≪ View Page

Unterschiede

Hier werden die Unterschiede zwischen zwei Versionen angezeigt.

Link zu dieser Vergleichsansicht

Beide Seiten der vorigen RevisionVorhergehende Überarbeitung
Nächste Überarbeitung		Vorhergehende Überarbeitung
berechnungen:materialabbau [2024/06/19 14:35] – [Berechnung in REX] cschallberechnungen:materialabbau [2025/07/03 13:29] (aktuell) – [Berechnung in REX] cschall
Zeile 1: Zeile 1:
 ======Materialabbau====== ======Materialabbau======
 +
 +-> [[grafische_darstellung_der_ergebnisse:materialabbau|Zur grafischen Darstellung des Materialabbaus]]
  
 ===== Theoretische Grundlagen ===== ===== Theoretische Grundlagen =====
  
-Der Materialabbau beschreibt eine fortschreitened Schädigung der Polymere auf molekularer Ebene. Hierdurch können sich unter anderem das rheologische Materialverhalten, als auch die mechanischen und optischen Eigenschaften, zumeist ungewollt, verändern. \\+Der Materialabbau beschreibt eine fortschreitende Schädigung der Polymere auf molekularer Ebene. Hierdurch können sich unter anderem das rheologische Materialverhalten, als auch die mechanischen und optischen Eigenschaften, zumeist ungewollt, verändern. \\
 In REX/PSI kann das Abbauverhalten während der Verarbeitung simuliert werden. Vor allem durch eine hohe Scherbelastung und hohen Temperaturen kommt es in Zusammenhang mit einer entsprechenden Verweilzeit zu Brüchen in den Polymerketten und somit zu einer sinkenden mittleren Molmasse. Die kürzeren Molekülketten können besser aneinander abgleiten, wodurch die Viskosität mit fortschreitenden Materialschädigung sinkt. In REX/PSI kann das Abbauverhalten während der Verarbeitung simuliert werden. Vor allem durch eine hohe Scherbelastung und hohen Temperaturen kommt es in Zusammenhang mit einer entsprechenden Verweilzeit zu Brüchen in den Polymerketten und somit zu einer sinkenden mittleren Molmasse. Die kürzeren Molekülketten können besser aneinander abgleiten, wodurch die Viskosität mit fortschreitenden Materialschädigung sinkt.
  
-Die Charakterisierung des Materialabbaus in REX/PSI erfolgt über die Abnahme der [[materialdaten:rheologische_materialdaten|Nullviskosität]]. Die SImulation benötigt eine Materialcharakterisierung und die entsprechenden [[materialdaten:molekulargewicht|Materialparameter zum Abbauverhalten]].\\+Die Charakterisierung des Materialabbaus in REX/PSI erfolgt über die Abnahme der [[materialdaten:rheologische_materialdaten|Nullviskosität]]. Die Simulation benötigt eine Materialcharakterisierung und die entsprechenden [[materialdaten:molekulargewicht|Materialparameter zum Abbauverhalten]].\\
  
 Die Berechnung des Materialabbaus erfolgt gemäß folgender Gleichung: Die Berechnung des Materialabbaus erfolgt gemäß folgender Gleichung:
Zeile 14: Zeile 16:
 Die Materialparameter $\eta_\infty^*$, $K_T$, $K_{\dot \gamma}$, $n_T$ und $n_{\dot \gamma}$ müssen bei den [[materialdaten:molekulargewicht|Materialdaten]] definiert sein. Die Materialparameter $\eta_\infty^*$, $K_T$, $K_{\dot \gamma}$, $n_T$ und $n_{\dot \gamma}$ müssen bei den [[materialdaten:molekulargewicht|Materialdaten]] definiert sein.
  
-Wie der Materialabbau unter den Einflussgrößen Temperatur, Schergeschwindigkeit und Verweilzeit aussehen kann, ist in folgender Abbildung zu sehen+Wie der Materialabbau unter den Einflussgrößen Temperatur, Schergeschwindigkeit und Verweilzeit aussehen kann, ist in folgender Abbildung zu sehen.
  
