Holdings: Der gleichläufige Doppelschneckenextruder

Der gleichläufige Doppelschneckenextruder: Grundlagen, Technologie, Anwendungen

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Other Authors:	Kohlgrüber, Klemens 1952- (Editor)
Format:	Book
Language:	German
Published:	München Hanser [2016]
Edition:	2., neu bearbeitete und erweiterte Auflage
Subjects:	Doppelschneckenextruder Extrusion Kunststoffverarbeitung KUST2016 Lehrbuch
Online Access:	Inhaltsverzeichnis
Physical Description:	XXIII, 818 Seiten Illustrationen, Diagramme
ISBN:	9783446433618 9783446435971

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adam_text	INHALT VORWORT ZUR 2. AUFLAGE ............................................. V VORWORT ZUR 1. AUFLAGE........................................................................................ VI ZUSATZMATERIAL................................ VIII DIE AUTOREN........................................................................................ IX DER H ERAUSGEBER........................................................................................... IX DIE MITVERFASSER ................................................................................................ X 1 EINLEITUNG..................................................................................... 1 1.1 TECHNISCH, WIRTSCHAFTLICHE BEDEUTUNG DER E X TRU D ER ............................... 1 1.1.1 EXTRUDERTYPEN UND BEZEICHNUNGEN ............................................... 1 1.1.2 SCHNECKENMASCHINEN UND KUNSTSTOFFE ......................................... 2 1.1.3 WIRTSCHAFTLICHE KERNFUNKTIONEN EINES EXTRUDERS IN DER KUNSTSTOFFINDUSTRIE ................... 3 1.1.4 EXTRUDERTYPEN UND VORTEILE VON DICHT KAEMMENDEN GLEICHDRALLSCHNECKEN ...................................................................... 5 1.1.5 ERSTE DICHT KAEMMENDE GLEICHDRALLSCHNECKEN ............................... 6 1.1.6 DETAILS ZU DOPPELSCHNECKEN........................................................... 9 1.1.7 ZIELSETZUNG DES B UCHES .................................................................. 10 1.1.8 ZUSAMMENFASSUNG.......................................................................... 11 1.1.9 AUSBLICK .......................................................................................... 11 1.2 HISTORISCHE ENTWICKLUNG DER GLEICHDRALL-DOPPELSCHNECKEN.................... 12 1.2.1 VORWORT UND WUERDIGUNG VON BAYER-FORSCHERN.............................. 12 1.2.2 EINLEITUNG VON MARTIN ULLRICH......................................................... 18 1.2.3 FRUEHE ENTWICKLUNGEN ........................... 18 1.2.3.1 BASISGEOMETRIE .......................................... 20 1.2.3.2 GRUNDLEGENDE P A TE N TE ....................................................... 23 1.2.3.3 PIONIERZEIT.......................................................................... 31 1.2.3.4 MASCHINENENTWICKLUNG..................................................... 31 1.2.3.5 EINSATZ IN CHEMIEPROZESSEN............................................. 32 1.2.3.6 LIZENZVERGABE .................................................................... 33 1.2.37 WUERDIGUNG FUER R. E RDM ENGER........................................... 33 1.2.3.8 NEUE HOCHVISKOSTECHNIK MIT GLEICHDRALLSCHNECKEN ........ 34 1.2.3.9 VIELFAELTIGE HOCHVISKOSPROZESSE ......................... 37 1.2.4 SPEZIELLE ENTWICKLUNGEN DER BAYER-HOCHVISKOSTECHNIK................. 38 1.2.4.1 VERTIEFTE KINEMATIK, PROFILGEOMETRIEN ............................. 38 1.2.4.2 SPIELSTRATEGIEN .................................................................. 40 1.2.4.3 ENTWICKLUNGEN NACH DER LIZENZIERUNG ............................. 42 1.2.4.4 AKTIVITAETEN NACH ABLAUF DER HAUPTPATENTE ..... 44 1.3 COMPOUNDIEREN GESAMTUEBERSICHT: AUFGABEN UND ANWENDUNGSBEISPIELE, VERFAHRENSZONEN........................................................................................ 47 1.3.1 AUFGABEN UND ANFORDERUNGEN AN DIE COMPOUNDIERUNG .............. 47 1.3.2 AUFGABEN UND AUSLEGUNG DER VERFAHRENSZONEN EINES COMPOUNDIEREXTRUDERS .................................................................. 50 1.3.2.1 EINZUGSZONE ...................................................................... 51 1.3.2.2 PLASTIFIZIERZONE .................................................................. 53 1.3.2.3 SCHMELZEFOERDERZONE .......................................................... 58 1.3.2.4 DISTRIBUTIVE MISCHZONE ..................................................... 59 1.3.2.5 DISPERSIVE MISCHZONE ....................................................... 61 1.3.2.6 ENTGASUNGSZONE ................................................................ 63 1.3.2.7 DRUCKAUFBAUZONE .............................................................. 64 1.3.3 VERFAHRENSTECHNISCHE KENNGROESSEN ............................................... 67 1.3.3.1 SPEZIFISCHER ENERGIEEINTRAG............................................... 