Das innovative Inline-Dehnrheometer von Leistritz ermöglicht erstmals neben Echtzeit-Daten zur Scherviskosität auch die Inline-Messung der Dehnviskosität. Dies verbessert die Beobachtung der Schmelzequalität und bietet ebenfalls neue Anwendungsfelder bei der Kunststoffextrusion.
Von der Automobilbranche bis hin zur Recyclingwirtschaft – Kunststoffextrusion ist als Verarbeitungsverfahren nicht mehr wegzudenken.
Doch so etabliert der Prozess sein mag, so komplex ist er. Das gilt insbesondere dann, wenn es darum geht, das das Verformungs- und Fließverhalten der Schmelze konstant zu beobachten und zu bewerten.
Die Schmelze richtig bewerten: Offline-Messungen vs. Inline-Verfahren
Typischerweise erfolgt die Überwachung der Schmelzequalität sowohl im Inline-Verfahren als auch über Offline-Messungen. Inline-Messungen finden dabei während des laufenden Verarbeitungsprozesses statt und liefern dadurch Echtzeit-Daten. Dazu gehören beispielsweise Messungen von Druck und Temperatur, MFI- oder IV-Wert.
Offline-Messgeräte wiederum ermitteln im Nachgang oder separat vom Extrusionsprozess weitere Parameter, wie etwa die Dehnviskosität der Schmelze.
Da Inline-Messungen zeitsparender sind und Echtzeit-Daten aufzeigen, hat sich im Angebot von Inline-Messsystemen viel getan.
Verschiedene Inline-Rheometer können mittlerweile an den Extruder angeschlossen werden und bieten somit Echtzeit-Daten zum Verarbeitungsprozess. Doch bisherige Inline-Rheometer haben einen entscheidenden Nachteil gegenüber den Offline-Messungen: Sie ermitteln in der Regel lediglich den MFI-Wert, einen Punkt der Viskositätskurve. Die Dehnviskosität muss weiter offline im Labor gemessen werden. Hinzu kommt, dass die MFI-Messung mittels herkömmlicher Inline-Rheometer mit Materialverlust einhergeht, da sich die Schmelze, die zur Analyse abgeführt wird, nicht in den Extrusionsprozess zurückführen lässt.
In diesem Bereich sind also definitiv Verbesserungen möglich – und diese bietet nun das neue Leistritz-Inline-Dehnrheometer. Es ermöglicht erstmals nicht nur die Analyse der Scherviskosität in Echtzeit, sondern misst auch die Dehnviskosität der Schmelze während des laufenden Prozesses. Das ist bislang einmalig und bringt viele Vorteile mit sich.
Das Inline-Dehnrheometer von Leistritz: Innovation auf allen Ebenen
Gemeinsam mit dem Institut für Polymer-Extrusion und Compounding an der Johannes Kepler Universität in Linz hat Leistritz sein einzigartiges Inline-Dehnrheometer entwickelt. Es ermöglicht erstmals auch die Inline-Messung der Dehnviskosität.
Möglich macht dies die neuartige und patentierte hyperbolische Schlitzdüse. Sie besteht aus einer Einlauf- und einer Auslaufsektion sowie zwei Übergangszonen. Zunächst wird ein Teil der Schmelze über einen Bypass in das Rheometer abgezweigt. Durch die hyperbolisch ausgeführte Schlitzdüse wird eine konstante Dehnströmung erzeugt, die mit bisher verfügbaren Online-Messgeräten nicht möglich war. Die patentierte Düsengeometrie verhindert die Expandierung nach der Dehnung und damit tote Zonen und unerwünschte Druckwirbel im Fließkanal.
Die Schlitzdüse ermöglicht so die konstante Aufzeichnung von Viskositäten bei Scherraten von 10 bis 10.000 s-1 und Dehnraten von 5 bis 75 s-1. Der Messbereich lässt sich vorab vom Anwender definieren. Das wiederum sorgt dafür, dass niedrig- und hochviskose Polymerschmelzen sowohl mit als auch ohne Füll- oder Verstärkungsstoffe gemessen werden können.
Gleichzeitig ist es möglich, temperaturunempfindliche Schmelzen nach der Messung wieder in den Schmelzprozess zurückzuführen, was Materialverluste vermeidet. Bei thermisch sensitiven Schmelzen wiederum lässt sich die abgeführte Schmelze nach der Messung ausleiten.
Das klingt vielversprechend. Doch kann die Inline-Messung auch Daten liefern, die mit den Offline-Daten vergleichbar sind?
