Experimentelle Untersuchungen an genuteten Einschneckenextrudern mit Fokus auf Leistungsbilanz und Aufschmelzversuchen

Diese Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung der in der Einschneckenextrusion häufig verwendeten Kombination aus genutetem Zylinder und Barriereschnecke. Ein spezieller Fokus wird auf die Leistungsbilanz und das Aufschmelzverhalten gelegt. Dazu wurden Versuche an axial- und gewendelnuteten, sowie zum einen im Einzug, als auch zusätzlich in der Plastifizierzone genuteten Zylindern, an verschiedenen Betriebspunkten, durchgeführt. Für die Untersuchungen wurden zehn verschiedene Materialien von sechs verschiedenen Polymertypen (PP, HDPE, MDPE, LDPE, PS, PET) verwendet. Für die Leistungsbilanz wurden die dem System zu- und abgeführten Leistungen gegenübergestellt. Um Rückschlüsse über die energetische Effizienz des Prozesses zu erhalten wurde der „scheinbar thermische Wirkungsgrad“ definiert. Der effizienteste Betriebspunkt ist dabei der „scheinbar adiabate Punkt“, an dem 100% der Antriebsleistung in Entalpiestrom und Punmpleistung umgewandelt wird, und die Summe der Wärmestrome durch die Zylinderwand gleich Null ist. Der Wärmestrom durch die Zylinderwand setzt sich dabei aus dem in den Zylinderzonen und dem der Einzugskühlung zusammen. Der scheinbar thermische Wirkungsgrad ist eine sehr gute Kennzahl zur Bewertung des Prozesses, und der Ermittlung von energetisch effizienten Betriebspunkten. Das Aufschmelzverhalten wurde mittels Schneckenziehversuchen und dynamischen Druckmessungen bestimmt. Mit den Schneckenziehversuchen kann der axiale Schmelzeverlauf visualisiert und die Schmelzeanteile bestimmt werden. Durch die dynamische Druckmessung wird der Druckverlauf über die Kanalbreite dargestellt und es dadurch ermöglicht auf die Verteilung von Schmelze und Feststoff im Kanal rückzuschließen. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die Prozesseigenschaften stark von der Kombination Zylinder, Schnecke und Kunststoff abhängen und variieren.