67 1.3.3.2 VERWEILZEITVERHALTEN .......................................................... 69 1.3.4 VERFAHRENSBEISPIELE ......................... 1.3.4.1 EINARBEITUNG VON GLASFASERN 1.3.4.2 EINARBEITEN VON FUELLSTOFFEN............................................... 74 1.3.4.3 HERSTELLUNG VON MASTERBATCHES......................................... 76 1.3.4.4 EINFAERBEN............................................................................ 79 1.4 PROZESSVERSTAENDNIS - UEBERSICHT UND BEWERTUNG VON EXPERIMENTEN UND MODELLEN............................................................................................. 82 1.4.1 EINLEITUNG........................................................................................ 82 1.4.2 EINTEILUNG VON MODELLEN UND EXPERIMENTEN......................... 86 1.4.3 FESTSTOFFE.......................................................................................... 87 1.4.4 HOCHVISKOSE FLUESSIGKEITEN ............................................................ 89 1.4.4.1 EINDIMENSIONALE MODELLE................................................... 89 1.4.4.2 DREIDIMENSIONALE MODELLE................................................. 94 1.4.5 ZUSAMMENFASSUNG.......................................................................... 96 1.4.6 AUSBLICK UND ANREGUNGEN . ............................................................ 97 1.4.6.1 EXTRUDERKONFIGURATIONSPROGRAMM ................................... 97 2 2 1.4.6.2 MODELLWEITERENTWICKLUNGEN ........................................ 97 1.4.6.3 NEUE MODELLANWENDUNGEN - ON LIN E .................................. 98 1.4.6.4 VERFAHRENSTECHNISCHE CHARAKTERISIERUNG VON SCHNECKENELEMENTEN DURCH KENNZAHLEN......................... 99 1.5 FOERDER- UND LEISTUNGSPARAMETER VON UEBLICHEN FOERDERELEMENTEN . ......... 101 1.6 HAEUFIG VERWENDETE FORMELZEICHEN .......................................................... 103 2 BASISGEOMETRIEN UND SCHNECKENELEMENTE ...................... ........ 107 2.1 BASISGEOMETRIE DER GLEICHLAEUFEN FOERDER- UND KNETELEMENTE EINSCHLIESSLICH SPIELSTRATEGIEN ....................... 107 2.1.1 EINLEITUNG........................................................ 107 2.1.2 DAS EXAKT ABSCHABENDE PROFIL AUS KREISBOEGEN ............................. 108 2.1.3 GEOMETRISCHE KONSTRUKTION VON DICHT KAEMMENDEN PROFILEN ........ 110 2.1.4 GEOMETRIEGROESSEN VON GEWINDEELEMENTEN MIT SPIELEN ............. 112 2.1.5 UEBERGANG ZWISCHEN VERSCHIEDENEN GANGZAHLEN ......................... 117 2.1.6 BERECHNUNG EINES SCHNECKENPROFILS ZUR FERTIGUNG NACH DER LAENGSSCHNITT-AEQUIDISTANTE . ...................................................... 117 2.1.7 FREIE QUERSCHNITTSFLAECHE................................................................ 121 2.1.8 OBERFLAECHE VON GEHAEUSE UND FOERDERELEMENTEN . ........................... 122 2.1.9 KNETELEMENTE................................................................................. 123 2.1.10 NEUE ENTWICKLUNGEN BEI SCHNECKENGEOMETRIEN ........................... 126 2.2 SCHNECKENELEMENTE UND DEREN EINSATZ .................................................... 127 2.2.1 AUFBAU VON SCHNECKENELEMENTEN................................................... 128 2.2.2 KOMBINIEREN VON SCHNECKENELEMENTEN......................................... 133 2.2.3 SCHNECKENELEMENTE UND IHRE WIRKUNGSWEISE ............................. 136 2.2.3.1 FOERDERELEMENTE ............................................................. 136 2.2.3.2 KNETELEMENTE .................................................................... 142 2.2.3.3 ABSTAUELEMENTE ........................... 146 2.2.3.4 MISCHELEMENTE ...................................... 148 2.2.3.5 SONDERELEMENTE ................................................................ 152 2.3 UEBERSICHT PATENTIERTER SCHNECKENELEMENTE............................................. 160 2.3.1 WO 2009152910, EP 2291277, US 20110110183 ................................. 162 2.3.2 WO 2011039016, EP 2483051, US 20120320702 ........... 163 2.3.3 WO 2011069896, EP 2509765, US 20120281001 ........................... 164 2.3.4 DE 00813154, US 2670188 ................................................................ 165 2.3.5 DE 19947967, EP 1121238, WO 2000020188 ..................................... 166 2.3.6 US 1868671 ............................................................. 167 2.3.7 DE 10207145, EP 1476290, US 20050152214 ......... 167 2.3.8 DE 00940109, US 2814472 ................................................................ 168 2.3.9 US 5713209 ..................................................................................... 168 2.3.10 US 3717330, DE 2128468 .................................................................. 169 2.3.11 DE 4118530, EP 516936, US 5338112 ................................................. 170 2.3.12 US 4131371........................................................................................ 