Kurz gesagt: ja! Die Inline-Messung ist die logische Ergänzung zur Labormessung. Im Vergleich der Schmelzeanalyse im Inline- und Offline-Verfahren zeigt sich nämlich, dass die Inline-Daten genau genug sind, um fundierte und prozessnahe Daten zu liefern.
Daraus ergibt sich nicht nur die Möglichkeit, genaue Echtzeit-Daten zur Viskosität sowie eine lückenlose Dokumentation der Qualität zu erhalten und somit die Schmelzequalität nachhaltig zu verbessern. Das Inline-Dehnrheometer von Leistritz eröffnet gleichzeitig neue Anwendungsfelder.
Echtzeit-Messung eröffnet neue Anwendungsfelder
Diese erstrecken sich über verschiedene Bereiche und reichen von der Aufbereitung von Polymeren über die Entwicklung von Polymer-Blends bis hin zur Analyse von Fasercompounds.
Aufbereitung von Polymeren
Die Messung mehrerer Durchläufe von Polymerschmelzen mit dem Inline-Dehnrheometer von Leistritz zeigt: Sowohl die Scher- als auch die Dehnviskosität bauen ab. Die Möglichkeit, im laufenden Prozess durch das Inline-Dehnrheometer von Leistritz Einsicht in diese Daten zu erhalten, ist deshalb ein großer Vorteil. Denn damit kann das Rheometer zur Inline-Qualitätsprüfung bei der Aufbereitung von Polymeren dienen.
Entwicklung von Polymer-Blends
Auch bei Polymer-Blends ist das Inline-Dehnrheometer eine wichtige Weiterentwicklung im Messverfahren.
Polymer-Blends helfen dabei, bestimmte Materialeigenschaften zu verbessern. Beispielsweise kann ein Blend mit Impact-Copoloymeren die Tiefentemperaturbeständigkeit von hochmolekularem Polypropylen etwa bei Spritzgussanwendungen verbessern. Typischerweise wird dafür vorab eine Blend-Formel entwickelt, doch eine Inline-Messung von rheologischen Daten der Blends war bislang nicht umfassend möglich. Die Melt-Flow-Rate kann zwar ermittelt werden, bietet aber lediglich einen Datenpunkt auf der Scherviskositätskurve. Die Aussagekraft dieses Wertes ist beschränkt und kann somit auch zu falschen Schlussfolgerungen führen, die im Endeffekt wertvolles Material, Zeit und Geld kosten können. Genau das kann das Inline-Dehnrheometer von Leistritz verhindern.
Denn es liefert den für die Blend-Qualität wichtigen Dehnviskositätsparameter, und das in Echtzeit. So lässt sich die Polymer-Blend-Qualität auch im Schmelzprozess beobachten und überprüfen. Die genaueren Daten daraus ermöglichen eine bessere Überprüfung und präzisere Anpassung des Blends.
Analyse von Fasercompounds
Ähnliches gilt für die Analyse von Fasercompounds, da hierbei ebenfalls die Dehnviskosität eine wichtige Rolle spielt. Abweichungen zwischen unterschiedlichen PP-Fasercompounds zeigen sich etwa erst, wenn die Dehnviskosität untersucht wird. Die Möglichkeit, diese nun im Inline-Verfahren zu analysieren, bietet einen entscheidenden Mess- und Qualitätsvorteil bei Fasercompounds.
Das Inline-Dehnrheometer von Leistritz ist damit eine wertvolle Weiterentwicklung von Sensoren, um die Schmelzequalität in der Kunststoffproduktion besser beurteilen zu können.
Inline-Dehnrheometer von Leistritz: Lösung für die Industrie 4.0
Das Inline-Rheometer von Leistritz verbessert nicht nur das Messverfahren und bietet neue Anwendungsfelder. Es wurde auch mit Blick auf Nutzerfreundlichkeit in der Industrie entwickelt.
So kann das Rheometer einfach an den Extruder angebaut und darüber hinaus auch flexibel zwischen Extrudern ausgetauscht werden. Das bietet Unternehmen eine größere Flexibilität in der Messung und im Produktionsverfahren. So ergeben sich nicht nur im Messverfahren, sondern auch im Betrieb zahlreiche neue Anwendungsmöglichkeiten.
Das Inline-Dehnrheometer kann zudem an eine bereits existierende Leistritz-Extrusionsanlage angeschlossen werden oder für Fremdextruder als Stand-alone-Lösung genutzt werden.
Damit bietet das Inline-Dehnrheometer von Leistritz höchste Flexibilität. Mit der Möglichkeit, den Sensor mit einem übergeordneten System zu koppeln, ebnet es ebenfalls den Weg zur Industrie 4.0.