Entwicklung eines Inline-Messverfahrens zur Bestimmung und Nutzung prozessrelevanter Materialeigenschaften an Kalanderanlagen

Abstract

Die Arbeit beschreibt die Entwicklung einer Messeinrichtung, welche materialspezifische Eigenschaften wie die Prozessviskosität reproduzierbar direkt im Herstellungsprozess erfassen kann. Diese soll zukünftig als Regelgröße bei Material- oder Geschwindigkeitsänderungen dienen und Anlagendaten mit Materialdaten verbinden. Viskositätsänderungen führen beim Kalandrieren zu Prozessstörungen oder Qualitätseinbußen der Folien wie deren optische Eigenschaften oder ihrem Verhalten bei der Nachverarbeitung. Das Kalandrieren ist ein großtechnisches Verfahren zur Herstellung von Polymerfolien. Die Anlagen zur PVC –Folienherstellung sind im allgemeinen 4-Walzen-L-Kalander. Die Erfassung der Materialviskosität wird über an einer Kalanderanlage befindliche bereits installierte Hilfswalzen realisiert. Diese liegen auf der Folienbahn auf und schneiden das Material an- bzw. durch. Mit Hilfe dieser Zusatzeinrichtungen werden Drehmomente erfasst und deren Änderung bei schwankenden Materialzuständen einem Kennwert zugeordnet. Dafür wird der Prozess des Einschneidens der Schneidwalze in das fließfähige Material auf der Kalanderwalze modelliert und simuliert. Außerdem werden die Strömungsverhältnisse im Kontaktgebiet der Hilfswalze als Viskosimeterströmung approximiert. Weiterhin werden rheometrische Messungen an verschiedenen Materialien (PVC-U, PET, PVC-P) vorgestellt. Dafür wird eine Methodik beschrieben, Fließkurven zeitkritischer und thermoinstabiler Materialien wie PVC-U über die Anwendung der COX-MERZ-Regel mit Oszillationsmessungen an Rotationsrheometern einfach zu ermitteln. Diese soll eine Vielzahl an Messungen mit Kapillarviskosimetern und einem hohen Messaufwand bei der Durchführung von Messungen am Rotationsrheometer ersparen. Die Verbindung der rheologischen Ergebnisse mit der umgesetzten Inline-Viskositätsmessung soll einen Beitrag zu der stetig geforderten Ausstoßerhöhung an Kalanderanlagen leisten und somit eine Prozessoptimierung für den Technologen vereinfachen.