171 2.3.13 DE 03412258, US 4824256 .............................................................. 171 2.3.14 DE 1180718, US 3254367 ............. 172 2.3.15 US 3900187 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182 2.3.26 DE 01529919, US 3288077 . . .............................................................. 183 2.3.27 EP 0330308, US 5048971 ................................................................ 184 2.3.28 DE 10114727, US 6974243, WO 2002076707 ..................................... 185 2.3.29 US 6783270, WO 2002009919 .......................................................... 186 2.3.30 WO 2013128463, EP 2747980, US 20140036614 ............................... 187 2.3.31 JP 2008183721, DE 102007055764, US 2008181051 ........................... 188 2.3.32 DE 4329612, EP 641640, US 5573332 ............................................... 189 2.3.33 DE 19860256, EP 1013402, US 6179460 ........................................... 190 2.3.34 DE 04134026, EP 0537450, US 5318358 ........................................... 190 2.3.35 DE 19706134 ...................................................................................... 191 2.3.36 JP 2013028055 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TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER SCHERVISKOSITAET ............................... 215 3.1.4.1 TEMPERATURABHAENGIGKEIT FUER TEILKRISTALLINE POLYMERE . . . 216 3.1.4.2 TEMPERATURABHAENGIGKEIT FUER AMORPHE POLYMERE ............ 217 3.1.5 EINFLUSS MOLEKULARER PARAMETER AUF RHEOLOGISCHE EIGENSCHAFTEN VON POLYMERSCHMELZEN .................................................................. 219 3.1.6 SCHERSTROEMUNGEN: SCHLEPPSTROEMUNGEN UND DRUCKGETRIEBENE STROEMUNGEN ............................................................. 221 3.1.6.1 FLIESSPROFILE DER DRUCKGETRIEBENEN ROHRSTROEMUNG .......... 222 3.1.6.2 FLIESSPROFILE DER EINFACHEN SCHLEPPSTROEMUNG.................... 223 3.1.7 DEHNSTROEMUNGEN............................................................................ 224 3.2 MATERIALVERHALTEN VON MISCHUNGEN - BERUECKSICHTIGUNG VON POLYMER-POLYMER UND FESTSTOFF-POLYMER SYSTEM EN ................................. 227 3.2.1 MATERIALEIGENSCHAFTEN VON ZWEISTOFFSYSTEMEN ............................. 229 3.2.1.1 EINFUEHRUNG MISCHSYSTEME................................................. 229 3.2.1.2 THERMODYNAMISCHE MATERIALDATEN VON ZWEISTOFFGEMISCHEN .......................................................... 229 3.2.1.3 VISKOSITAETEN VON ZWEISTOFFGEMISCHEN ............................... 231 3.2.1.4 MISCHBARE POLYMERBLENDS .............................................. 233 3.2.1.5 UNMISCHBARE (UNVERTRAEGLICHE) POLYMERBLENDS ................ 233 3.2.2 PROZESSVERHALTEN BEIM PLASTIFIZIEREN VON ZWEISTOFFSYSTEMEN ---- 236 3.2.3 ABSCHLUSSBEMERKUNGEN ZUM EINSATZ IN DER P RAXIS ................. 242 3.2.4 ZUSAMMENFASSUNG ................................ 243 3.3 DIFFUSIVER STOFFTRANSPORT IN POLYMEREN................................................ 245 3.3.1 STOFFTRANSPORTMECHANISMEN .......................................................... 245 3.3.1.1 KONZENTRATIONSVERLAUF IN DER NAEHE DER PHASENGRENZFLAECHE............................................................ 246 3.3.2 EINFLUSSGROESSEN DES STOFFSYSTEMS .................................................. 267 3.4 MINIMIERUNG DER PRODUKTSCHAEDIGUNG BEI DER VERARBEITUNG VON POLYMEREN ....................................................................... 272 3.4.1 EINLEITUNG .................................. 272 3.4.2 UEBERSICHT CHEMISCHER REAKTIONEN................................................. 273 3.4.2.1 SCHAEDIGUNG DURCH THERMISCHEN ABBAU ........................... 274 3.4.2.2 SCHAEDIGUNG DURCH OXIDATIVEN ABBAU ............................... 276 5.4.2.3 SCHAEDIGUNG UEBER CHEMISCHEN ABBAU DURCH RESTFEUCHTE . 279 Z.4.2.4 SCHAEDIGUNG DURCH MECHANISCHEN A BBAU ........ . ............... 279 3.4.2.S EINFLUSS VON M ETALLEN ............................................. 280 3.4.3 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN PRODUKTSCHAEDIGUNG UND EIGENSCHAFTEN.................................................................................. 280 3.4.4 REDUKTION VON POLYMERSCHAEDIGUNG BEI DER VERARBEITUNG ............ 283 3.4.4.1 MASCHINELLE UND PROZESSTECHNISCHE MASSNAHMEN ............ 283 3.4.4.2 AENDERUNG DER SCHMELZEVISKOSITAET DURCH MOLEKULARGEWICHT UND FLIESSMODIFIKATOREN ..................... 284 3.4A.3 MINIMIERUNG VON REAKTIONSPARTNERN ............................... 285 3.4.4.4 ADDITIVE ZUR REDUKTION VON POLYMERSCHAEDIGUNG ............ 285 3.4.5 ZUSAMMENFASSUNG ............... 287 3.5 BERECHNUNGSGRUNDLAGEN FUER DIE STROEMUNG IN KEILFOERMIGEN SCHERSPALTEN UND FLIESSEIGENSCHAFTEN VON GEFUELLTEN POLYMERSCHMELZEN 289 3.5.1 BERUECKSICHTIGUNG DES STRUKTURVISKOSEN FLIESSVERHALTENS DER KUNSTSTOFFSCHMELZEN IN DER KEILSPALTSTROEMUNG UND KENNZAHLEN ZUR BEURTEILUNG DER DISPERGIERUNG ............... 