Dipl.-Ing. Martin Lübke

Kurzbeschreibung:

Bei der Herstellung und Aufbereitung von Kunststoffen nimmt der Verfahrensschritt der Entgasung von flüchtigen Inhaltsstoffen eine zentrale Stellung ein. Flüchtige Inhaltsstoffe in Form von Lösungsmitteln, Monomeren oder Additiven sind unerwünscht und müssen aus dem zu erzeugenden Kunststoff entfernt werden, da sie entweder die mechanischen Eigenschaften des fertigen Produktes negativ beeinflussen oder gesundheitsschädliche Eigenschaften besitzen. Vielfach werden zur Entgasung von Kunststoffschmelzen Schneckenextruder bzw. Doppelschneckenextruder eingesetzt. Hierbei findet in teilgefüllten Bereichen des Extruders ein Stofftransport der zu entgasenden Bestandteile über die sich einstellende Phasenoberfläche statt. Durch die Drehbewegung der Schnecken wird die Schmelze zum einen gefördert und zum anderen erfolgt eine kontinuierliche Erneuerung und Umschichtung der Phasenoberflächen. Zudem wird am Gehäuse ein dünner Film ausgestrichen, der die Entgasung begünstigt. Für die Auslegung und den wirtschaftlichen Betrieb einer Schneckenmaschine ist die Kenntnis der Strömungs- und Stofftransportprozesse maßgeblich, so ist beispielsweise die Entgasungsleistung eine für die Produktqualität entscheidende Größe.

Allerdings beschränken sich bisherigen Untersuchungen aufgrund der komplexen Vorgänge zumeist auf eine experimentelle Bestimmung integraler Größen im Labor- oder Technikumsmaßstab. Ein Scale-up auf Produktionsanlagen ist mit den auf experimentellem Wege ermittelten Größen nur bedingt möglich. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Modellierung und numerische Berechnung der Filmentgasung in Doppelschneckenextrudern. Im Mittelpunkt der numerischen Untersuchungen stehen die Bestimmung der freien Oberfläche in teilgefüllten Abschnitten eines Doppelschneckenextruders sowie die Entwicklung eines Entgasungsmodelles, das die Stofftransportprozesse wiedergibt. Des Weiteren werden nicht-newtonsche Eigenschaften der Kunststoffschmelze bei den Berechnungen berücksichtigt. Begleitende experimentelle Untersuchungen der Filmentgasung an einem am Fachgebiet vorhandenen Doppelschneckenextruder (Typ: ZSK 58, Fa. Coperion Werner & Pfleiderer GmbH) dienen der Validierung der numerischen Ergebnisse.