Extrusion 4-2025

Bei der Auslegung von Extrusionswerkzeugen und Schnecken werden rheologische Material- daten und empirisch ermittelte Stoffgesetze eingesetzt. Allerdings stellen wandgleitende Fluide eine Herausforderung bei der Ermittlung dieser Materialdaten dar [Sch20]. So tritt Wandgleiten in einer Kapillare typischerweise nicht über die gesamte Fließlänge auf, sondern setzt erst im Bereich niedrigerer Drücke ein. Der kritische Druck ist dabei vom Material selbst abhängig [Uhl76]. Mit einem klassischen Kapillarrheometer lässt sich dieser Punkt allerdings nicht bestimmen, da in Rundkapillaren nur vor der Kapillare selbst und bei Flachkapillaren in der Regel höchstens an drei Stellen der Druck erfasst wird. Deshalb wird am IKV eine neuartige Methode zur lokalen Detektion von Wandgleiten entwickelt und erprobt. Dabei wird der Druck entlang einer Rechteckkapillare stufenlos durch den Einsatz einer Membran erfasst, die sich unter Druck elastisch biegt. Stufenlose Druckerfassung entlang eines Rechteck- Kapillarrheometers – Ein Weg zur Erfassung von Wandgleiteffekten? Stand der Forschung Bei der Simulation von Schmelzeströmungen wird in der Regel Wandhaftung zwischen Kapillarwand und Polymer- schmelze antizipiert. Bei den Kunststoffen wie Polyvinyl- chlorid und Polyethylen sowie bei Kautschuken liegt bei Überschreiten einer kritischen Schubspannung jedoch keine Wandhaftung vor. Auch beim Einsatz von Gleitmit- teln (Paraffine, Wachse) kann sich ein Gleitfilm bilden, der eine Wandhaftung verhindert [JR88, Lim85, Off72, Sch20, Wie92]. Insbesondere bei Kautschuken hängt das Wand- gleiten stark von Füll- und Zusatzstoffen ab. Das sogenannte Gleitfilm-Modell beruht auf der Ausbil- dung einer niedrigviskosen Grenzschicht an der Kapillar- wand, die als Schmierfilm fungiert. Geht die Dicke des Gleitfilms gegen Null, liegt Wandgleiten vor [Sch03]. Im Gegensatz dazu entwickelte Uhland [Uhl76, Uhl78] Extrusion 4/2025 Kautschukrheologie – Aus der Forschung 26 Bild 1: Explosionsdarstellung des segmentierten Membranrheometers Membransegmente Durchbiegung 60 mm