TY - THES

T1 - Untersuchungen zur Wärmeleitfähigkeit von Polypropylen mit mikroskaligen Füllstoffen bei hohen Drücken

AU - Kucher, Christof

N1 - gesperrt bis null

PY - 2008

Y1 - 2008

N2 - Die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen stellt eine, für die Spritzgusssimulation wichtige Größe, dar. Die Messung der Wärmeleitfähigkeit erweist sich in der Praxis jedoch häufig schwierig und vor allem zeitaufwendig. Daher findet man heute noch immer relativ wenige Arbeiten zur Druckabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit polymerer Stoffe. Ziel dieser Arbeit ist es, die Wärmeleitfähigkeit eines teilkristallinen Polymers (Polypropylen) mit unterschiedlichen Füllstoffanteilen und zwei unterschiedlichen Füllstofftypen (Kreide und Talkum) zu messen und die erhaltenen Daten mittels vorhandener Modelle zur Beschreibung der Druck- und Füllstoffabhängigkeit zu vergleichen. Die Druckabhängigkeit lässt sich für den Schmelzebereich mittels des Modells von Rides, Dawson und Nottay sehr gut beschreiben. Die Anwendung des Modells nach Zhong und Yang zeigt, dass es auch möglich ist, die Wärmeleitfähigkeit für den Schmelzebereich mit einer hohen Genauigkeit zu berechnen. Dabei werden lediglich die Wärmeleitfähigkeit bei Umgebungsdruck sowie die Tait-Koeffizienten zur Beschreibung des pvT-Verhaltens benötigt. Die Messungen zeigen eine eindeutige Druck- und Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit. Eine Erhöhung des Druckes von 0 auf 800 bar bringt für ein ungefülltes Polypropylen im Schmelzezustand eine zirka 15%ige Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit mit sich. Im Feststoffbereich steigt die Wärmeleitfähigkeit im gleichen Druckintervall um ungefähr 21%. Eine weitere Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit ergibt sich infolge der Kristallisation (ca. 25%). Durch die Erhöhung des Füllstoffvolumenanteils lässt sich die Wärmeleitfähigkeit steigern. Für die Beschreibung der Füllstoffabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit erweisen sich das Modell der Parallelschaltung (Schmelzebereich) und das Maxwell-Modell (Feststoffbereich) mit gewissen Einschränkungen als brauchbar. Die anderen Modelle errechnen für die untersuchten Materialien eine deutlich zu hohe Wärmeleitfähigkeit. Die abschließende Simulation eines Schachtelbauteils zeigt einen Einfluss auf den maximalen Fülldruck, die Zykluszeit und die Ausbildung der eingefrorenen Randschicht. Die Ergebnisse für Schwindung und Verzug werden durch eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit nicht beeinflusst. Der Grund dafür dürfte im Fehlen der nötigen programmtechnischen Umsetzung liegen. Generell lässt sich der Einfluss der Wärmeleitfähigkeit auf gewisse Simulationsergebnisse nicht bestreiten.

AB - Die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen stellt eine, für die Spritzgusssimulation wichtige Größe, dar. Die Messung der Wärmeleitfähigkeit erweist sich in der Praxis jedoch häufig schwierig und vor allem zeitaufwendig. Daher findet man heute noch immer relativ wenige Arbeiten zur Druckabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit polymerer Stoffe. Ziel dieser Arbeit ist es, die Wärmeleitfähigkeit eines teilkristallinen Polymers (Polypropylen) mit unterschiedlichen Füllstoffanteilen und zwei unterschiedlichen Füllstofftypen (Kreide und Talkum) zu messen und die erhaltenen Daten mittels vorhandener Modelle zur Beschreibung der Druck- und Füllstoffabhängigkeit zu vergleichen. Die Druckabhängigkeit lässt sich für den Schmelzebereich mittels des Modells von Rides, Dawson und Nottay sehr gut beschreiben. Die Anwendung des Modells nach Zhong und Yang zeigt, dass es auch möglich ist, die Wärmeleitfähigkeit für den Schmelzebereich mit einer hohen Genauigkeit zu berechnen. Dabei werden lediglich die Wärmeleitfähigkeit bei Umgebungsdruck sowie die Tait-Koeffizienten zur Beschreibung des pvT-Verhaltens benötigt. Die Messungen zeigen eine eindeutige Druck- und Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit. Eine Erhöhung des Druckes von 0 auf 800 bar bringt für ein ungefülltes Polypropylen im Schmelzezustand eine zirka 15%ige Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit mit sich. Im Feststoffbereich steigt die Wärmeleitfähigkeit im gleichen Druckintervall um ungefähr 21%. Eine weitere Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit ergibt sich infolge der Kristallisation (ca. 25%). Durch die Erhöhung des Füllstoffvolumenanteils lässt sich die Wärmeleitfähigkeit steigern. Für die Beschreibung der Füllstoffabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit erweisen sich das Modell der Parallelschaltung (Schmelzebereich) und das Maxwell-Modell (Feststoffbereich) mit gewissen Einschränkungen als brauchbar. Die anderen Modelle errechnen für die untersuchten Materialien eine deutlich zu hohe Wärmeleitfähigkeit. Die abschließende Simulation eines Schachtelbauteils zeigt einen Einfluss auf den maximalen Fülldruck, die Zykluszeit und die Ausbildung der eingefrorenen Randschicht. Die Ergebnisse für Schwindung und Verzug werden durch eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit nicht beeinflusst. Der Grund dafür dürfte im Fehlen der nötigen programmtechnischen Umsetzung liegen. Generell lässt sich der Einfluss der Wärmeleitfähigkeit auf gewisse Simulationsergebnisse nicht bestreiten.

KW - Wärmeleitfähigkeit hohe Drücke Polypropylen Füllstoffeinfluss Spritzgusssimulation

KW - thermal conductivity polypropylene pressure dependence filler volume content dependence talc calcium carbonate injection molding simulation

M3 - Diplomarbeit

ER -