TY - THES

T1 - Untersuchungen zur Druck- und Temperaturabhängigkeit der Viskosität und der Wärmeleitfähigkeit von polymeren Werkstoffen

AU - Narnhofer, Matthias

N1 - gesperrt bis null

PY - 2010

Y1 - 2010

N2 - Mit der zunehmenden Bedeutung der Prozesssimulation in der Kunststoffverarbeitung steigt auch der Bedarf an akkuraten, prozessnah gemessenen Stoffdaten, weil sie die Grundlage für jede Simulation bilden. Dies bedeutet auch, dass für diese Stoffdaten nicht nur die Temperaturabhängigkeit berücksichtigt werden muss, sondern auch eine eventuell vorhandene Druckabhängigkeit. Ziel dieser Arbeit war die Bestimmung der Viskosität und der Wärmeleitfähigkeit an einem PC/ABS-Blend und einem reinen PC als Funktion von Druck und Temperatur. Die Viskositätsmessungen sollten dabei an einem sogenannten, vom Institut für Kunststoffverarbeitung entwickelten, Spritzgussrheometer durchgeführt werden. Es zeigte sich allerdings, dass bei den Viskositätsmessungen die dissipativen Temperaturerhöhungen einen großen Einfluss auf die Messergebnisse hatten. Dies ging sogar soweit, dass das Blend mit Hilfe einer Gegendruckkammer am Hochdruckkapillarrheometer vermessen werden musste, da es im Spritzgussrheometer thermisch abbaute. Des Weiteren erforderte diese Tatsache eine Druck- und Temperaturkorrektur der Messergebnisse. Die hierzu erforderliche Berechnung der realen Massetemperaturen aus den Wandtemperaturen wurde mit Hilfe der Methode von Agassant, welche allerdings um den Einfluss der Schmelzedekompression in der Düse erweitert wurde, durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Berechnung zeigten am Spritzgussrheometer (unkorrigierter scheinbarer Schergeschwindigkeitsbereich von 250s-1 bis 3500s-1) für die mittlere Massetemperatur eine Erhöhung gegenüber der Solltemperatur von bis zu 30°C, die maximalen Temperaturen lagen sogar bis zu 50°C darüber. Am Hochdruckkapillarrheometer (unkorrigierter scheinbarer Schergeschwindigkeitsbereich von 250s-1 bis 10000s-1) waren die Temperaturerhöhungen mit bis zu 15°C für die mittlere Temperatur und bis zu 25°C für die maximale Temperatur deutlich geringer. Für den Druckkoeffizienten zur Beschreibung der Druckabhängigkeit der Viskosität ergab sich ein Wert von 23,6 GPa-1 für das PC/ABS-Blend und für das reine PC ein Wert von 33,1 GPa-1 Die Wärmeleitfähigkeitsmessungen wurden nach der Methode der linearen Wärmequelle am speziell adaptierten Hochdruckkapillarrheometer durchgeführt. Dabei konnte unterhalb der Glasübergangstemperatur keine Zunahme der Wärmeleitfähigkeit mit dem Druck festgestellt werden. Über der Glasübergangstemperatur bewegte sich diese Zunahme bei einer Drucksteigerung von 800 bar im Bereich von 10% für das Blend und 15% für das reine PC. In einem eigenen Diskussionskapitel konnte zudem gezeigt werden, dass vor allem bei den Viskositätsmessungen, noch erheblicher Verbesserungsbedarf bezüglich der Mess- und Auswertemethodik besteht.

AB - Mit der zunehmenden Bedeutung der Prozesssimulation in der Kunststoffverarbeitung steigt auch der Bedarf an akkuraten, prozessnah gemessenen Stoffdaten, weil sie die Grundlage für jede Simulation bilden. Dies bedeutet auch, dass für diese Stoffdaten nicht nur die Temperaturabhängigkeit berücksichtigt werden muss, sondern auch eine eventuell vorhandene Druckabhängigkeit. Ziel dieser Arbeit war die Bestimmung der Viskosität und der Wärmeleitfähigkeit an einem PC/ABS-Blend und einem reinen PC als Funktion von Druck und Temperatur. Die Viskositätsmessungen sollten dabei an einem sogenannten, vom Institut für Kunststoffverarbeitung entwickelten, Spritzgussrheometer durchgeführt werden. Es zeigte sich allerdings, dass bei den Viskositätsmessungen die dissipativen Temperaturerhöhungen einen großen Einfluss auf die Messergebnisse hatten. Dies ging sogar soweit, dass das Blend mit Hilfe einer Gegendruckkammer am Hochdruckkapillarrheometer vermessen werden musste, da es im Spritzgussrheometer thermisch abbaute. Des Weiteren erforderte diese Tatsache eine Druck- und Temperaturkorrektur der Messergebnisse. Die hierzu erforderliche Berechnung der realen Massetemperaturen aus den Wandtemperaturen wurde mit Hilfe der Methode von Agassant, welche allerdings um den Einfluss der Schmelzedekompression in der Düse erweitert wurde, durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Berechnung zeigten am Spritzgussrheometer (unkorrigierter scheinbarer Schergeschwindigkeitsbereich von 250s-1 bis 3500s-1) für die mittlere Massetemperatur eine Erhöhung gegenüber der Solltemperatur von bis zu 30°C, die maximalen Temperaturen lagen sogar bis zu 50°C darüber. Am Hochdruckkapillarrheometer (unkorrigierter scheinbarer Schergeschwindigkeitsbereich von 250s-1 bis 10000s-1) waren die Temperaturerhöhungen mit bis zu 15°C für die mittlere Temperatur und bis zu 25°C für die maximale Temperatur deutlich geringer. Für den Druckkoeffizienten zur Beschreibung der Druckabhängigkeit der Viskosität ergab sich ein Wert von 23,6 GPa-1 für das PC/ABS-Blend und für das reine PC ein Wert von 33,1 GPa-1 Die Wärmeleitfähigkeitsmessungen wurden nach der Methode der linearen Wärmequelle am speziell adaptierten Hochdruckkapillarrheometer durchgeführt. Dabei konnte unterhalb der Glasübergangstemperatur keine Zunahme der Wärmeleitfähigkeit mit dem Druck festgestellt werden. Über der Glasübergangstemperatur bewegte sich diese Zunahme bei einer Drucksteigerung von 800 bar im Bereich von 10% für das Blend und 15% für das reine PC. In einem eigenen Diskussionskapitel konnte zudem gezeigt werden, dass vor allem bei den Viskositätsmessungen, noch erheblicher Verbesserungsbedarf bezüglich der Mess- und Auswertemethodik besteht.

KW - polymeric material

KW - polymer

KW - plastic

KW - viscosity

KW - thermal conductivity

KW - pressure dependance

KW - temperature dependance

KW - Viskositätt

KW - Wärmeleitfähigkeit

KW - Kunststoff

KW - Polymer

KW - Druckabhängigkeit

KW - Temperaturabhängigkeit

M3 - Masterarbeit

ER -