In der Polymerindustrie werden standardmäßig pneumatische Förderanlagen verwendet, um Granulate zu transportieren. Hierbei wird das Material durch eine Rohrleitung mittels Druckluft direkt vom Produktionsort bis zur Abpackanlage transportiert. Abgesehen von den Investitionskosten beim Bau einer solchen Anlage ist diese Methode sehr günstig, denn es bedarf weniger Arbeitskräfte zum Betrieb pneumatischer Förderanlagen. Es gibt mit Ausnahme des Gebläses, der Partikeldosierung und eventuellen Rohrweichen keine bewegten Teile, so dass die Anlagen wartungsarm sind. Allerdings weisen sie im Vergleich zu z.B. Gurtförderern einen hohen Energieverbrauch auf.
Ein Nachteil dieser Methode ist der Fördergutabrieb, der beim Prall der Partikeln gegeneinander oder gegen die Wand der Förderleitung entsteht. Dieser Abrieb ist bei der Kunststoffverarbeitung unerwünscht, da er zu einer Qualitätsverminderung des Endproduktes führen kann. So verhindert der Abrieb bei der Folienherstellung ein gleichmäßiges Aufschmelzen des Polymergranulates im Extruder, was zur Entstehung von Löchern beim Folienblasen führt.
Derzeit gibt es keine Erkenntnisse wie die bei der pneumatischen Förderung entstehende Abriebsmenge mit messbaren Materialeigenschaften korreliert werden kann. Daher muss bei jedem neuen Kunststoff überprüft werden, ob er pneumatisch gefördert werden kann, oder ob zu viel Abrieb entsteht. Bis jetzt ist es unumgänglich dieses Abriebverhalten durch aufwendige Experimente zu bestimmen. In der Regel wird eine Förderanlage im Technikumsmaßstab verwendet, durch die der Kunststoff mehrere Male gefördert wird. Der entstandene Abrieb wird dann auf die geplante Anlage hochgerechnet. Diese Methode, liefert zwar aussagekräftige Resultate, allerdings sind die hohen Kosten und der Zeitaufwand einer solchen Studie von großem Nachteil.
Um diesen Aufwand zu verringern wird an der TU-München die Entstehung von Förderungsabrieb näher untersucht. In einem Teilprojekt werden die Kunststoffe mit Hilfe der Thermischen Analyse charakterisiert, um zu erforschen ob die dabei erhaltenen Materialdaten mit dem Abriebsverhalten der Kunststoffe korreliert werden können. Für die Analyse steht sowohl ein Gerät zur Dynamisch Mechanischen Analyse (DMA) zur Verfügung als auch ein Dynamisches Differenzkalorimeter (DSC).
Inhaltsverzeichnis
1. EINLEITUNG
2. STAND DES WISSENS
2.1 EIGENSCHAFTEN DER KUNSTSTOFFE
2.1.1 Chemischer Aufbau, Darstellung und Eigenschaften
2.1.2 Mechanisches und thermisches Verhalten
2.1.3 Einteilung der Kunststoffe
2.2 THERMISCHE ANALYSE
2.2.1 Aufbau der Messgeräte
2.2.2 Anwendung in der Polymertechnik
2.2.3 Dynamisch mechanische Analyse (DMA)
2.2.4 Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC)
3. PRAKTISCHE VORGEHENSWEISE
3.1 MATERIALIEN
3.2 MESSINSTRUMENTE UND ARBEITSPLATZ
3.3 PROBENHERSTELLUNG UND -PRÄPARATION
3.4 DMA
3.4.1 Experimentelle Methoden (DMA)
3.4.2 Versuchsprogramm (DMA)
3.5 DSC
3.5.1 Experimentelle Methoden (DSC)
3.5.2 Versuchsprogramm (DSC)
4. AUSWERTUNG
4.1 AUSWERTUNG DER DMA-MESSUNGEN
4.1.1 Überprüfung der Reproduzierbarkeit und des viskoelastischen Limits
4.1.2 Einfluss des Abkühlprogramms
4.1.3 Einfluss der Haltezeit
4.1.4 Einfluss verschiedener Amplituden und des Frequency Sweeps
4.1.5 Bestimmung der Glasübergangstemperaturen
4.2 AUSWERTUNG DER DSC-MESSUNGEN
4.2.1 Überprüfung der Reproduzierbarkeit
4.2.2 Bestimmung der Glastemperaturen und Schmelzbereiche (DSC)
4.3 VERGLEICH MIT ERGEBNISSEN AUS ABRIEBSMESSUNGEN
5. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
Zielsetzung & Themen
Ziel der Arbeit ist es, die Eignung der thermischen Analyse (DMA und DSC) zur Charakterisierung von Polymeren zu untersuchen, um eine Korrelation zwischen den messbaren Materialkennwerten und dem Fördergutabrieb in pneumatischen Förderanlagen zu etablieren, mit dem Zweck, aufwendige und kostenintensive Abriebsversuche zu reduzieren.
- Charakterisierung verschiedener Polymerarten (PE, PP, PS, PMMA) mittels Thermischer Analyse.
- Systematische Untersuchung und Optimierung der Messparameter für DMA und DSC.
- Bestimmung viskoelastischer Eigenschaften und Glasübergangstemperaturen.
