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Simulationstool SimKo
Johannes Rudloff
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Analysis and simulation of the melting behaviour of polymer materials in co-kneaders, 59th ILMENAU SCIENTIFIC COLLOQUIUM, Ilmenau, 2017
Rudloff J., Wilhelm, M., Lang M. & Heidemeyer, P.
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Analysis of the process behavior of co-kneaders, Proceedings of the Polymer Processing Society, Dresden, 2017
Rudloff J., Wilhelm, M., Lang M., Heidemeyer, P. & Bastian M.
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Analysis of the melting behavior of polyethylene and polystyrene in co-kneaders, Proceedings of the Polymer Processing Society 36th Annual Meeting PPS-36, Montreal, 2021
Rudloff J., Wolff, R., Lang M., Hochrein, T. & Bastian M.
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Investigation of influences on the melting of polyethylene and polystyrene in a co-kneader, ANTEC 2021
Rudloff J., Lang M., Hochrein T. & Bastian M.
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Extension of the melting model for co-kneaders regarding the plastic energy dissipation. AIP Conference Proceedings, 3158, 070002. AIP Publishing.
Wolff, Rebecca; Rudloff, Johannes; Baudrit, Benjamin; Hochrein, Thomas; Bastian, Martin & Malatyali, Hatice
