Experimental study and numerical simulation on rheological properties of PA66GF30 and ABS under pressure

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Autoren

Abstract

Das Fließen und die Verformung der Polymerschmelze sind für den Formgebungsprozess von Polymeren notwendig. Theoretische Analyse und experimentelle Forschung helfen, das rheologische Verhalten zu verstehen und die Eigenschaften der Schmelzen zu charakterisieren. Es ist die Grundlage für die rationelle Auswahl von Formprozessen, die Optimierung von Verarbeitungsgeräten und die Simulation von Verarbeitungsprozessen. Die Formfüllung beim Spritzgießen erfolgt über eine Druckströmung. Der Einfluss des Drucks auf die rheologischen Eigenschaften der Polymerschmelze wird bei der Simulation der Polymerströmung jedoch häufig ignoriert. Andererseits ist die Untersuchung der Druckabhängigkeit der rheologischen Eigenschaften durch die Komplexität des Charakterisierungsverfahrens begrenzt und wurde deshalb häufig unterlassen. Darüber hinaus konzentrieren sich die aktuellen Forschungen zu druckabhängigen rheologischen Eigenschaften hauptsächlich auf ungefüllte Polymere, und die hochgefüllten Polymer-Compounds sind kaum untersucht. Um die rheologischen Eigenschaften von Polymerschmelzen und ihrer hochgefüllten Compounds im Druckbereich zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit folgende Untersuchungen durchgeführt: Durch theoretische Überlegungen und experimentelle Untersuchungen wurde die Scherviskosität der Polymerschmelze im Hinblick auf deren Druckabhängigkeit für die zwei Polymertypen Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) und Polyamid 66 mit 30 Gew.% Glasfasern (PA66GF30) analysiert. Studien haben gezeigt, dass die rheologischen Eigenschaften von Polymerschmelzen durch den Druck im Druckfeld signifikant beeinflusst werden. Daher ist die Druckabhängigkeit der Viskosität ein wichtiger Bestandteil der Analyse des rheologischen Verhaltens der Polymerschmelze. Die Versuche wurden mit dem modifizierten Hochdruckkapillarrheometer mit einer Gegendruckkammer am Ende der Düse durchgeführt. Durch stufenweise Erhöhung des mittleren Drucks in der Rheometer-Kapillare wurde der Druckkoeffizient der Scherviskosität in Abhängigkeit von der Schergeschwindigkeit gemessen. Zwei verschiedene Berechnungsmethoden wurden verwendet, um den Druckkoeffizienten der Scherviskosität der beiden Polymere zu ermitteln. Experimente an zwei verschiedenen Materialien ergaben, dass bei gleicher Schergeschwindigkeit und gleichem Druck mit zunehmender Steifheit der Polymerhauptkette die Druckabhängigkeit entsprechend abnahm und die Zugabe von Verstärkungsmaterialien auch die Druckabhängigkeit verringerte. Gleichzeitig ergab die Studie, dass der Druckkoeffizient der Scherviskosität von PA66GF30 mit steigender Temperatur zuerst abnahm und dann wieder zunahm. Dies wurde auf die Tatsache zurückgeführt, dass die Polarität stark polarer Materialien bei niedrigeren Temperaturen dominiert, während der Effekt bei hohen Temperaturen geringer ist. Schließlich wurde die Hochdruckkapillarrheometer-Strömung in Sigmasoft® simuliert und die tatsächliche Druckkurve mit dem Simulationsergebnis verglichen, um die Berechnungsmethode zu verifizieren. Das Verifizierungsergebnis zeigt, dass der aus der Simulation erhaltene Druck 1% -7% niedriger als der tatsächlich gemessene Druck ist. Daraus kann gefolgert werden, dass die Berechnungsmethode geeignet ist, die Rheometerströmung in der Kapillare zu simulieren.

Details

Titel in ÜbersetzungExperimentelle Untersuchung und numerische Simulation der rheologischen Eigenschaften von PA66GF30 und ABS unter Druck
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2021