289 3.5.1.1 EINLEITUNG - DEFORMATION VON KUNSTSTOFFSCHMELZEN, SCHERUNG UND VERSTRECKUNG IN DER KEILSPALTSTROEMUNG .. 289 3.5.1.2 GRUNDLAGEN DER BERECHNUNG DER KEILSPALTSTROEMUNG FUER HOCHVISKOSE M EDIEN .......................................................... 293 3.5.1.3 KUNSTSTOFFSCHMELZEN MIT UNTERSCHIEDLICHEM STRUKTURVISKOSEM FLIESSVERHALTEN ..................................... 296 3.5.1.4 SIMULATIONSERGEBNISSE ...................................................... 298 3.5.2 MODELLIERUNG DES FLIESSVERHALTENS HOCHGEFUELLTER KUNSTSTOFFE ___ 309 4 FOERDERVERHALTEN, DRUCK-UND LEISTUNGSVERHALTEN .................... 317 4.1 EINFUEHRUNG DES FOERDER- UND DRUCKVERHALTENS HOCHVISKOSER FLUESSIGKEITEN IN EXTRUDERN........................................................................ 317 4.1.1 DURCHSATZ- UND DRUCKVERHALTEN, DIMENSIONSLOSE KENNZAHLEN . . . 317 4.1.1.1 SCHERGESCHWINDIGKEIT UND VISKOSITAET ............................. 317 4.1.1.2 EINFACHE QUALITATIVE BETRACHTUNGEN AN EINFACHER EBENER STROEMUNG .............................................................. 319 4.1.1.3 EXTRUDERKENNZAHLEN UND DRUCKGRUNDGLEICHUNG FUER EXTRUDER.............................................................................. 327 4.2 EINFUEHRUNG DES LEISTUNGSVERHALTENS HOCHVISKOSER FLUESSIGKEITEN IN EXTRUDERN................................................................................................... 347 4.2.1 DURCHSATZ-LEISTUNGS-VERHALTEN DER EBENEN STROEMUNG ZWISCHEN ZWEI PLATTEN . ..................................................................................... 347 4.2.2 LEISTUNGSKENNZAHL FUER EINEN RINGSPALT......................................... 348 4.2.3 GRUNDGLEICHUNG DER LEISTUNGSCHARAKTERISTIK VON E XTRUDERN ---- 350 4.3 DISSIPATION, PUMPWIRKUNSGRAD TEMPERATURERHOEHUNG UND WAERMEUEBERGANG .................................................... 353 4.3.1 DISSIPATION ..................................................................................... 353 4.3.2 PUMPWIRKUNGSGRAD........................................................................ 354 4.3.3 TEMPERATURERHOEHUNG...................................................................... 357 4.3.4 WAERMEUEBERGANG.............................................................................. 365 4.4 AUSBLICK ZU DEN ABSCHNITTEN 4.1,4.2 UND 4 .3 ............................................ 367 4.5 FOERDERVERHALTEN, DRUCKVERHALTEN UND LEISTUNGSEINTRAG IN DER SCHMELZE ................................................................. 369 4.5.1 DIMENSIONSLOSE KENNZAHLEN ........................................................ 369 4.5.2 TEILGEFUELLTE UND GEFUELLTE SCHNECKENABSCHNITTE . . ........................... 377 4.5.3 FOERDERPARAMETER FUER SCHNECKENELEMENTE UND UEBLICHE FOERDERKENNZAHLEN .............................. 381 4.5.4 FOERDERVERHALTEN BEI STRUKTURVISKOSITAET......................................... 384 4.6 AUFGABEN ZUM LEISTUNGSEINTRAG UND RUECKSTAULAENGE ............................. 391 4.6.1 AUFGABE: EINFLUSS DER GANGSTEIGUNG ............................. 391 4.6.2 AUFGABE: TEILFUELLUNG........................................................................ 393 4.6.3 AUFGABE: AUSLEGUNG EINER DRUCKAUFBAUZONE MIT EINHEITLICHER STEIGUNG SOWIE VOLL- UND TEILGEFUELLT BEREICHEN ............................. 394 4.6.4 AUFGABE: AUSLEGUNG DER DRUCKAUFBAUZONE MIT VERSCHIEDENEN ELEMENTEN MIT 40 MM UND 60 MM STEIGUNG KOMBINIERT .............. 398 4.6.5 AUFGABE: EINFLUSS VON NICHT-NEWTONSCHEN EFFEKTEN...................... 399 4.7 STROEMUNGSSIMULATION ............................................................................... 401 4.7.1 EINLEITUNG ZUR STROEMUNGSSIMULATION............................................. 401 4.7.2 GEFUELLTE SCHNECKENABSCHNITTE ................. 405 4.7.2.1 BEISPIEL 1 .................................................................... 405 47.2.2 BEISPIEL 2 ............................................................................ 423 47.2.3 ZUSAMMENFASSUNG UND A USBLICK ..................................... 426 4.7.3 TEILGEFUELLTE SCHNECKENABSCHNITTE .................................................. 430 5 FUNKTIONSZONEN IM EXTRUDER ........ ........................................... 437 5.1 FESTSTOFFTRANSPORT IN DEN UND IM EXTRUDER, EINZUGSGRENZEN.................. 437 5.1.1 KENNGROESSEN UND BERECHNUNGSMOEGLICHKEITEN ............................. 438 5.1.2 EINZUGSBEGRENZUNGEN ........................................ 445 5.1.2.1 GRANULATE.................................................. 445 5.1.2.2 PULVER .......................................... 445 5.1.2.3 FLAKES ......................................................... 448 5.1.2.4 NIEDRIG SCHMELZENDE KOMPONENTEN ...... . ...................... 448 5.2 AUFSCHMELZEN VON THERMOPLASTEN ................................................... 449 5.2.1 AUFGABEN DER AUFSCHMELZZONE...................................................... 449 5.2.2 SCHNECKENELEMENTE UND SCHNECKENKONFIGURATION ....................... 