Rheometerunabhängige Beschreibung des Wandgleitverhaltens von Kautschukmischungen

Abstract

Aufgrund ihrer komplexen Zusammensetzung neigen Kautschukmischungen zu Fließanomalien wie Wandgleiten, was eine materialspezifische Charakterisierung mit geeigneten Prüfmethoden erfordert. Ungeachtet dessen wird sowohl bei der rheologischen Materialcharakterisierung als auch bei darauf aufbauenden numerischen Strömungssimulationen zur realitätsnahen Abbildung von Verarbeitungsprozessen häufig vereinfacht von wandhaftenden Randbedingungen ausgegangen. Darüber hinaus liefern Wandgleitkorrekturverfahren aus dem Stand der Technik für Kautschukmischungen häufig physikalisch unplausible Ergebnisse. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde das Ziel verfolgt, eine rheometerunabhängige Methodik zur Beschreibung des Wandgleitverhaltens zu erarbeiten. Es konnte gezeigt werden, dass das Wandgleitverhalten von Kautschukmischungen von der Fließkanalgeometrie des Rheometers abhängt und mit dem Coulombschen Gleitmodell beschrieben werden kann, während die Scherhistorie im Extrusionsprozess näherungsweise keinen Einfluss auf das Wandgleitverhalten hat. Die Ergebnisse führten zu einer Weiterentwicklung eines analytischen Modells zur Beschreibung von Wandgleiteffekten, das z. B. in numerischen Strömungssimulationen genutzt werden kann, um deren Aussagekraft zu verbessern. Ferner wurde nachgewiesen, dass die empirische Cox-Merz Relation für Kautschukmischungen nicht anwendbar ist, während kontinuierliche Rotationsmessungen eine Abschätzung des erwartbaren Fließverhaltens erlauben.