Extrusion 4-2025

Die Dichtigkeit des Rheometers wird durch eine von den Membransegmenten unabhängige 0,025 mm dicke Stahl- folie unter den Membransegmenten sichergestellt. Die Folie sorgt außerdem für einen glatten Übergang zwischen den einzelnen Segmenten. Die gewünschte Reibkombina- tion von Kautschuk auf Werkzeugstahl wird dabei beibe- halten. An der Unterseite des Rheometers sind Bohrungen für klassische Drucksensoren vorgesehen. Diese Messun- gen dienen bei der Ermittlung des fein aufgelösten Druck- verlaufs als Stützstellen. Die Positionierung ist in Bild 2 im Querschnitt durch die Mitte des Rheometers gezeigt. Bild 3 zeigt den Prototyp des segmentierten Rheometers. Dieses wurde in einem ersten Test am Extruder montiert und mit Festsilikonkautschuk durchströmt. Dabei wurde vor Einschalten des Extruders zunächst die Grundposition der Segmente ermittelt. Mit einer analogen Messuhr wurde nacheinander in der Mitte aller Segmente die Durchbiegung abgelesen. Während des laufenden Ver- suchs wurde die Durchbiegung ebenfalls abgelesen. Fünf Minuten nach Beendigung des Versuchs wurde die Rück- stellung der Membransegmente durch erneutes Ermitteln ihrer Position überprüft. Um die Überlastung der Membransegmente durch zu hohe Drücke zunächst zu vermeiden, wurde für die Versu- che ein niedrigviskoser Festsilikonkautschuk (Wacker Elas- tosil R401 40, Wacker Chemie AG, München) eingesetzt. Der Versuchsplan ist in Tabelle 1 gezeigt. Die Schneckendrehzahl und damit Druck und Durchsatz wurden schrittweise erhöht, um zu vermeiden, dass even- tuelle plastische Verformung die weiteren Versuche ver- hindert. Bei höchstmöglicher Drehzahl der Schnecke von 70 U/min wurde an der Drucksensorposition 1, also unter den Segmenten 3 und 4 (in Fließrichtung) ein Druck von 129,5 bar gemessen. Dies führte auch an Segment 1, unter dem der höchste Druck herrscht, nicht zu plastischer Ver- formung der Elemente. Beispielhaft ist der Messchrieb der Durchbiegungen über die Segmentposition unterhalb in Bild 4 gezeigt. Außerdem wird auch der Druck an den beiden Druckmesspositionen aufgetragen. Da der Drucksensor jeweils die Länge von zwei Segmenten überspannt, aber nur einen Messwert ausgibt, ist dieser jeweils für zwei Messpositionen ausge- geben. Segment 1 kann mit der aktuellen Messmethode über eine Messuhr nicht erreicht wer- den. Grundsätzlich ist in der Durchbiegung der Segmente ein annähernd linearer Verlauf zu erkennen. Dennoch wer- den einige Abweichungen offensicht- lich, die auf Schwachstellen des Systems hinweisen könnten. So wei- chen einige Durchbiegungen von einem idealen linearen Verlauf ab. Au- ßerdem erreicht die Durchbiegung bei Extrapolation zum Rheometer- auslass nicht den Wert 0 mm, der bei Drucklosigkeit eigentlich gegeben sein müsste. Die klassisch gemesse- nen Drücke der Drucksensoren kön- nen jedoch problemlos auf 0 bar am Rheometeraustritt ex- trapoliert werden. Dies lässt die Annahme zu, dass ein li- nearer Druckverlauf bis zum Austritt vorliegt, von den Segmenten aber nicht ideal abgebildet werden kann. So scheint es einerseits, dass die Einspannung der Segmente durch den vorliegenden Druck vollständig angehoben wird und den Segmenten so erlaubt, auch bei geringstem Druck bereits stark angehoben zu werden und andererseits, dass die Verschraubung neben den Verschraubstellen eine hö- here Klemmkraft erzeugt als an Segmenten, die weiter davon entfernt sind. Ungeachtet der identifizierten Nachteile des aktuellen Auf- baus skaliert die Durchbiegung der Segmente mit dem vor- herrschenden Druck. Das zeigt Bild 5 . Es wird deutlich, dass ein gesteigerter Durchsatz wie zu er- warten auch ein gesteigertes Druckniveau zur Folge hat, welches sich auch in der Durchbiegung der Segmente wi- derspiegelt. Grundsätzlich zeigt sich auch bei einem hohen Druckniveau eine Welligkeit in der Kurve der Durchbie- gung. Auch hier wird bei Extrapolation am Ausgang des Rheometers nicht der Wert 0 mm erreicht, jedoch bei Aus- wertung des Drucks der Wert 0 bar. Dies spricht weiter für ein Anheben der gesamten Spannelemente der Segmente. Da bei verschiedenen Druckniveaus unterschiedliche Tabelle 1: Versuchsplan mit Festsilikonkautschuk Bild 3: Segmentiertes Membranrheometer Extrusion 4/2025 28 Kautschukrheologie – Aus der Forschung Segmente Einspannung der Segmente Temperierung Versuch Material Elastosil R401 40 Drehzahl Schnecke/Speisewalze [U/min] Temperatur Extruder/Rheometer [°C] 60 mm Fließrichtung 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5/2,5 10/5 15/7,5 20/10 25/12,5 30/15 35/17,5 40/20 70/35 40 40 40 40 40 40 40 40 40