451 5.2.3 MESSMETHODEN................................................................................ 452 5.2.4 WESENTLICHE SCHRITTE DES AUSSCHMELZENS ..................................... 454 5.2.5 RECHENMODELLE................................................................................ 456 5.3 MISCHEN UND DISPERGIEREN........................................................................ 461 5.3.1 UEBERSICHT, GRUNDLAGEN UND EXPERIM ENTE ..................................... 461 5.3.1.1 DISTRIBUTIVES MISCHEN - MISCHEN IN LAMINARER STROEMUNG 462 5.3.1.2 DISPERSIVES MISCHEN........................................................... 469 5.3.1.3 BESTIMMUNG DER MISCHGUETE............................................... 478 5.3.1.4 FORMELZEICHEN ZU ABSCHNITT 5.3.1 ..................................... 483 5.3.2 DREIDIMENSIONALE BERECHNUNGEN DES MISCH- UND VERWEILZEITVERHALTENS .................................................................... 485 5.3.2.1 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................ 494 5.4 ENTGASEN VON POLYMERSCHMELZEN ............................................................ 494 5.4.1 PHASENGRENZFLAECHEN UND OBERFLAECHENERNEUERUNG ....................... 495 5.4.1.1 FLUESSIGKEITSVERTEILUNG UND FUELLGRAD ................................. 495 5.4.1.2 ENTGASUNGSZEITEN .............................................................. 510 5.4.2 KONZENTRATIONSAENDERUNG IN DER ENTGASUNGSZONE ......................... 518 5.4.2.1 KENNZAHLEN........................................................................ 518 5.4.2.2 BLASENFREIE FLUESSIGKEITEN................................................... 519 5.4.2.3 EINFLUSS DER OBERFLAECHENVERGROESSERUNG DURCH BLASEN ___ 524 5.4.3 AUSLEGEN VON ENTGASUNGSZONEN ........ ............................................ 525 5.4.4 NUMERISCHE SIMULATION DER FILM ENTGASUNG ................................. 528 6 SCALE-UP UND SCALE-DOWN........................................................... 535 6.1 EINFUEHRUNG UND BASIS-REGELN FUER THERMISCH EMPFINDLICHE PRODUKTE . . . 535 6.1.1 UNAEHNLICHKEIT.................................................................................. 536 6.1.2 VERGLEICH VON PRODUKTIONSMASCHINEN........................................... 536 6.1.3 SCALE-DOWN UND WEGE DER AUSLEGUNG . . ........................................ 537 6.1.3.1 PRODUKTTEMPERATUR .......................................................... 539 6.1.4 ZUSAMMENFASSUNG/AUSBLICK ......................................................... 553 6.2 SCALE-UP UND SCALE-DOWN MIT EXPONENTENANSAETZEN ............................... 555 6.2.1 GRUNDLEGENDE PROBLEMSTELLUNG ..................................................... 555 6.2.2 EINFACHER SKALIERUNGSANSATZ ................. 556 6.2.3 MODELLBASIERTER SKALIERUNGSANSATZ........................... 557 6.2.3.1 MODELLTHEORIE .................................................................... 558 OE.2.3.2 MODELLEXPONENTEN ............................................................ 568 OE.2.3.3 WAERMESTROEME UEBER DEN ZYLINDER ..................................... 572 6.2.4 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE . . .......................................................... 574 6.3 SCALE-UP UND SCALE-DOWN MIT KENNZAHLEN ................................................ 576 6.3.1 KENNZAHLEN DER GANZEN M ASCHINE ............ . .................................. 577 6.3.1.1 DIMENSIONSLOSER DURCHSATZ............................................... 577 6.3.1.2 SPEZIFISCHER ENERGIEEINTRAG............................................... 578 6.3.2 GEOMETRISCHE MASSSTABSUEBERTRAGUNG............................................. 579 6.3.2.1 GEOMETRISCH AEHNLICHE MASCHINEN ..................................... 579 OE.3.2.2 DREHZAHL UND DREHMOMENT............................................... 579 OE.3.2.3 UEBERTRAGUNG BEI UNTERSCHIEDLICHEN GEOMETRIEN.............. 580 OE.3.2.4 DIMENSIONSANALYSE FUER REALES PRODUKTVERHALTEN ............ 585 OE.3.2.5 EINFACHES BEISPIEL FUER EIN VOLUMETRISCHES SCALE-UP ........ 587 7 MASCHINENTECHNIK ............................................ 591 7.1 ZSK BAUREIHEN UND ANWENDUNGEN ........................................ 591 7.1.1 ENTWICKLUNG ZU HOHEN DREHMOMENTEN, VOLUMINA UND D REHZAHLEN..................................................................................... 591 7.1.2 DREHMOMENT- UND VOLUMENBEGRENZTE DURCHSAETZE ...................... 595 7.1.3 ANWENDUNGSBEISPIELE FUER DIE KUNSTSTOFFINDUSTRIE ....................... 597 7.1.3.1 HOHES DREHMOMENT ZUR GLASFASERVERSTAERKUNG VON KUNSTSTOFFEN ...................................................................... 597 7.1.3.2 HOHES DREHMOMENT ZUR FOLIENEXTRUSION VON UNGETROCKNETEM PET ODER PL A ......................................... 600 7.1.3.3 HOHES DREHMOMENT BEI BISHER VOLUMENBEGRENZTEN ANWENDUNGEN.................................................................... 