Methoden zur in-line Untersuchung des Einflusses der Molmasse und Vorgeschichte von wandgleitenden Kunststoffschmelzen auf deren Strömungsprofil
-
Sylvia Apostol
Dipl.-Ing. Sylvia Apostol ist Absolventin der Studienrichtung Kunststofftechnik der Hochschule Rosenheim und seit Anfang 2010 am Institut für Polymer Extrusion und Compounding an der Johannes Kepler Universität in Linz beschäftigt. Im Rahmen ihrer Dissertation befasst sie sich mit Druck- und Schleppströmungen von wandgleitenden Rohstoffen in Extrusionsdüsen und Doppelschneckenextrudern, sowie der rheologischen Charakterisierung von wandgleitenen Substanzen.
Johannes Kepler Universität Linz, Institut für Polymer Extrusion und Compounding, Altenberger Str. 66A, 4020 Linz
,
Veronika Putz
Dipl.-Ing. Dr. Veronika Putz studierte Elektrotechnik – Toningenieur an der TU Graz und promovierte am Institut für Elektrische Messtechnik der Johannes Kepler Universität in Linz. Sie ist Senior Engineer an der Linz Center of Mechatronics GmbH, Bereich Sensors & Communication. Ihre Interessen liegen im Bereich der Messtechnik und Sensorik mit Schwerpunkten in der Akustik und der Signal- und Bildverarbeitung.
Sensors & Communication, Linz Center of Mechatronics GmbH, Altenberger Straße 69, 4040 Linz
Dipl.-Ing. Thomas Johannes Unger studierte Kunststofftechnik an der Montanuniversität Leoben und arbeitet seit dem Jahr 2013 für die Fa. Leistritz Extrusionstechnik GmbH in Nürnberg als Prozess- und Verfahrensingenieur. Im Rahmen dieser Tätigkeit beschäftigt er sich mit der Verarbeitung von Bio-Polymeren und dem Einfluss von Prozessparametern auf deren Abbauverhalten.
Leistritz Extrusionstechnik GmbH, Markgrafenstrasse 36–39, 90459 Nürnberg, Tel: 0049/(0)911-4306-250
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Jürgen Miethlinger, MBA, studierte Kunststofftechnik und kann auf 25 Jahre Industrieerfahrung im Bereich Kunststoffverarbeitung und -maschinenbau verweisen. Seit 2010 leitet er das Institut für Polymer Extrusion und Compounding an der Johannes Kepler Universität Linz. Seine Forschungsschwerpunkte liegen im Bereich der Prozess-, Produkt- und Materialtechnologie mit dem Ziel, die Produktions- und Ressourcen-Effizienz zu erhöhen.
Johannes Kepler Universität Linz, Institut für Polymer Extrusion und Compounding, Altenberger Str. 66A, 4020 Linz
Zusammenfassung
Wandgleiten ist ein rheologisches Phänomen, das beim Fließen einiger Kunststoffschmelzen auftreten kann. Bei der Extrusionsrheologie wird das Wandgleiten grundsätzlich in einer dem Extruder nachgeschalteten Düse untersucht. Im gegebenen Fall wird Polylactidacid (PLA) auf einem gleichlaufenden Doppelschneckenextruder verarbeitet, wobei der Einfluss von Feuchtigkeit, die Zugabe von Kettenverlängerer und die Variation verfahrenstechnischer Parameter auf das Wandgleiten untersucht werden. PLA verhält sich hydrophil, das heißt es nimmt Luftfeuchtigkeit auf. Wird es vor der Verarbeitung nicht getrocknet, reagieren Wassermoleküle während der erhöhten Verarbeitungstemperatur mit dem Polymer, ein Polymerabbau ist die Folge. Kettenverlängerer sind Additive, welche in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt werden können, um das Molekulargewicht der Polymere anzuheben. Da Parameter wie Schneckendrehzahl, Schneckengeometrie und Feuchtigkeit die Molmasse und -verteilung des Extrudats beeinflussen, wird diese anschließend mittels Gelpermeationschromatografie (GPC) bestimmt, um so eine Aussage über den Zusammenhang von Wandgleiten und Molmasse zu erhalten. Für die Messung des Wandgleitens kommt hier Pulsed-Wave-Sonografie zum Einsatz. Dabei handelt sich dabei um eine bildgebende Messung mittels Ultraschall, welche es ermöglicht, das Strömungsprofil der Schmelze innerhalb einer hierfür entwickelten Düse zu messen. Diese kann inline, während der Extrusion, erfolgen und ist damit sehr viel schneller und praktischer umzusetzen als die klassische Extrusionsrheologie. Zusätzlich wird eine Verweilzeitbestimmung mittels Fluoreszenzspektroskopie durchgeführt.
Abstract
Wall slippage is a rheological phenomenon which occurs within the flow of some polymer melts. During measurements via extrusion rheology the wall slippage is generally analyzed in a die located after the extruder. Polylactidacide (PLA) is processed on a co-rotating twin screw extruder, while the influence of humidity, the addition of chain extender and the variation of processing parameters are evaluated. PLA is hydrophilic, so it absorbs air humidity. If it is not dried before processing, water molecules react with the polymer at higher processing temperatures, which leads to polymer degradation. Chain extender is an additive used in polymer processing to increase the molecular weight of polymers. Since parameters as screw speed, screw geometry and humidity influence the molecular mass and distribution of the extrudate, these are determined after processing via gel permeation chromatography (GPC) to obtain information on the relationship between wall slippage and the molecular mass. To investigate wall slippage Pulsed Wave Sonography is used. This is an image-creating measuring procedure via ultrasound which allows measuring of the velocity profile of the melt within a die that was developed specifically for this measuring technology. It can be done inline, during the extrusion, and is therefore much faster and more practical than usual extrusion rheology. Additionally, the residence time distribution is measured via fluorescence spectroscopy.
Über die Autoren
Dipl.-Ing. Sylvia Apostol ist Absolventin der Studienrichtung Kunststofftechnik der Hochschule Rosenheim und seit Anfang 2010 am Institut für Polymer Extrusion und Compounding an der Johannes Kepler Universität in Linz beschäftigt. Im Rahmen ihrer Dissertation befasst sie sich mit Druck- und Schleppströmungen von wandgleitenden Rohstoffen in Extrusionsdüsen und Doppelschneckenextrudern, sowie der rheologischen Charakterisierung von wandgleitenen Substanzen.
Johannes Kepler Universität Linz, Institut für Polymer Extrusion und Compounding, Altenberger Str. 66A, 4020 Linz
Dipl.-Ing. Dr. Veronika Putz studierte Elektrotechnik – Toningenieur an der TU Graz und promovierte am Institut für Elektrische Messtechnik der Johannes Kepler Universität in Linz. Sie ist Senior Engineer an der Linz Center of Mechatronics GmbH, Bereich Sensors & Communication. Ihre Interessen liegen im Bereich der Messtechnik und Sensorik mit Schwerpunkten in der Akustik und der Signal- und Bildverarbeitung.
Sensors & Communication, Linz Center of Mechatronics GmbH, Altenberger Straße 69, 4040 Linz
Dipl.-Ing. Thomas Johannes Unger studierte Kunststofftechnik an der Montanuniversität Leoben und arbeitet seit dem Jahr 2013 für die Fa. Leistritz Extrusionstechnik GmbH in Nürnberg als Prozess- und Verfahrensingenieur. Im Rahmen dieser Tätigkeit beschäftigt er sich mit der Verarbeitung von Bio-Polymeren und dem Einfluss von Prozessparametern auf deren Abbauverhalten.
Leistritz Extrusionstechnik GmbH, Markgrafenstrasse 36–39, 90459 Nürnberg, Tel: 0049/(0)911-4306-250
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Jürgen Miethlinger, MBA, studierte Kunststofftechnik und kann auf 25 Jahre Industrieerfahrung im Bereich Kunststoffverarbeitung und -maschinenbau verweisen. Seit 2010 leitet er das Institut für Polymer Extrusion und Compounding an der Johannes Kepler Universität Linz. Seine Forschungsschwerpunkte liegen im Bereich der Prozess-, Produkt- und Materialtechnologie mit dem Ziel, die Produktions- und Ressourcen-Effizienz zu erhöhen.
Johannes Kepler Universität Linz, Institut für Polymer Extrusion und Compounding, Altenberger Str. 66A, 4020 Linz
Danksagung
Diese Arbeit wurde im Rahmen des Projekts PolyTwinScrew (841303) durchgeführt. Dieses wird durch das BRIDGE Programm der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) finanziert.
Die GPC-Messungen wurden durchgeführt am ICP (Institut für Chemie der Polymere) an der JKU.
©2016 Walter de Gruyter Berlin/Boston
Articles in the same Issue
- Frontmatter
- Beiträge
- Multiskalige Oberflächeninspektion mit Wavelets und Deflektometrie
- Methoden zur in-line Untersuchung des Einflusses der Molmasse und Vorgeschichte von wandgleitenden Kunststoffschmelzen auf deren Strömungsprofil
- Charakterisierung von mechanischen und elektrischen Eigenschaften funktionaler Inkjet-gedruckter Strukturen
- Wo in einem Thermoelement herrscht die gemessene Temperatur? Analyse mittels FE-Simulation
- Surface heat transfer coefficient measurement by immersed temperature sensor and inverse modelling
Articles in the same Issue
- Frontmatter
- Beiträge
- Multiskalige Oberflächeninspektion mit Wavelets und Deflektometrie
- Methoden zur in-line Untersuchung des Einflusses der Molmasse und Vorgeschichte von wandgleitenden Kunststoffschmelzen auf deren Strömungsprofil
- Charakterisierung von mechanischen und elektrischen Eigenschaften funktionaler Inkjet-gedruckter Strukturen
- Wo in einem Thermoelement herrscht die gemessene Temperatur? Analyse mittels FE-Simulation
- Surface heat transfer coefficient measurement by immersed temperature sensor and inverse modelling
