Entwicklung eines gekühlten Waveguides zur inline Messung des Strömungsprofiles von Polymerschmelze mittels Ultraschall

Bei der Entwicklung neuer Polymere sind Fließverhalten und Verarbeitbarkeit der Polymerschmelze ein wichtiges Kriterium - daher ist die Messung des Strömungsprofils der Schmelze inline während der Extrusion von großem Interesse. Eine Möglichkeit, Strömungsprofile zerstörungsfrei auch in opaken Schmelzen zu messen, bietet das bekannte Ultraschall-Pulsed-Wave Verfahren. Die Anforderungen an eine Messeinrichtung sind dabei hoch: Geringe Kanalquerschnitte (weniger als 2 mm) erfordern Ultraschall-Transducer mit kurzer Pulsdauer (bzw. hoher Bandbreite), und die niedrige akustische Impedanz der Schmelze verursacht zwangsläufig hohe Verluste beim Einkoppeln der Pulse in die Schmelze. Leistungsfähiges Labor-Equipment, welches diese Anforderungen erfüllen kann, ist auf den Einsatz beiRaumtemperaturbeschränkt, währenddie Polymerschmelze bis zu 250°C erreichen kann. Dieser Beitrag stellt einen neu entwickelten Messaufbau vor, der es ermöglicht, Langzeitmessungen in einer beheizten Kapillardüse unmittelbar nach der Extrusion durchzuführen. Der Ansatz beruht auf der ”Clad-Buffer-Rod”-Technik: Ein Waveguide zwischen Transducer und Schmel- ze sorgt für gute akustische Kopplungbei gleichzeitigerthermischer Entkopplung. Der Waveguide kann transducerseitig gekühlt werden, ohne die Temperatur Fluss der Schmelze stark zu beeinflussen, und eine Langzeit-Messung mit Labor-Equipment wird möglich. Die gezeigten Messergebnisse wurden inline während der Extrusion von Polypropylen mit verschiedenen Füllstoffen gewonnen. Wichtige akustische Eigenschaften der Schmelze (Schallgeschwindigkeit, Dämpfung) können ebenfalls direkt aus den Messdaten geschätzt werden.