 {{ :berechnungen:materialabbau:abb_materialabbau_de.svg?nolink&600 |}} {{ :berechnungen:materialabbau:abb_materialabbau_de.svg?nolink&600 |}}
 ===== Berechnung in REX ===== ===== Berechnung in REX =====
  
-Basierend auf den von REX berechneten Werten (Schergeschwindigkeit, Temperatur, Verwielzeit) kann der Materialabbau betrachtet werden. Hierzu werden folgende Annahmen angenommen:+Basierend auf den von REX berechneten Werten (Schergeschwindigkeit, Temperatur, Verweilzeit) kann der Materialabbau betrachtet werden. Hierzu werden folgende Annahmen angenommen:
  
   * Der Materialabbau findet nur in der Schmelze statt   * Der Materialabbau findet nur in der Schmelze statt
Zeile 26: Zeile 28:
   * Die Abbaugeschwindigkeit ist geringer, solange neu aufgeschmolzenes Material in die Schmelze eingemischt wird   * Die Abbaugeschwindigkeit ist geringer, solange neu aufgeschmolzenes Material in die Schmelze eingemischt wird
  
-Die Annahmen werden im Folgendem näher erläutert.+Die Annahmen werden im Folgenden näher erläutert.
  
 Die erste Annahme beschreibt die Vereinfachung, dass unterhalb der Aufschmelztemperatur, und somit im nicht aufgeschmolzenen Kunststoff, kein Materialabbau stattfindet. Die erste Annahme beschreibt die Vereinfachung, dass unterhalb der Aufschmelztemperatur, und somit im nicht aufgeschmolzenen Kunststoff, kein Materialabbau stattfindet.
 Dies lässt sich damit begründen, dass im Feststoff nur geringe Temperaturen und keine Scherung vorliegen und somit die auftretenden Abbaumechanismen vernachlässigbar sind. Dies lässt sich damit begründen, dass im Feststoff nur geringe Temperaturen und keine Scherung vorliegen und somit die auftretenden Abbaumechanismen vernachlässigbar sind.
  
-Die zweite und dritte Annahme zur Berechnung des Materialabbaus basieren auf der Idee, dass jedes mal, wenn der Aufschmelzgrad innerhalb der von REX/PSI berechneten Intervalle ansteigt, ein individueller Schmelze-Massestrom startet. +Die zweite und dritte Annahme zur Berechnung des Materialabbaus basieren auf der Idee, dass jedes Mal, wenn der Aufschmelzgrad innerhalb der von REX/PSI berechneten Intervalle ansteigt, ein individueller Schmelze-Massestrom startet. 
-Steigt der Aufschmelzgrad für einen beispielhaften Prozess mit 100 kg/h Durchsatz von 0 % im Intervall 20 auf 2 % im Intervall~21, so startet der erste betrachtete Massestrom mit 2 kg/h und einem Abbaugrad von 0 %. +Steigt der Aufschmelzgrad für einen beispielhaften Prozess mit 100 kg/h Durchsatz von 0 % im Intervall 20 auf 2 % im Intervall 21, so startet der erste betrachtete Massestrom mit 2 kg/h und einem Abbaugrad von 0 %. 
-Im wiederum nächsten Intervall~22 steigt der Aufschmelzgrad von vormals 2 % auf 3 %. +Im wiederum nächsten Intervall 22 steigt der Aufschmelzgrad von vormals 2 % auf 3 %. 
-So startet nun ein zweiter Massestrom mit 1~kg/h Durchsatz und wiederum einen anfänglichen Abbaugrad von 0 %. +So startet nun ein zweiter Massestrom mit 1 kg/h Durchsatz und wiederum einen anfänglichen Abbaugrad von 0 %. 
-Der erste Massestrom von 2~kg/h erfährt in diesem Schneckenabschnitt jedoch eine Schädigung, sodass der Abbaugrad steigt.+Der erste Massestrom von 2 kg/h erfährt in diesem Schneckenabschnitt jedoch eine Schädigung, sodass der Abbaugrad steigt.
 So startet in jedem Intervall ein neuer Massestrom bis hin zu dem Intervall, wo der Kunststoff vollständig aufgeschmolzen ist. So startet in jedem Intervall ein neuer Massestrom bis hin zu dem Intervall, wo der Kunststoff vollständig aufgeschmolzen ist.
  
