Rubber Technology
In the field of rubber technology, the research of the Kunststofftechnik Paderborn is focused on the extrusion process and inducing cross-linking of rubber by heat-curing. In comparison to other forming processes, extrusion holds a particular position, as the overwhelming majority of rubber compounds are extruded at least once during production. With this technology, both end products and semi-finished products can be produced. Furthermore, extruders are used for coating or pelletizing. During the heat-curing of rubber, extruded materials are converted from a plastic to an elastic state by cross-linking, during which process the vulcanized material is transported through a hot runner and cross-linked by the addition of thermal energy.
Research in the area of rubber technology is based on simulative and experimental methods. For experimental investigations, a rubber extruder from the company Rubicon and a 60mm pin-type extruder are available. The latter represents a prototype machine for high -speed extrusion. The following gives a brief overview of current research topics:
Rubber Production
- high-speed extrusion
- mixing behavior of pin-type extruders
- CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations
- thermal process behavior
Rubber Curing
- Optimization of hot air vulcanization processes
- CFD (Computation Fluid Dynamics) simulations
Hochleistungskautschuke sind der Grundwerkstoff, aus dem diverse Gummiprodukte wie Reifen, Riemen oder Schläuche hergestellt werden. Ein Großteil wird in der Extrusion von Gummiprofilen verarbeitet, die in zahlreichen Branchen wie der Automobilindustrie, Medizin-, Elektrotechnik und im Maschinenbau eingesetzt werden. Diese Profile werden primär zum Abdichten von zwei oder mehr Komponenten (z.B. bei Türen, Deckeln) oder auch zum Trennen von Flüssigkeiten (z.B. Kühlmittel) genutzt.
Die ständig wachsenden Werkstoffanforderungen und steigenden Komplexitäten sowie Entwicklungen von Werkstoffrezepturen erfordern Anpassungen in den Produktionsverfahren, da sich bei der Verwendung herkömmlicher Vulkanisationsverfahren inhomogene Temperaturen und Vernetzungsgrade ausbilden.
Im Laufe des Projekts soll die Steuerung einer halbleitergestützten Mikrowelle realisiert werden, welche ein über den Querschnitt homogenes Erwärmungsprofil erzeugt. Dies ermöglicht eine Verringerung der eingebrachten Primärenergie in das Extrudat. Des Weiteren soll das Mikrowellenverfahren die Vulkanisationsqualität durch eine möglichst homogene Erwärmung des gesamten Querschnitts steigern und für die Vernetzung von möglichst vielen Kautschukprofilen und Werkstoffen anwendbar sein.
Genauer Informationen zu diesem Projekt finden Sie hier: Projektbericht
Die Bestimmung der Materialparameter, welche für numerische Simulationen von Kautschukextrusionsprozessen erforderlich sind, basieren auf laboranalytischen Methoden, wodurch der Einfluss der Scherhistorie auf das Material im Extrusionsprozess vernachlässigt wird. Kautschukmischungen neigen zudem in Abhängigkeit der Mischungszusammensetzung zu Fließanomalien wie Wandgleiten. Die Vernachlässigung dieser Effekte führt zu ausgeprägten Abweichungen zwischen Simulation und Praxis. Ziel des Forschungsprojektes ist die Verbesserung der analytischen und simulativen Methoden zur Auslegung von Kautschukextrusionswerkzeugen durch empirisch ermittelte Korrekturfaktoren und Kennfelder.
Zur Bereitstellung dieser werden umfangreiche experimentelle Untersuchungen an EPDM-Kautschukmischungen mit variierendem Rußgehalt mittels Extrusionsrheometern auf zwei Kautschukextrudern unterschiedlicher Größe (Ø 32 mm, Ø 60 mm) durchgeführt. Durch Verwendung von zwei Schneckengeometrien (Fördergewinde, Schnecke mit Stegdurchbruch) wird bei vergleichbaren Prozessbedingungen der Einfluss der Belastungshistorie auf die Fließeigenschaften berücksichtigt. Zur Ermittlung der Gleitgeschwindigkeiten werden verschiedene Ansätze aus der Literatur hinsichtlich ihrer Eignung untersucht und ein Kennfeld zur Berücksichtigung von Gleiteffekten in Abhängigkeit vom Rußgehalt, der Temperatur sowie der Belastungshistorie aufgestellt. Neben Wandgleiteffekten neigen Kautschukmischungen ebenfalls zu ausgeprägten nicht-isothermen Effekten. Hierfür werden im Rahmen der Untersuchungen die Austrittstemperaturen der Extrudatstränge mittels IR-Wärmebildkameras erfasst. Durch die Entwicklung eines analytischen Berechnungsmodells erfolgt die Abschätzung der Extrudataustrittstemperatur.
Die numerischen Strömungssimulationen werden mit der Open-Source Software openFOAM durchgeführt. Die Simulationen werden anschließend in experimentellen Untersuchungen validiert und die Ergebnisse in einem Leitfaden dokumentiert.
Genauer Informationen zu diesem Projekt finden Sie hier: Projektbericht
