Stefan Kohl,
"Numerische und experimentelle Untersuchung von Schichtumlagerungseffekten in der Co-Extrusion"
, 8-2021
Original Titel:
Numerische und experimentelle Untersuchung von Schichtumlagerungseffekten in der Co-Extrusion
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
In dieser Arbeit wurden Schichtumlagerungseffekte in der Coextrusion, hervorgerufen durch
viskoelastische Eigenschaften von Polymerschmelzen, untersucht. Für ein besseres Verständnis
der Umlagerungseffekte wurden numerische Untersuchungen mit einer anschließenden experimentellen
Validierung durchgeführt.
Zur Modellierung der Viskoelastizität von Polymerschmelzen wurde das Giesekusmodell als
benutzerdefinierte Funktion in Ansys Fluent implementiert.
Die numerische Untersuchung gliederte sich dabei in die Simulation einer Monoströmung,
womit sowohl der Einfluss der Modellparameter als auch der Einfluss der Kanalabmessungen
auf die Strömung analysiert wurde und die Simulation einer zweiphasigen Strömung aus ABS
und einem Polymerblend aus PC und ABS zur Bewertung der Schichtumlagerungen. Zur Bewertung
wurde ein Maß definiert, welches den Grad der Schichtumlagerung wiedergibt.
Die Ergebnisse der zweiphasigen Strömungssimulationen wurden anschießend, anhand einer
Grauwertanalyse von experimentell gewonnen Schmelzeabdruckproben des Düsenkanals sowie
von produzierten Plattenproben, validiert.
Anhand der Monoströmung konnte gezeigt werden, dass ? hervorgerufen durch die viskoelastischen
Eigenschaften der Schmelze ? Strömungen quer zur Hauptstromrichtung auftreten.
Diese Sekundärströmungen äußern sich in Form von je zwei gegenläufigen Strömungswirbeln
in einem Quadranten des Kanals. Anhand der Simulationsergebnisse zeigte sich, dass die
Stärke der Sekundärströmung mit steigendem Seitenverhältnis des Kanals, mit steigendem
Viskositätsverhältnis und mit sinkendem Mobilitätsparameter abnimmt.
Die Simulation der Schichtumlagerung zeigte eine geringere Umlagerung mit steigendem Durchsatz,
eine Zunahme bei steigendem Anteil des elastischeren Materials im Querschnitt und geringe
Umlagerungen bei ausgeglichener Schichtverteilung. Diese Ergebnisse konnte durch die
experimentelle Untersuchung auf qualitativer Ebene bestätigt werden. (Betreut durch Univ-Prof. Georg Steinbichler und DI Alexander Hammer BSc)
Forschungs-