Über Strömungen und Mischvorgänge im Planetwalzenextruder für die Schaumextrusion
Judith Winck
Bei der Schaumextrusion werden hohe Expansionsraten und eine homogene Porenstruktur erzielt, wenn das Treibmittel gleichmäßig in die Polymerschmelze eingemischt und die treibgasbeladene Schmelze vor dem Austritt aus der Düse präzise abgekühlt wird. In diesem Zusammenhang wird die Nutzung eines Planetwalzenextruders als Misch- und Kühlextruder für die Schaumextrusion ganzheitlich charakterisiert. Unter Verwendung von verdichtetem Kohlendioxid als Treibmittel werden mit der konfigurierten Schaumextrusionsanlage PLA-Schäume mit einer Porosität von über 98 % hergestellt. Die Einflüsse der Verfahrensparameter auf die Schaumeigenschaften werden diskutiert. Zur Erzielung besonders hochporöser Schäume sind hohe Treibmittelbeladungen sowie hohe Druckentspannungsraten und damit auch Polymermassenströme erforderlich.
Die Charakterisierung der Strömung und Durchmischung im Planetwalzenextruder erfolgt einerseits mithilfe numerischer Strömungssimulationen und andererseits durch die Visualisierung mit einem im Rahmen dieser Arbeit angefertigten transparenten Modell des Planetwalzenextruders. Demnach variieren die Transport- und Mischeigenschaften des Extruders je nach gewählter Geometrie und Anzahl der Planetspindeln. Anhand der vorgestellten Modelle wird eine gezielte Auswahl von Spindelkonfigurationen für verschiedene Prozessaufgaben ermöglicht. Insgesamt werden die hohen Expansionsraten und die feinzelligen homogenen Porenstrukturen bei der Schaumextrusion auf die starke Durchmischung im Planetwalzenextruder zurückgeführt, die sich aus dem hohen Dehnströmungsanteil und einem häufigen Wechsel der Strömungsform ergibt.