-Steigt der Aufschmelzgrad im beschriebenen beispielhaften Extrusionsprozess im Intervall~90 auf 100 %, so sind insgesamt 70 Masseströme gestartet, welche in Summe dem gesamten Durchsatz von 100~kg/h entsprechen.+Steigt der Aufschmelzgrad im beschriebenen beispielhaften Extrusionsprozess im Intervall 90 auf 100 %, so sind insgesamt 70 Masseströme gestartet, welche in Summe dem gesamten Durchsatz von 100 kg/h entsprechen.
 Der Massestrom, welcher als erstes aufgeschmolzen ist hat die längste Schädigungshistorie und weist somit den höchsten Abbaugrad auf. Der Massestrom, welcher als erstes aufgeschmolzen ist hat die längste Schädigungshistorie und weist somit den höchsten Abbaugrad auf.
 Der zuletzt aufgeschmolzene Massestrom hingegen weist den geringsten Abbaugrad und somit die geringste Schädigung auf. Der zuletzt aufgeschmolzene Massestrom hingegen weist den geringsten Abbaugrad und somit die geringste Schädigung auf.
Zeile 53: Zeile 55:
 Im realen Prozess jedoch vermischen sich die Masseströme, sodass der mittlere Abbaugrad vor allem im Bereich des Aufschmelzens, wo sich stetig frisch aufgeschmolzener Kunststoff der Schmelzephase anschließt, geringer ist, als bei Betrachtung von isolierten Masseströmen.  Im realen Prozess jedoch vermischen sich die Masseströme, sodass der mittlere Abbaugrad vor allem im Bereich des Aufschmelzens, wo sich stetig frisch aufgeschmolzener Kunststoff der Schmelzephase anschließt, geringer ist, als bei Betrachtung von isolierten Masseströmen. 
  
-Die Darstellung des Materialabbaus wird im Kapitel grafische Darstellung der Ergebnisse erläutert.+Die Darstellung des Materialabbaus wird im Kapitel [[grafische_darstellung_der_ergebnisse:materialabbau|grafische Darstellung der Ergebnisse]] erläutert.
  
 <details><summary>Quelle</summary> <details><summary>Quelle</summary>
   * Schall, Christoph: Materialschonende Verarbeitung von Thermoplasten auf Wave-Schnecken, Dissertation, Universität Paderborn, 2023   * Schall, Christoph: Materialschonende Verarbeitung von Thermoplasten auf Wave-Schnecken, Dissertation, Universität Paderborn, 2023
 </details> </details>
 +
 +===Weitere Themen===
 +  * [[berechnungen:einfache_berechnung]]
 +  * [[berechnungen:prozess_iterieren]]
 +  * [[berechnungen:durchsatz]]
 +  * [[berechnungen:druckverlauf]]
 +  * [[berechnungen:aufschmelzverlauf]]
 +  * [[berechnungen:temperaturverlauf]]
 +  * [[berechnungen:leistung_und_schubspannungen]]
 +  * [[berechnungen:schergeschwindigkeit]]
 +  * [[berechnungen:verweilzeit]]
 +  * [[berechnungen:verweilzeitverteilung]]
 +  * [[berechnungen:materialabbau]]
 +  * [[berechnungen:faserlaengenabbau]]
 +  * [[berechnungen:entgasungskennzahlen]]
 +  * [[berechnungen:festigkeitsberechnung]]
 +  * [[berechnungen:schlepp-druckstroemung]]
 +  * [[berechnungen:feststofffoerderung]]
 +  * [[berechnungen:verarbeitung_von_mischungen]]
 +  * [[berechnungen:wandgleitende_materialien]]
 +  * [[berechnungen:nutbuchsenberechnung]]
 +  * [[berechnungen:kompressionsverhaeltnisse]]