Analyse der Fließwege im Kautschukinnenmischer in Abhängigkeit verschiedener Prozessparameter

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Hopmann
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 377803088

Zur Herstellung von Kautschukprodukten werden zunächst die Mischungsbestandteile in einem diskontinuierlich arbeitenden Innenmischer compoundiert. Um einen stabilen, aber auch effizienten Prozess hinsichtlich der Mischdauer und -güte zu erreichen, wird der Mischprozess heute empirisch entwickelt. Diese Methode ist zeitaufwendig, kaum reproduzierbar und erfordert Fachkenntnisse von erfahrenen Mitarbeitern. Um Mischprozesse zeiteffizienter und auf wissenschaftlicher Basis auslegen zu können, ist es notwendig, die Fließbedingungen im Innenmischer zu kennen, um basierend darauf Rückschlüsse auf die Mischwirkungen ziehen zu können. Bisherige Versuche, die Fließvorgänge in der Mischkammer zu beschreiben, basieren häufig auf vereinfachten Annahmen, wie z. B. einer vollgefüllten Mischkammer, oder betrachten lediglich die Fließvorgänge zwischen Rotor und Mischkammerwand.In diesem Forschungsprojekt wird eine Methode erforscht, um die Fließbedingungen im Bereich zwischen den Rotoren eines tangierenden Innenmischers zu visualisieren. Damit ist eine vollständige Beschreibung der Fließvorgänge im Innenmischer möglich. Zur Visualisierung werden farbige sowie fasergefüllte Compounds und Mehrkomponentensysteme verwendet. Nach einer Vulkanisation des Compounds in der Mischkammer kann diese geöffnet werden und die Fließbedingungen können z. B. anhand der unterschiedlich farbigen Fließwege analysiert werden.Nachdem die Methodenentwicklung und die Identifikation der Fließwege erfolgt sind, wird der Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter, z. B. Mischkammertemperatur, Rotordrehzahl und Phasenwinkel zwischen den Rotoren, auf die Fließbedingungen untersucht. Die Variation des Phasenwinkels ist besonders geeignet, da die Fließbedingungen im betrachteten Bereich zwischen den Rotoren gezielt verändert werden, während die Fließbedingungen zwischen Rotor und Mischkammerwand weitestgehend konstant bleiben.Anhand der Ergebnisse erfolgt eine Korrelation zwischen den veränderten Prozessparametern und den vorliegenden Fließbedingungen. Durch das generierte Wissen soll es zukünftig möglich sein, die Fließvorgänge zwischen den Rotoren im tangierenden Innenmischer in Abhängigkeit der gewählten Prozessparameter vorherzusagen.Außerdem findet eine Zuordnung der Fließwege zu den dominierenden Mischeffekten statt, um auf die resultierende Mischwirkung schließen zu können. Zur Prüfung der Methodik werden abschließend die entwickelten Korrelationen zwischen Prozessparametern, Fließwegen und Mischeffekten an weiteren Mischversuchen mit unterschiedlichen Prozessparametern und unterschiedlichen Mischkammervolumina validiert. Mit dem erlangten Wissen über den Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter auf die Fließvorgänge können die Mischprozesse im tangierenden Innenmischer effizienter ausgelegt und entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen