Analyse und Optimierung wandnaher Schmelzeströmungen in Extrusionswerkzeugen für die Kunststoffverarbeitung

Bei der Weiterentwicklung von Extrusionswerkzeugen für die Polymerverarbeitung spielen die komplexen strömungsmechanischen, rheologischen, physikalischen und chemischen Vorgänge an der Grenzschicht zwischen Polymerschmelze und Werkzeugwand eine entscheidende Rolle. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Maßnahmen zu entwickeln, um diese wandnahen Schmelzeströmungen im Hinblick auf eine Optimierung der Verweilzeitverteilung positiv zu beeinflussen. Hierzu wurden unterschiedliche Ansätze verfolgt. Zur Untersuchung des Einflusses von Polymertyp, Durchsatz, Strömungskanalgeometrie und Werkzeugbeschichtung auf die Verweilzeitverteilung wurde eine Versuchsanordnung mit Extruder, schaltbarem Zweiwegeventil und Extrusionswerkzeug aufgebaut. Die hiermit durchgeführten Farbwechselversuche zur Bestimmung der Verweilzeit wurden mittels Spektralphotometrie bewertet. So wurde z. B. am einem kreisrohrförmigen Strömungskanal der grundlegende Zusammenhang sowohl zwischen dem Durchsatz als auch dem Polyethylen-Typ und der Verweilzeitverteilung untersucht. An komplexeren Geometrien wie einer 90°-Umlenkung oder einem T-Verteiler konnte ein Zusammenhang zwischen der Wandschergeschwindigkeit und dem Spülverhalten experimentell nachgewiesen werden. Sämtliche Untersuchungen wurden durch numerische Strömungssimulationen begleitet.