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Modellierung des Dehnvorganges von Polymerschmelzen bei der Drahtummantelung im Schlauchreckverfahren mit Hilfe uniaxialer Dehnexperimente

Bei der Kunststoff-Ummantelung von Drähten für Motoren und andere elektrische Maschinen im Schlauchreckverfahren werden dünne Isolationsschichten bei hoher Produktionsgeschwindigkeit im schmelzflüssigen Zustand in Form eines Ringschlauchs auf den Draht gebracht, der durch das Zentrum des Ringschlauch-Extrusionswerkzeugs läuft und die austretende Schmelze in einem Reckkegel verstreckt. Während dieser Verstreckung ist die Schmelze einer hohen Dehndeformation unterworfen, und bei dünnen Beschichtungen und hohen Abzugsgeschwindigkeiten kommt es häufig zu Schmelzeabrissen. Um das Schlauchreckverfahren quantitativ betrachten zu können, sind Dehnrheometer nicht geeignet, weil die Dehngeschwindigkeiten weit oberhalb der mit den Dehnrheometern erreichbaren liegen. Hohe Dehngeschwindigkeiten ermöglicht das Rheotensexperiment, bei dem eine extrudierte Schmelze durch gegenläufige Abzugsrollen verstreckt und die an einem Wägearm gemessen wird.

Wenn man die geometrischen Parameter des Rheotensversuchs möglichst nahe an die entsprechenden Gegebenheiten im Schlauchreckprozeß anpaßt, kann man feststellen, dass das Verstreckungsverhalten eines zylindrischen Ringschlauchs und eines Vollstrangs nahezu identisch ist. In unbeschleunigten Rheotensversuchen können maximale Abzugs geschwindigkeiten ermittelt werden, oberhalb derer Fadenabrisse auftreten. Zu diesen maximalen Abzugsgeschwindigkeiten bei gegebenem Drahtdurchmesser gehören theoretische Schichtdicken, die sich über einfache geometrische Zusammenhänge berechnen lassen und mit Schlauchreck-Experimenten vergleichen lassen. Für LDPE wurde weitgehende Übereinstimmung gefunden. Deformationsverläufe in Rheotensversuchs wurden in einer Modellierung nach Rauschenberger und Laun unter Variation aller Versuchsparamenter berechnet.

Mit Hilfe der Laser-Doppler-Anemometrie, wurde der Geschwindigkeitsverlauf eines im unbeschleunigten Rheotensversuch verstreckten LDPE-Strangs gemessen und mit Berechnungen verglichen. Somit konnte gezeigt werden, daß der Rheotensversuch geeignet ist, die Verstreckung einer Kunststoffschmelze im Schlauchreckverfahren zu simulieren.

Abschließend wurde untersucht, ob die Modellierbarkeit auch für die Hochtemperaturthermoplaste PEEK und PPS gegeben ist. Dies ist mit einer gewissen Unsicherheit behaftet, weil die zur Bestimmung der Dämpfungsfunktion notwendigen Dehnviskositätsanlaufkurven aus Stabilitätsgründen bei Hochtemperaturthermoplasten nicht meßbar waren. Hilfsweise empirisch ermittelte Dämpfungsfunktionen lieferten plausible Ergebnisse. Eine Vergleichbarkeit der minimalen Schichtdicke im Schlauchreckverfahren und im Rheotensversuch ist bei den Hochtemperaturthermoplasten PEEK und PPS nicht zu finden, weil sich die Abrißmechanismen materialabhängig unterscheiden. Die Übertragbarkeit des Modellierungsverfahrens von LDPE auf PEEK und PPS ist dadurch jedoch nicht beeinträchtigt.

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 Christian Schneider

Christian Schneider
Lehrstuhl für Polymerwerkstoffe
Universität Erlangen-Nürnberg

Informationen

Freie Schlagwörter: Schlauchreckverfahren, einachsige Verstreckung, Rheotens, numerische Simulation, PEEK, PPS, K-BKZ-Zustandsgleichung, Relaxationszeitspektrum, Dämpfungsfunktion, Laser-Doppler-Anemometrie
Institut / Lehrstuhl: Technische Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr. Helmut Münstedt (Betreuer), Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Radusch
Erscheinungsjahr: 2001
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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