Verarbeitungsnahe Rheologieparameter von mit Schwefel und Peroxid vernetzten Kautschuken für die Simulation von Formfüllprozessen

Abstract

Ross, Steven Die Arbeit befasst sich mit der Ermittlung von zuverlässigen rheologischen und chemischen Materialparametern zur Optimierung der Abbildbarkeit von einzelnen Prozessen in der Formfüllsimulation. Dazu wurde das Vulkanisationsverhalten und physikalische Effekte mit einem Hochdruckkapillarviskosimeter (HKV), einem Rubber Process Analyzer (RPA) und mit einem Rheometer auf ihre Signifikanz geprüft. Besonders bei der Druckabhängigkeit der Viskosität (physikalisch), aber auch beim kontinuierlichen Drehmomentanstieg der Rheometerkurven wurden Optimierungsmöglichkeiten festgestellt, sodass diese Effekte detaillierter untersucht wurden. Bei dem Auftreten des kontinuierlichen Drehmomentanstieges wurden die ermittelten Rheometerkurven korrigiert und anschließend mehrere mechanische Prüfungen, beispielweise Zugversuche, für Probekörper mit unterschiedlich langen Vulkanisationszeiten durchgeführt. Die mit der korrigierten Vulkanisationszeit vulkanisierten Probekörper zeigten gleichbleibende bis verbesserte Eigenschaften im Vergleich zu den länger vulkanisierten Proben. Demnach wird ersichtlich, dass die Optimierung der Vulkanisationszeit zu einer Optimierung der Materialeigenschaften, oder mindestens zu einer Verkürzung der Durchlaufzeit der Probekörper im Spritzgusswerkzeug führt. Bei dem zweiten signifikanten Effekt hinsichtlich der Bestimmung von optimierten Materialparametern, der Druckabhängigkeit der Viskosität, wurden zunächst weiterführende Untersuchungen am HKV mit einer Standardkapillare und einer Gegendruckeinheit durchgeführt. Bei diesen Untersuchungen konnte eine vorhandene Druckabhängigkeit der Viskosität bestätigt werden. Aus diesem Grund wurde im Zuge dieser Arbeit eine ‘Excel‘-basierte Implementierungsmöglichkeit dieses Effektes in die Formfüllsimulation „SIGMASOFT® Virtual Molding“ entwickelt. Anschließend wurden Simulationen zur Schlitzkapillare des HKVs mit und ohne Berücksichtigung der Druckabhängigkeit durchgeführt und diese mit den dazugehörigen Messergebnissen verglichen. Dabei ergab sich für die beiden Kautschukmischungen EPDM und NR jeweils eine Optimierung der Vergleichbarkeit von Messung und Simulation durch die Implementierung der Druckabhängigkeit. Um diese Ergebnisse auf ihre Relevanz zu überprüfen, wurden zum Schluss Messungen an einer Spritzgussmaschine und Simulationen an einem Modellnachbau durchgeführt. Auch hierbei kam es zu einer verbesserten Vergleichbarkeit der Messergebnisse mit den druckabhängigen Simulationen. Generell konnte mit den durchgeführten Untersuchungen zu beiden Effekten eine Optimierung hinsichtlich der Materialeigenschaften und der Durchlaufzeit, sowie zu der Simulationsqualität erreicht werden.