Zum Mischen rheologisch inhomogener Stoffsysteme auf Einschneckenmaschinen

Zusammenfassung Das Mischen von Stoffen mit unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften in Schneckenmaschinen ist in der Kunststoffauf- und -verarbeitung eine Standardaufgabe. Trotzdem gibt es hierfür kein zufriedenstellendes mathematisch-physikalisches Modell. Daher werden zunächst einfache Mischmodelle diskutiert. Auf der Basis dieser Modelle wird dann unter Berücksichtigung der Besonderheiten des Plastifizierextruderprozesses eine Mischgütebeziehung mathematisch formuliert. Die experimentelle Überprüfung erfolgt mit Hilfe der Grauwertanalyse extrudierter Zweistoffsysteme, bei denen ein Stoff mit Ruß eingefärbt war. Da der Mischprozeß hochgradig stochastisch ist, streuen die Meßergebnisse. Unter Berücksichtigung dieses Tatbestandes ist der theoretische Ansatz zufriedenstellend.

---

Mixing of polymer resins with different rheological properties is a usual demand in plastics processing using screw extruders. A mathematical model describing this processing problem sufficiently is not known, however. Therefore, simple mixing models will be discussed. Based on these, a concept for the calculation of mixing homogeneity will be presented, including the particular requirement of the plasticating screw process. An experimental investigation utilizes the grey-value analysis of extruded two-component materials, which in one phase is carbon-black filled. Considering the fact that the mixing process is highly random, the theoretical model leads to a good level of aggreement with the scattering measurement data.

---

b Schneckenkanalbreite - B Bandbreite der Grauwerte - c Konstante - mittlere Konzentration, bezogen auf die Grauwertbandbreite - h Höhe, Gangtiefe, Schneckenkanalhöhe - h ₀ Gangtiefe der Einzugszone - h ₁ Gangtiefe der Ausstoßzone - L Länge - gemittelte Schmelzebettlänge - n Exponent des Potenzfließgesetzes - s Standardabweichung der Grauwerte bezogen auf die Grauwertbandbreite - S Standardabweichung der Grauwerte - t Verweilzeit - t ₁ kürzeste Verweilzeit - mittlere Verweilzeit - ₀ Umfangsgeschwindigkeit - mittlere Geschwindigkeit - V Volumenstrom - w Dicke eines Kontrollelements - w Ausstreichdicke eines Kontrollelements - x Koordinate - Mittelwert der Grauwerte - y Koordinate - Scherdeformationswinkel - Scherdeformation - mittlere Scherdeformation - Schergeschwindigkeit - Viskosität - ₁ dimensionslose kürzeste Verweilzeit - dimensionsloser Volumenstrom - _LSM laminarer Schermischgrad - _{LSM, the} theoretischer laminarer Schermischgrad - _{LSM, exp} experimenteller laminarer Schermischgrad - ² Varianz der Verweilzeit im Schmelzebett - Schubspannung - Gangsteigungswinkel der Schnecke - ø Volumenanteil - dimensionslose Kennzahl