Die Charakterisierung von Fließprozessen ist für die Verarbeitung von Polymer- und Kunststoffschmelzen von äußerster Bedeutung. Mit Hilfe von Kapillarrheometern und Rotationsrheometern lassen sich am Institut für Kunststofftechnik diese rheologischen Kenngrößen bestimmen. Die Rheometrie spielt auch eine wichtige Rolle bei der Werkstoffentwicklung. Hierbei kann beispielsweise die Wirkung von Compatibilizern in unmischbaren Blends oder Compositen aufgezeigt und miteinander verglichen werden.
Rotationsrheometrie
Die zu untersuchende Kunststoffschmelze wird in einem Messspalt zwischen zwei rotationssymmetrischen und koaxial angeordneten Flächen eingebracht, von denen die eine mit definierter Winkelgeschwindigkeit rotiert oder schwingt. Die andere ruht. Der Schwingungsversuch wird im linear-viskoelastischen Bereich des Polymers über einen Frequenzbereich von 0,1 bis 100 rad/s (entspricht bei vielen Polymeren der Schergeschwindigkeit in 1/s) bei einer oder mehreren Temperaturen durchgeführt. Zur Messung wird die entsprechende Probe zwischen den zwei parallelen Platten aufgeschmolzen und in einer Schleppströmung deformiert. Aus der Reaktion der Probe lassen sich rheologische Kennwerte wie Schmelzeviskosität, Speichermodul (elastischer Anteil) und Verlustmodul (viskoser Anteil) ermitteln.
Kapillarrheometrie
Mit einem Kapillarrheometer wird die stationäre Scherviskosität in Abhängigkeit von Schergeschwindigkeit und Temperatur bestimmt. Dazu wird aus einem definiert temperierten Vorlagekanal die Schmelze mittels einem Stempel bei konstanter Geschwindigkeit (= konst. Durchsatz, Schergeschwindigkeit) durch eine Messdüse mit definierter Länge und Querschnittsfläche gepresst. Dabei wird der Druckabfall entlang der Messdüse bei konstanter Schergeschwindigkeit gemessen. Aus diesen Messgrößen und den Geometriefaktoren lassen sich Schubspannungs- und Viskositätsfunktion berechnen. Messungen bei mehreren Temperaturen lassen die Auswertung der Temperaturverschiebung nach Arrhenius zu.
Schmelzevolumenfließrate (MVR)
Die Bestimmung der Schmelz-Volumenfließrate ist ein in der Kunststoffbranche weit verbreitetes und robustes Verfahren zur Qualitätskontrolle. Die Schmelzevolumenfließrate wird durch Extrudieren eines geschmolzenen Materials aus einem geometrisch definierten Zylinder durch eine geometrisch definierte Düse unter gegebenen Temperatur- und Belastungsbedingungen bestimmt. Durch die Ermittlung der Weglänge, die der Kolben im Zylinder in einer definierten Zeit zurücklegt, kann das Volumen der extrudierten Schmelze bestimmt werden.
Mögliche Prüfnorm:
- ISO 1133
Messung der Dehnviskosität
Mit dem Göttfert Rheotens
Die Messung der Dehnviskosität basiert auf der Messung der Abzugskraft einer Schmelze in Relation zur Abzugsgeschwindigkeit. Hierfür wird der Schmelzestrang mit Hilfe zweier gegenläufiger, gezahnter Walzen verstreckt. Die Drehzahl dieser Walzen und somit auch die Abzugsgeschwindigkeit des Extrudats ist stufenlos einstellbar. Neben konstanten Geschwindigkeiten sind auch lineare Beschleunigungen durch einen Tachogenerator möglich. Durch die Lagerung auf einem Wägebalken und die Auslenkung des Federsystems bei Krafteinwirkung, kann mit Hilfe von induktiven Wegaufnehmern Rückschluss auf die zur Verstreckung notwendige Kraft gemacht werden.
Mit dem Sentmanat SER3
Die Dehnviskosität definiert den inneren Widerstand der Kunststoffschmelze gegen eine von außen wirkende Kraft und wird aus dem Quotienten der vorherrschenden Zugspannung und der Dehngeschwindigkeit berechnet. Bei der Messung der Dehnviskosität wird eine Kunststoffprobe mithilfe zweier gegenläufig rotierender Walzen verstreckt. Über die Walzenrotationsgeschwindigkeit wird die Dehngeschwindigkeit, mit welcher die Kunststoffprobe verstreckt wird, definiert. Mithilfe der Abzugskraft oder dem an den Walzen angreifenden Drehmoment wird die in der Kunststoffprobe vorherrschende Zugspannung bestimmt. Beim Sentmanat-Dehnrheometer (SER3) wird eine transiente Dehndeformation bei einer über die Zeit konstanten Dehngeschwindigkeit realisiert und somit die Bestimmung der Dehnverfestigung einer Kunststoffprobe ermöglicht.
Ansprechpartnerinnen für Rheologie und Rheometrie
Selina Scherzer
M. Sc.Leiterin akkreditiertes Prüflabor
Nina Jung
Bachelor Professional in Technik (Chemietechnik)Stellv. Leiterin Prüflabor und Technologietransfer