TY - BOOK

T1 - Spritzgießcompoundieren von Polymer-Nanocomposites auf Basis von Schichtsilikaten

AU - Battisti, Markus

N1 - nicht gesperrt

PY - 2015

Y1 - 2015

N2 - Compoundieren und Spritzgießen, Prozesse welche zum einen in der Aufbereitung beim Rohstoffhersteller und zum anderen in der Verarbeitung beim Produzenten örtlich und zeitlich getrennt stattfindet, werden mit Hilfe des Spritzgießcompoundierprozesses intelligent miteinander vereint. Dieser Prozess, welcher zu Beginn ausschließlich auf die Einarbeitung von Langfasern ausgerichtet war, wurde durch eine spezielle Adaptierung für die Verarbeitung von Polymer-Nanocomposites (PNCs) weiterentwickelt. Diese Arbeit beschäftigt sich zum einen mit der Verarbeitung von schichtartigen Zusatzstoffen (Schichtsilikaten) mit Hilfe des Spritzgießcompoundierprozesses und zum anderen mit der zusätzlichen Aktivierung von Polypropylen-PNCs mit Hilfe von Dehnströmungen. Dabei wird die Materialentwicklung nanoverstärkter thermoplastischer Kunststoffe einerseits mit der konventionellen 2-stufigen Verarbeitung sowie andererseits mit der Verarbeitung am Spritzgießcompounder (1-stufig) vergleichend gegenübergestellt. Neben der Optimierung des Compoundierprozesses wird auch verstärkt auf die Herstellung der Prüfkörper eingegangen. Alleine durch die geeignete Wahl der Spritzgießparameter konnten Verbesserungen in den mechanischen Eigenschaften von bis zu 8 % nachgewiesen werden. Die zusätzliche Aktivierung von PNCs mittels Dehnströmungen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften nahm einen wesentlichen Teil dieser Arbeit ein. Ziel dabei war, den zeitintensiven Masterbatch Prozess (MB-Prozess) durch einen energie- und kostensparenderen 3-in-1 Prozess (simultane Dosierung aller drei Bestandteile des Polypropylen-PNCs) zu ersetzen. Durch gezielte Variation von konischen und hyperbolischen Düsen in einem vollfaktoriellen Versuchsplan konnten die mechanischen Zielgrößen im 3-in-1 Prozess gegenüber dem konventionellen MB-Prozess um bis zu 10 % und gegenüber dem Basispolymer um bis zu 65 % gesteigert werden. Bei der Verwendung einer verfahrenstechnisch optimierten hyperbolischen Düse ist dabei lediglich ein Druckmehrbedarf von ca. 75 bar gegenüber der Standarddüse nötig. Neben den experimentellen Untersuchungen wurde auch ein Berechnungsprogramm zur Vorhersage von Temperatur- und Druckerhöhung eingesetzt, welches ein gutes Hilfsmittel für die geometrische Auslegung der Dehndüsen darstellte. Zusammengefasst zeigt diese Arbeit, dass die gezielte Einbringung von Dehnströmungen im 3-in-1 Prozess für die Verarbeitung von PNCs enormes Potential besitzt, welches bei einer Kopplung mit dem Spritzgießcompounder zusätzlich Energie- und Kosteneinsparungen ermöglicht. Die Argumente und technischen Grundlagen für die industrielle Einführung von dehnströmungserzeugenden Düsen in Kombination mit einem Spritzgießcompounder sind mit dieser Arbeit gelegt.

AB - Compoundieren und Spritzgießen, Prozesse welche zum einen in der Aufbereitung beim Rohstoffhersteller und zum anderen in der Verarbeitung beim Produzenten örtlich und zeitlich getrennt stattfindet, werden mit Hilfe des Spritzgießcompoundierprozesses intelligent miteinander vereint. Dieser Prozess, welcher zu Beginn ausschließlich auf die Einarbeitung von Langfasern ausgerichtet war, wurde durch eine spezielle Adaptierung für die Verarbeitung von Polymer-Nanocomposites (PNCs) weiterentwickelt. Diese Arbeit beschäftigt sich zum einen mit der Verarbeitung von schichtartigen Zusatzstoffen (Schichtsilikaten) mit Hilfe des Spritzgießcompoundierprozesses und zum anderen mit der zusätzlichen Aktivierung von Polypropylen-PNCs mit Hilfe von Dehnströmungen. Dabei wird die Materialentwicklung nanoverstärkter thermoplastischer Kunststoffe einerseits mit der konventionellen 2-stufigen Verarbeitung sowie andererseits mit der Verarbeitung am Spritzgießcompounder (1-stufig) vergleichend gegenübergestellt. Neben der Optimierung des Compoundierprozesses wird auch verstärkt auf die Herstellung der Prüfkörper eingegangen. Alleine durch die geeignete Wahl der Spritzgießparameter konnten Verbesserungen in den mechanischen Eigenschaften von bis zu 8 % nachgewiesen werden. Die zusätzliche Aktivierung von PNCs mittels Dehnströmungen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften nahm einen wesentlichen Teil dieser Arbeit ein. Ziel dabei war, den zeitintensiven Masterbatch Prozess (MB-Prozess) durch einen energie- und kostensparenderen 3-in-1 Prozess (simultane Dosierung aller drei Bestandteile des Polypropylen-PNCs) zu ersetzen. Durch gezielte Variation von konischen und hyperbolischen Düsen in einem vollfaktoriellen Versuchsplan konnten die mechanischen Zielgrößen im 3-in-1 Prozess gegenüber dem konventionellen MB-Prozess um bis zu 10 % und gegenüber dem Basispolymer um bis zu 65 % gesteigert werden. Bei der Verwendung einer verfahrenstechnisch optimierten hyperbolischen Düse ist dabei lediglich ein Druckmehrbedarf von ca. 75 bar gegenüber der Standarddüse nötig. Neben den experimentellen Untersuchungen wurde auch ein Berechnungsprogramm zur Vorhersage von Temperatur- und Druckerhöhung eingesetzt, welches ein gutes Hilfsmittel für die geometrische Auslegung der Dehndüsen darstellte. Zusammengefasst zeigt diese Arbeit, dass die gezielte Einbringung von Dehnströmungen im 3-in-1 Prozess für die Verarbeitung von PNCs enormes Potential besitzt, welches bei einer Kopplung mit dem Spritzgießcompounder zusätzlich Energie- und Kosteneinsparungen ermöglicht. Die Argumente und technischen Grundlagen für die industrielle Einführung von dehnströmungserzeugenden Düsen in Kombination mit einem Spritzgießcompounder sind mit dieser Arbeit gelegt.

KW - Injection Molding Compounding

KW - Injection Molding

KW - Compounding

KW - Polypropylene

KW - Polymer Nanocomposites

KW - PNCs

KW - Nanofillers

KW - Layered Silicates

KW - Elongational Flow

KW - Spritzgießcompoundieren

KW - Spritzgießen

KW - Compoundieren

KW - Polypropylen

KW - Polymer-Nanocomposites

KW - PNCs

KW - Nanofüllstoffe

KW - Schichtsilikate

KW - Dehnströmungen

M3 - Dissertation

ER -