600 7.1.3.4 VERARBEITUNG VON TEMPERATUR- UND SCHEREMPFINDLICHEN PRODUKTEN .......................................................................... 602 7.1.4 ANWENDUNGSBEISPIELE FUER DIE CHEMIEINDUSTRIE .......... ................. 605 7.1.4.1 KLEB-UND DICHTSTOFFE ........................................................ 605 7.1.4.2 CHEMISCHE REAKTIONEN IN DOPPELSCHNECKENEXTRUDERN .. 608 7.2 GEHAEUSEEINHEITEN . ..................................................................................... 610 7.2.1 EINLEITUNG .... ....... 610 7.2.2 B AU ARTEN ......................................................................................... 611 7.2.2.1 ZUGANKERVERSION FUER ZSK 1 8 -5 4 ....................................... 611 7 . 22.2 FLANSCHVERSION FUER ZSK 58 - 320 ....................................... 612 7 . 22.3 KLAMMERVERSION FUER ZSK 350 - 420 ................................... 612 7.2.3 VARIANTEN ............................................................... 613 7.2.3.1 GESCHLOSSENES SCHNECKENGEHAEUSE ................................... 613 7.2.3.2 GESCHLOSSENES SCHNECKENGEHAEUSE MIT BOHRUNG .............. 614 7.2.3.3 OFFENES SCHNECKENGEHAEUSE ..................... 614 7.2.3.4 KOMBI-SCHNECKENGEHAEUSE................................................. 615 7.2.3.5 SONDERFORMEN.................................................................... 615 INHALT 7.2.4 VERSCHLEISS- BZW. KORROSIONSSCHUTZ................................................. 615 7.2.4.1 MASSIVGEHAEUSE: NITRIERT ODER DURCHHART ......................... 616 7.2.4.2 GEHAEUSE MIT LINER (OVALBUCHSE) ....................................... 616 7.2.4.3 DIREKT BESCHICHTETE SCHNECKENGEHAEUSE ........................... 617 7.2.5 BEHEIZUNG VON SCHNECKENGEHAEUSEN ............................................. 617 7.2.5.1 HEIZPATRONEN...................................................................... 617 7.2.5.2 HEIZSCHALEN, HEIZPLATTEN................................................... 618 7.2.6 KUEHLUNG UND TEM PERIERUNG...................................................... 618 7.2.6.1 EIN K REISLAUF...................................................................... 618 7 . 2.62 ZWEI KREISLAEUFE .................................................................. 619 7.3 ERHOEHUNG DER VERFUEGBARKEIT DES DOPPELSCHNECKENEXTRUDERS DURCH GEZIELTE WERKSTOFFWAHL FUER PRODUKTBERUEHRENDE BAUTEILE ........................ 619 7.3.1 EINLEITUNG........................................................................................ 619 7.3.2 VERSCHLEISSPHAENOMENE AN DOPPELSCHNECKENEXTRUDERN IN DER P RA X IS.................................................................................... 620 7.3.2.1 ABRASIVER VERSCHLEISS ......................................................... 621 7 . 3.22 ADHAESIVER VERSCHLEISS......................................................... 624 7.3.2.3 KORROSION............................................................................ 627 7.3.3 MESSEN UND BEWERTUNG VON VERSCHLEISSKENNGROESSEN .................... 629 7.3.3.1 MESSUNG DER ABRASIVEN VERSCHLEISSBESTAENDIGKEIT ............ 629 7.3.3.2 MESSUNG DES ADHAESIVEN VERSCHLEISSES ............................... 630 7.3.3.3 KORROSIONSMESSUNG .......................................................... 631 7.3.4 AUSFUEHRUNGSFORMEN UND WERKSTOFFAUSFUEHRUNGEN FUER EXTRUDERGEHAEUSE UND SCHNECKENELEMENTE ................................... 632 7.3.4.1 AUSFUEHRUNGSFORMEN DER GEHAEUSE ............... 632 7.3.4.2 AUSFUEHRUNGSFORMEN VON SCHNECKENELEMENTEN ................ 634 7.3.4.3 WERKSTOFFAUSFUEHRUNG VON EXTRUDERGEHAEUSE UND LINER .. 638 7.3.4.4 WERKSTOFFAUSFUEHRUNG VON SCHNECKENSATZELEMENTEN ___ 641 7.3.5 AUSBLICK .......................................................................................... 644 7.4 DYNAMISCHE STRUKTURANALYSEN AN DOPPELSCHNECKENEXTRUDERN UND EINWELLIGEN AUSTRAGSEXTRUDERN ................................................................ 644 7.4.1 AUFBAU DES STRUKTURMODELLS .......................................................... 645 7.4.2 SCHWINGUNGSANALYSE AN EINEM ZSK............................................... 646 7.4.3 OPTIMIERUNG EINWELLIGER E XTRUDER................................................. 652 7.4.4 STRUKTURSCHWINGSTECHNISCHE AUSLEGUNG .................................. 656 7.4.5 ZUSAMMENFASSUNG/AUSBLICK ..................... 661 7.5 MESSTECHNIK UND PROZESSINTEGRIERTE QUALITAETSSICHERUNG ....................... 662 7.5.1 MESSTECHNISCHE GRUNDLAGEN .......................................................... 663 7.5.2 DRUCK-UND TEMPERATURMESSTECHNIK............................................. 664 7.5.2.1 TEMPERATUR ................. 664 7.5.2.2 DRUCKMESSTECHNIK ............................................................ 666 7.5.3 IDEOLOGISCHE MESSTECHNIK ............................................................ 669 7.5.3.1 LABORRHEOMETER ................................ 