- Validierung der Messergebnisse hinsichtlich Reproduzierbarkeit und Einflussfaktoren.
- Vergleich der thermoanalytischen Daten mit Ergebnissen aus realen Abriebsversuchen.
Auszug aus dem Buch
1. Einleitung
In der Polymerindustrie werden standardmäßig pneumatische Förderanlagen verwendet, um Granulate zu transportieren. Hierbei wird das Material durch eine Rohrleitung mittels Druckluft direkt vom Produktionsort bis zur Abpackanlage transportiert. Abgesehen von den Investitionskosten beim Bau einer solchen Anlage ist diese Methode sehr günstig, denn es bedarf weniger Arbeitskräfte zum Betrieb pneumatischer Förderanlagen. Es gibt mit Ausnahme des Gebläses, der Partikeldosierung und eventuellen Rohrweichen keine bewegten Teile, so dass die Anlagen wartungsarm sind. Allerdings weisen sie im Vergleich zu z.B. Gurtförderern einen hohen Energieverbrauch auf.
Ein Nachteil dieser Methode ist der Fördergutabrieb, der beim Prall der Partikeln gegeneinander oder gegen die Wand der Förderleitung entsteht. Dieser Abrieb ist bei der Kunststoffverarbeitung unerwünscht, da er zu einer Qualitätsverminderung des Endproduktes führen kann. So verhindert der Abrieb bei der Folienherstellung ein gleichmäßiges Aufschmelzen des Polymergranulates im Extruder, was zur Entstehung von Löchern beim Folienblasen führt.
Zusammenfassung der Kapitel
1. EINLEITUNG: Darstellung der Problematik des Fördergutabriebs in der Polymerindustrie und der Zielsetzung, diese durch thermische Analyse kosteneffizienter zu untersuchen.
2. STAND DES WISSENS: Erläuterung der theoretischen Grundlagen zu Polymereigenschaften, Thermoplasten, Duroplasten, Elastomeren sowie der Funktionsweise von DMA und DSC.
3. PRAKTISCHE VORGEHENSWEISE: Dokumentation der verwendeten Materialien, Messinstrumente und der methodischen Entwicklung der Standardmessprozeduren für DMA und DSC.
4. AUSWERTUNG: Analyse und Diskussion der experimentellen Daten, Überprüfung der Reproduzierbarkeit, Bestimmung der Glasübergangstemperaturen und Vergleich mit Abriebsergebnissen.
5. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK: Zusammenführende Betrachtung der Ergebnisse und Diskussion des Potenzials sowie weiterer Forschungsbedarfe bezüglich der Korrelation von Materialdaten und Abrieb.
Schlüsselwörter
Thermische Analyse, DMA, DSC, Polymer, Fördergutabrieb, Glasübergangstemperatur, Speichermodul, Verlustmodul, Kunststoff, Pneumatische Förderung, Reproduzierbarkeit, TMDSC, Viskoelastizität, Materialkennwerte.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Es geht um die Untersuchung von Kunststoffen mittels thermischer Analyseverfahren, um deren Materialeigenschaften zu bestimmen und diese mit ihrem Verhalten bei der pneumatischen Förderung (Abrieb) in Verbindung zu bringen.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die Themenfelder umfassen die physikalisch-chemischen Grundlagen von Polymeren, die Messtechnik der Dynamisch Mechanischen Analyse (DMA) und Dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) sowie die Analyse von Korrelationen zwischen Modulwerten und Abriebsraten.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, Materialkennwerte durch einfache thermische Analyseverfahren zu ermitteln, die eine verlässliche Prognose über das Abriebsverhalten bei der Förderung ermöglichen, um teure Technikumsversuche zu ersetzen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Autorin verwendet primär die Dynamisch Mechanische Analyse (DMA) zur Bestimmung viskoelastischer Eigenschaften und die temperaturmodulierte Dynamische Differenzkalorimetrie (TMDSC) zur Enthalpieanalyse.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Einführung in die Werkstoffkunde und Messtechnik, die detaillierte Beschreibung der experimentellen Durchführung (inklusive Probenvorbereitung) und die umfangreiche Auswertung der Messdaten für verschiedene Polymertypen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den wichtigsten Begriffen gehören Thermische Analyse, DMA, DSC, Fördergutabrieb, Glasübergangstemperatur, Speichermodul und Verlustmodul.
Wie unterscheidet sich die DMA von der DSC bei der Untersuchung von Glasübergängen?
Die DMA reagiert laut Arbeit besonders empfindlich auf Glasübergänge, da die Moduländerung in diesem Bereich deutlich ausgeprägter ist als die Änderung der spezifischen Wärmekapazität, die mittels DSC erfasst wird.
Welche Rolle spielt die Probenvorbereitung für die Messgenauigkeit?
Eine sorgfältige Probenvorbereitung, insbesondere die Ausrichtung und das schonende Schneiden der Proben, ist essenziell, da die Geometrie und die thermische Vorgeschichte das Messergebnis maßgeblich beeinflussen.
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- Dipl. Ing. Pedro Montes de Oca (Author), 2003, Vergleichende Charakterisierung verschiedener Polymere mit Hilfe von dynamisch mechanischer Analyse (DMA) und dynamischer Differenzkaloriemetrie (DSC), Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/79675
