Mischuntersuchung von verschiedenen Rauten-Mischelementen mit Hilfe von ANSYS Polyflow

Der Einsatz von Mischelementen in Extrudern unterstützt die Homogenisierung der Kunststoffschmelze. Dies ist besonders wichtig, wenn Farbstoffe oder Additive eingesetzt oder sogenannte Polymer-Blends hergestellt werden. Mischelemente können sich in ihrer Geometrie stark unterscheiden, da den Gestaltungsmöglichkeiten keine Grenzen gesetzt sind. Beim Mischen wird grundsätzlich zwischen dispersivem und distributivem Mischverhalten unterschieden, wobei für eine gute Mischperformance sowohl eine gute Zerteilung, als auch Verteilung der Teilchen erwünscht ist. Zur Charakterisierung dieses Phänomens gibt es die Möglichkeit, Experimente am Extruder oder das Mischverhalten in Mischteilen mittels numerischer Berechnung durchzuführen. Der Vorteil der numerischen Kalkulation liegt darin, dass sie vor Anschaffung eines eventuell sehr teuren Mischteiles sowohl Kosten, als auch Zeit sparen kann. Zeit deshalb, weil schließlich auf die praktischen Versuche am Extruder selbst verzichtet werden kann. In dieser Arbeit wurde die Mischperformance von 4 unterschiedlichen Mischelementen mit Hilfe von Simulationen untersucht. Für die numerische Berechnung wurde das Programm ANSYS Polyflow verwendet. Für die 4 Mischteile wurden 3 Materialien eingesetzt, welche in deren Scherviskosität voneinander abwichen. Weiters wurde jedes Material unter diversen Betriebspunkten untersucht, wobei sowohl der Massedurchsatz ��̇ , als auch die Drehzahl N variabel waren. In Summe wurden daher 48 Simulationen durchgeführt. Für die Auswertung wurde anschließend grob zwischen Fließsimulation und Particle Tracking unterschieden. Die Fließsimulation gibt sowohl Auskunft über die Geschwindigkeitsprofile in axialer und radialer Richtung, über die mechanischen und thermischen Parameter, als auch über das dispersive Mischverhalten. Diese wurde mit Hilfe der Schubspannung und der Manas-Zahl charakterisiert. Beim Particle Tracking wird die distributive Mischperformance untersucht. Dabei wurden die Verweilzeitverteilungsdichte RTD und die kumulative Verweilzeit CRTD sowie das Quer- und Längsmischverhalten untersucht. Das Quermischen lässt sich mit dem Segregationsgrad charakterisieren. Beim Längsmischen wurden 2 unterschiedliche Methoden verwendet. Einerseits wurde dabei die Varianz, andererseits der ideale-distributive Längsmischindex untersucht.