TY - THES

T1 - Online-Rheometrie an der Kautschukspritzgießmaschine

AU - Sommer, Maximilian Dieter

N1 - gesperrt bis 08-05-2021

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - Mit der Entwicklung von immer leistungsstärkeren Algorithmen für die Spritzgießsimulation nimmt die Bedeutung der Qualität der Stoffdatenmessung zu. Sie bildet die Basis für jede Simulation und ist deshalb maßgeblich für ihre Aussagekraft. Bei Elastomeren handelt es sich um Vielstoffsysteme, die neben Kautschuk auch aktive Füllstoffe, ein Vernetzungssystem, Verarbeitungshilfen und Alterungsschutzmittel beinhalten. Bedingt durch diesen Aufbau kommt es zu einer Vielzahl von Effekten, wie den Einfluss der Vernetzungsreaktion, oder den Einfluss des Füllstoffnetzwerks. Diese erfordern eine möglichst praxisnahe Messung der Materialdaten. Ziel der Arbeit war es, die Viskosität von Kautschuken prozessnah an Spritzgießmaschinen zu bestimmen. Dazu kamen ein bestehendes und ein von DESMA neu entwickeltes Elastomerspritzgießmaschinenrheometer mit Rechteckschlitz zum Einsatz. Das weiterentwickelte System ist leichter zu handhaben und stellt den ersten Schritt in Richtung einer industriellen Umsetzung dar. Durch Validierungsversuche mit einem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk wurde die Vergleichbarkeit der beiden Rheometer untersucht. Dabei lag der Fokus auf der Abdeckung eines möglichst großen Schergeschwindigkeitsbereichs. Die Versuchsreihen wurden bei drei unterschiedlichen Massetemperaturen durchgeführt. Zusätzlich wurde mit dem bestehenden Elastomerspritzgießmaschinenrheometer ein Styrol–Butadien–Kautschuk charakterisiert. Während der Messungen wurden große Temperaturerhöhungen im Rechteckspalt detektiert. Für eine korrekte Auswertung ist die Durchführung einer Temperaturkorrektur notwendig. Hierfür sind zusätzliche Messungen von rheologischen und thermischen Stoffdaten erforderlich. Dazu wurde die Viskosität mit dem Hochdruckkapillarrheometer und dem Rubber Process Analyser bestimmt. Außerdem wurden die Wärmeleitfähigkeit, die spezifische Wärmekapazität und die Dichte gemessen. Eine Gegenüberstellung der Temperatur im Schneckenvorraum mit der Temperatur am Anfang des Rheometerschlitzes zeigte, dass bereits beim Einspritzen große Temperaturerhöhungen generiert wurden. Dabei führten hohe Einspritzvolumenströme zu großen Temperaturerhöhungen. Beide Elastomerspritzgießmaschinenrheometer lieferten übereinstimmende Viskositätswerte. Jedoch konnten die erwarteten Fließfähigkeitsunterschiede infolge der unterschiedlichen Messtemperaturen nicht nachgewiesen werden. Es traten vermutlich Wandgleiteffekte auf. Bei der Gegenüberstellung der Viskositätskurven des Hochdruckkapillarrheometers und der Elastomerspritzgießmaschinenrheometer wurde der Einfluss der Materialvorgeschichte deutlich. Die Messungen mit den Elastomerspritzgießmaschinenrheometern führten im Vergleich mit dem Kapillarrheometer zu geringeren Viskositätsniveaus.

AB - Mit der Entwicklung von immer leistungsstärkeren Algorithmen für die Spritzgießsimulation nimmt die Bedeutung der Qualität der Stoffdatenmessung zu. Sie bildet die Basis für jede Simulation und ist deshalb maßgeblich für ihre Aussagekraft. Bei Elastomeren handelt es sich um Vielstoffsysteme, die neben Kautschuk auch aktive Füllstoffe, ein Vernetzungssystem, Verarbeitungshilfen und Alterungsschutzmittel beinhalten. Bedingt durch diesen Aufbau kommt es zu einer Vielzahl von Effekten, wie den Einfluss der Vernetzungsreaktion, oder den Einfluss des Füllstoffnetzwerks. Diese erfordern eine möglichst praxisnahe Messung der Materialdaten. Ziel der Arbeit war es, die Viskosität von Kautschuken prozessnah an Spritzgießmaschinen zu bestimmen. Dazu kamen ein bestehendes und ein von DESMA neu entwickeltes Elastomerspritzgießmaschinenrheometer mit Rechteckschlitz zum Einsatz. Das weiterentwickelte System ist leichter zu handhaben und stellt den ersten Schritt in Richtung einer industriellen Umsetzung dar. Durch Validierungsversuche mit einem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk wurde die Vergleichbarkeit der beiden Rheometer untersucht. Dabei lag der Fokus auf der Abdeckung eines möglichst großen Schergeschwindigkeitsbereichs. Die Versuchsreihen wurden bei drei unterschiedlichen Massetemperaturen durchgeführt. Zusätzlich wurde mit dem bestehenden Elastomerspritzgießmaschinenrheometer ein Styrol–Butadien–Kautschuk charakterisiert. Während der Messungen wurden große Temperaturerhöhungen im Rechteckspalt detektiert. Für eine korrekte Auswertung ist die Durchführung einer Temperaturkorrektur notwendig. Hierfür sind zusätzliche Messungen von rheologischen und thermischen Stoffdaten erforderlich. Dazu wurde die Viskosität mit dem Hochdruckkapillarrheometer und dem Rubber Process Analyser bestimmt. Außerdem wurden die Wärmeleitfähigkeit, die spezifische Wärmekapazität und die Dichte gemessen. Eine Gegenüberstellung der Temperatur im Schneckenvorraum mit der Temperatur am Anfang des Rheometerschlitzes zeigte, dass bereits beim Einspritzen große Temperaturerhöhungen generiert wurden. Dabei führten hohe Einspritzvolumenströme zu großen Temperaturerhöhungen. Beide Elastomerspritzgießmaschinenrheometer lieferten übereinstimmende Viskositätswerte. Jedoch konnten die erwarteten Fließfähigkeitsunterschiede infolge der unterschiedlichen Messtemperaturen nicht nachgewiesen werden. Es traten vermutlich Wandgleiteffekte auf. Bei der Gegenüberstellung der Viskositätskurven des Hochdruckkapillarrheometers und der Elastomerspritzgießmaschinenrheometer wurde der Einfluss der Materialvorgeschichte deutlich. Die Messungen mit den Elastomerspritzgießmaschinenrheometern führten im Vergleich mit dem Kapillarrheometer zu geringeren Viskositätsniveaus.

KW - SBR Kautschuk

KW - EPDM Kautschuk

KW - Spritzgießmaschinenrheometer

KW - Spritzgießmaschinenrheometrie

KW - Temperaturmessung

KW - Temperaturkorrektur

KW - Materialdaten

KW - Viskosität

KW - spezifische Wärmekapazität

KW - Wärmeleitfähigkeit

KW - Dichte

KW - styrol-butadiene-rubber

KW - ethylene-propylene-dien-termonomer-rubber

KW - injection molding machine rheometer

KW - injection molding machine rheometry

KW - temperature measurement

KW - temperature correction

KW - material data

KW - viscosity

M3 - Masterarbeit

ER -