669 75.3.2 PROZESSRHEOMETER.............................................................. 671 7.5.4 FARBMESSUNG ................................................................................. 672 7.5.5 SONDERSYSTEME ............................................................................... 672 7.5.5.1 ULTRASCHALLMESSTECHNIK .................................................... 673 75.5.2 MODELLPRAEDIKTIVE REGELUNG UND VIRTUELLE SENSOREN ........ 673 8 ANWENDUNGEN DER GLEICHLAEUFIGEN DOPPELWELLENSCHNECKE . . . . . 675 8.1 COMPOUNDIEREN IN DER PRAXIS .................................................................. 675 8.1.1 DURCHSATZBEGRENZUNG.................................................................... 675 8.1.1.1 DREHMOMENTBEGRENZUNG................................................... 676 8.1.1.2 VOLUMENBEGRENZUNG ........................................................ 676 8.1.1.3 WEITERE BEGRENZUNGEN ........................................ 676 8.1.1.4 BEGRENZUNG DURCH PERIPHERIE . . . ...................................... 677 8.1.2 VORMISCHUNG................................................................................... 678 8.1.3 SCHMELZEENTGASUNG ............................................................... 679 8.1.3.1 EINFLUSSFAKTOREN................................................................ 679 8.1.3.2 TECHNISCHE A USFUEHRUNG .................................................... 680 8.1.4 STRANGSPRITZKOPF ............................................................................. 682 8.1.5 PROZESSKONTROLLE.............................................................................. 683 8.1.5.1 PROZESSUEBERWACHUNG ........................................................ 684 8.1.5.2 BEISPIEL: VORSICHT, FALLE! .................................................... 684 8.1.6 EXTRUDERSCHNECKEN ..................... 685 8.1.6.1 SCHNECKENAUSLEGUNG ............................ 685 8.1.6.2 VERSCHLEISS .......................................................................... 686 8.1.7 SCALE-UP...................................................... 686 8.1.71 DER IDEALFALL........................................................................ 686 8.1.72 DIE REALITAET ............. 687 8.1.73 BESONDERHEITEN BEI NEUENTWICKLUNGEN ........................... 688 8.1.74 F A Z IT............................................ 688 8.1.8 SIMULATION....................................................................................... 689 8.2 FARBMASTERBATCHE ..................................................................................... 689 8.2.1 GRUNDSAETZLICHE VERFAHRENSIDEE ........... 690 8.2.2 M ATERIALIEN.................................................... 692 8.2.2.1 PIGMENTE . ........................................................................... 693 5.2.2.2 AUSWAHL DES POLYMERS...................................................... 701 5.2.2.3 ADDITIVE UND DISPERGIERHILFSMITTEL .......... . ....................... 701 8.2.3 MISCHEN....................................................................... 702 8.2.3.1 SCHWERKRAFTMISCHER.................................. 703 8.2.32 LANGSAM LAUFENDER STATIONAERER ODER MOBILER (CONTAINER) MISCHER .............................................................................. 703 8.2.3.3 SCHNELL LAUFENDER STATIONAERER ODER MOBILER (CONTAINER) MISCHER .............................................................................. 703 82.3.4 ANWENDUNGSBEISPIEL: HERSTELLEN VON MISCHUNGEN FUER MASTERBATCH IM HEISSVERFAHREN FUER SPINNFASER UND FOLIENQUALITAET .................................................................... 704 8.2.4 DOSIEREN .......................................................................................... 705 8.2.5 EXTRUDER .......................................................................................... 705 8.2.5.1 P REM IX ................................................................................ 706 8.2.5.2 SPLIT-FEED ................... 707 5.2.5.3 NACHFOLGEAGGREGATE .......................................................... 708 5.2.5.4 VERFAHRENSPARAMETER......................................................... 709 8.2.6 QUALITAETSBESTIMMUNG...................................................................... 710 8.2.6.1 FARBMESSUNG...................................................................... 710 8.2.OE.2 FILTERDRUCKTEST.................................................................... 712 8.2.6.3 AGGLOMERATE UND GELPARTIKEL ........................................... 713 8.3 HERSTELLUNG VON IPV DURCH DYNAMISCHE VULKANISATION .......... ............... 713 8.3.1 KLASSIFIZIERUNG VON TPE ................................................................ 714 8.3.2 HERSTELLUNG VON IPV AUF BASIS EPDM/PP ..................................... 714 8.3.2.1 BASISROHSTOFFE FUER IPV (EPDM/PP) . . ................................ 