Materialabbau von Polypropylen auf dem gleichläufigen Doppelschneckenextruder
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des DFG-Vorgängerprojekts wurden Untersuchungen zum Materialabbau von PP auf einem 28 mm-Doppelschneckenextruder durchgeführt. Aus den Ergebnissen wurden Handlungsempfehlungen zur schonenden Verarbeitung abgeleitet und ein mathematisches Modell zur Beschreibung des Materialabbaus entwickelt. Die Erkenntnisse sollten in diesem Projekt durch Untersuchungen in Zusammenarbeit mit den Anwendungspartnern auf ihre Übertragbarkeit auf andere Anlagentypen überprüft werden. Einen weiteren Schwerpunkt des Projekts stellte die Erforschung des Einflusses von Zusatzstoffen auf den Materialabbau dar. In der ersten Projektphase wurden am KTP Vergleichsuntersuchungen mit purem PP auf einem 25 und 45 mm Doppelschneckenextruder zur Übertragbarkeit der bisherigen Forschungserkenntnisse auf andere Maschinengrößen durchgeführt. Die Auswertung der hergestellten Proben beruhte auf der Messung der Schmelzefließrate (MFR) und der Umrechnung dieser in gewichtsmittlere Molmassen. Deren Verläufe entsprechen den bisherigen Erkenntnissen. Der Materialabbau wird grundsätzlich durch hohe Drehzahlen, geringe Durchsätze und hohe Massetemperaturen verstärkt. Parallel erfolgte im Rahmen eines intensiven gegenseitigen Wissenstransfers die Planung der experimentellen Untersuchungen bei den Anwendungspartnern. Neben purem PP wurden dort gefüllte Materialsysteme verarbeitet. Eine vertiefende Untersuchung des Einflusses von Zusatzstoffen auf den Materialabbau erfolgte auf einem 28 mm-Doppelschneckenextruder am KTP mit einem PP/TiO2- und einem PP/CF-Compound. Sowohl die bei diesen Untersuchungen als auch die bei den Anwendungspartnern hergestellten Proben wurden mittels GPC analysiert, da eine Umrechnung der MFR-Werte in gewichtsmittlere Molmassen nur für reines PP möglich ist. Es zeigte sich, dass eine höhere Beanspruchung des Materials durch hohe Drehzahlen, niedrige Durchsätze oder hohe Massetemperaturen zu einer stärkeren Verschiebung der Molmassenverteilungskurve in den Bereich niedrigerer Molmasse führt. Ursächlich dafür ist eine Zunahme der Kettenspaltungen. Nach der Bereinigung der geschaffenen Datenbasis um Extrempunkte wurde für das bereits entwickelte Modell zur Beschreibung des Materialabbaus eine Gesamtparametrisierung der Prozesskoeffizienten vorgenommen. Das Ergebnis ist ein universell anwendbares Modell, das in der Lage ist, den Materialabbau von PP für verschiedene Baugrößen von Doppelschneckenextrudern vorherzusagen. Der Vergleich zwischen Simulations- und Versuchsdaten zeigt, dass die meisten Versuchspunkte innerhalb eines Toleranzbandes von 20 % und damit in einem zufriedenstellenden Bereich liegen. Bei den Compounds konnte hingegen keine ausreichende Korrelation zwischen Simulation und Messwert erreicht werden, was auf veränderte Abbaumechanismen des PPs im Compound zurückzuführen ist. Abschließend wurde das modifizierte Modell daher in die am KTP entwickelte Simulationssoftware SIGMA implementiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Material-Preserving Extrusion of Polyamide on a Twin-Screw Extruder. Polymers, 15(4), 1033.
Schall, Christoph; Altepeter, Matthias; Schöppner, Volker; Wanke, Sven & Kley, Marina
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Modelling of the material degradation of polypropylene on the co-rotating twin-screw extruder. AIP Conference Proceedings, 2884, 090001. AIP Publishing.
Altepeter, Matthias; Wanke, Sven & Schöppner, Volker
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Polypropylene Degradation on Co-Rotating Twin-Screw Extruders. Polymers, 15(9), 2181.
Altepeter, Matthias; Schöppner, Volker; Wanke, Sven; Austermeier, Laura; Meinheit, Philipp & Schmidt, Leon
