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Neues Forschungsprojekt gestartet: Inline-Überwachung der mechanischen Eigenschaften am Kunststoffstrang

Messverfahren Normprüfung und Strangprüfung messen Schlagzähigkeit und Härte

Bei einem neuen Forschungsprojekt des SKZ wird direkt inline am Kunststoffstrang die Messung der mechanischen Eigenschaften untersucht. Dies soll Vorteile im Bereich der Materialentwicklungskosten und der Überwachung der Prozess und Produktqualität bieten.

Die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen bilden ein elementares Kriterium im Hinblick auf deren spätere Anwendung. Die Validierungsprüfungen unter Anwendung der gängigen Prüfverfahren stellen bei der Rezepturentwicklung einen enormen wirtschaftlichen Aufwand dar. Auch können in Produktionsprozessen aus Kostengründen derzeit sehr häufig nur  Stichproben zur Qualitätsüberwachung gezogen werden.

Ein neu gestartetes Forschungsvorhaben am SKZ befasst sich deshalb mit der Messung der mechanischen Eigenschaften direkt inline am Kunststoffstrang. Somit sollen Materialentwicklungskosten reduziert und die Überwachung der Prozess- und Produktqualität verbessert werden.

Bei der Auswahl von Kunststoffen sind die mechanischen Eigenschaften ein entscheidender Faktor, da sie grundlegend für die Belastbarkeit und die Funktion des Endprodukts verantwortlich sind. Bereits in der Compoundierung werden sie maßgeblich beeinflusst. Daher ist die Kenntnis der mechanischen Eigenschaften des Compounds ein wichtiger Bestandteil der Qualitätskontrolle und elementar für den Materialentwicklungsprozess.

Die gängigen Prüfverfahren sind nur als Labormessung verfügbar und finden nachgeschaltet zum Compoundierprozess statt. Somit liegen die Messergebnisse erst mit einem deutlichen Zeitverzug vor. Dies wiederum bedeutet, dass im Zuge der Materialentwicklung mit einem enormen Zeit- und Kostenaufwand zur Validierung der Versuchsrezepturen gerechnet werden muss. Darüber hinaus werden in der Produktion auftretende Fehler im Prozess und damit einhergehende Abweichungen der mechanischen Eigenschaften erst zeitverzögert detektiert: Die bis zu diesem Zeitpunkt produzierte Ware muss als Ausschuss deklariert werden, was einen finanziellen Schaden verursacht.

Das Forschungsvorhaben des SKZ hat daher zum Ziel, Messmethoden zu entwickeln, die es erlauben, mechanische Kennwerte in Echtzeit und in Anlehnung an die Normen prozessbegleitend zu ermitteln. Die spezifischen mechanischen Materialkennwerte werden im Compoundierprozess an einem extrudierten Kunststoffstrang, der als Probekörper fungiert, ermittelt. Dabei kann beispielsweise anhand der Schlagarbeit eines Granulators auf die Schlagzähigkeit des Materials geschlossen werden. Ein weiterer Ansatz auf Basis zweier gegenüberliegender Walzen mit jeweils einer kreisförmigen und einer elliptischen Form erlaubt die Bestimmung der Härte bzw. der Druckeigenschaft des dazwischen befindlichen Compoundstrangs.

Weiterhin finden in dem Forschungsvorhaben umfangreiche Untersuchungen hinsichtlich der Materialkomponenten, Prüftemperaturen und Prozesszustände statt. Abschließend soll ein Vorgehen zur beschleunigten Materialentwicklung mittels kombinatorischen Compoundierens (CC) bzw. High-Throughput-Screenings (HTS) abgeleitet werden.

Um einen möglichst großen Nutzerkreis anzusprechen sind interessierte Industrieunternehmen eingeladen sich beim SKZ zu melden, um z.B. an den Sitzungen des projektbegleitenden Ausschusses teilzunehmen.

Das IGF-Vorhaben 19366 N wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags gefördert.

Das Bild zeigt die schematische Darstellung des Messprinzips der Normprüfung (oben) und der entsprechenden Online-Strangprüfung (unten) beispielhaft für die Schlagzähigkeit (links) und Härte (rechts). (Bild: SKZ)

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Ansprechpartner:

Kilian Dietl
Compoundieren und Extrudieren
Würzburg
+49 931 4104-465
k.dietl@skz.de
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