714 5.3.2.2 VERNETZER............................................................................ 716 8.32.3 HERSTELLPROZESS FUER IPV (EPDM/PP) ................................. 716 8.32.4 HERAUSFORDERUNG VERWEILZEIT ........................................... 718 8.32.5 EIGENSCHAFTEN VON IPV (EPDM/PP) ................................. 720 8.3.3 IPV AUF BASIS NACHWACHSENDER ROHSTOFFE (*BIO-IPV ).................. 721 8.3.3.1 BASISROHSTOFFE FUER BIO-IPV................................................. 721 8.3.32 HERSTELLPROZESS FUER BIO-IPV............................................... 721 B.3.3.3 EIGENSCHAFTEN VON BIO-IPV ............................................... 723 8.4 ENTGASEN VON POLYMERSCHMELZEN ............................................................. 725 8.4.1 AUFGABEN DER ENTGASUNG ................................................................ 726 8.4.2 AUSLEGUNG VON ENTGASUNGSEXTRUDERN ........................................... 728 8.42.1 MATERIALZUFUEHRUNG UND FLASHENTGASUNG ......................... 729 8.4.22 GESTUFTE VAKUA .................................................................. 732 8.42.3 F UELLGRAD ........................................................................... 733 8.42.4 RESTENTGASUNG UND SCHLEPPMITTELEINSATZ ....................... 734 8.42.5 AUSLEGUNG VON EXTRUDER UND ENTGASUNGSZONEN .............. 739 8.4.3 SCALE-UP VON ENTGASUNGSEXTRUDERN............................................... 744 8.4.4 VERFAHRENSBEISPIELE........................................................................ 746 8.4.4.1 ENTGASEN VON LOESUNGSMITTELN AUS LLDPE-SCHMELZE- LOESUNGEN ............................................................................ 746 5.4.4.2 ENTGASEN VON LOESUNGSMITTELN AUS SYNTHETISCHEM KAUTSCHUK (STYROL-BUTADIEN-VERBINDUNGEN) ............... . . 747 5.4.4.3 ENTGASEN VON VINYLACETAT AUS LDPE/EVA-COPOLYMER ---- 747 8.4A.4 ENTGASEN VON PO M ............................................................ 748 8.4.4.S ENTGASEN VON P C ............................................................... 749 8.4.4.OE ENTGASEN VON PMMA ........................................................ 749 8.4.47 ENTGASEN VON PES UND PSU ............................................... 750 5.4.4.8 ENTGASEN VON ABS .............................................................. 752 5.4.4.9 ENTGASEN VON UNGETROCKNETEM PET ................................. 752 8.4.5 ZUSAMMENFASSUNG......................................................................... 754 8.5 REAKTIVE EXTRUSION ................................................................................... 755 8.5.1 EINFUEHRUNG .......................................................... , .......................... 755 8.5.2 PARAMETEREINFLUESSE ANHAND AUSGEWAEHLTER ANWENDUNGSBEISPIELE 757 8.5.2.1 AKTIVIERTE ANIONISCHE POLYMERISATION VON LACTAM EN ---- 759 8.5.2.2 POLYMERISATION VON ACRYLATEN . ... ...................................... 760 5.5.2.3 RINGOEFFNUNGSPOLYMERISATION VON E-CAPROLACTON .............. 762 8.5.3 WIRTSCHAFTLICH RELEVANTES BEISPIEL: THERMOPLASTISCHE POLYURETHANE.................................................... 763 8.5.4 MODELLIERUNG ................................................................................. 765 8.5.5 SCALE-UP........................................................................................... 767 8.6 LEBENSMITTELEXTRUSION .............................................................................. 770 8.6.1 EXTRUSION VON FRUEHSTUECKSZEREALIEN.............................................. 773 8.6.2.1 ROHWAREN UND M ISCHEREI................................................... 775 8.6.2.2 VORKONDITIONIERUNG UND EXTRUSION ................................... 779 8.OE.2.3 KURZZEITTEMPERIERUNG UND BLOCKIERUNG ........................... 785 8.OE.2.4 ROESTUNG, BESPRUEHUNG UND TROCKNUNG ............................. 787 8.6.2 P RODUKTE.................................................... 789 8.6.3 LEBENSMITTELSICHERHEIT IN DER LEBENSMITTELEXTRUSION.................. 791 8.6.4 ZUSAMMENFASSUNG.......................................................................... 795 8.6.5 ABKUERZUNGSVERZEICHNIS.................................................................. 795 8.7 EXTRUSION VON PHARMAZEUTISCHEN M ASSEN ............................................... 797 8.7.1 EINLEITUNG....................................................................................... 797 8.7.2 GRUNDLAGEN DER SCHMELZEXTRUSION ................................................ 798 8.7.3 MASCHINENDESIGN............................................................................ 798 8.7.4 ANLAGENLAYOUT ......................................................... 800 8.7.5 CONTAINMENT-ANFORDERUNGEN ........................................................ 805 8.7.6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK .................................................. 806 INDEX 807
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