Vorhersage der Entgasung bei Extrusion: Fortschritte bei Modellen für das Polymerrecycling

Die Sicherstellung einer gleichbleibenden Qualität bei der Polymerextrusion ist unerlässlich – insbesondere beim Kunststoffrecycling – da unerwünschte flüchtige Bestandteile in der Schmelze die Produktleistung und die Prozessstabilität beeinträchtigen können. Ein weniger bekannter, aber entscheidender Schritt bei der Extrusion ist die Entgasung, bei der flüchtige organische Verbindungen (VOCs) im Entgasungsbereich von Schneckenextrudern aus der Polymerschmelze entfernt werden.

Die präzise Vorhersage der Entgasungsleistung ist entscheidend für die Qualitätsverbesserung und die breitere Anwendung von Recyclingpolymeren in der Industrie. Traditionelle theoretische Modelle weisen jedoch häufig einen unzureichenden Bezug zu realen industriellen Bedingungen und experimentellen Daten auf, insbesondere bei heterogenen und komplexen Polymerströmen.

Die Herausforderung: Modellierung des Massentransports bei der Entgasung

Bei den meisten Polymerextrusionsverfahren findet die Entgasung unter atmosphärischen oder Vakuumbedingungen in teilweise gefüllten Bereichen der Extruderschnecke statt. Dieser Prozess bestimmt, wie effizient flüchtige Verunreinigungen aus der Schmelze entfernt werden, ohne dass es zu Schmelzverlusten durch Entgasungsöffnungen kommt – ein heikles Gleichgewicht, das die Extrudatqualität beeinflusst.

Bestehende theoretische Modelle beschreiben die Entgasung primär durch vereinfachte Mechanismen wie die blasenfreie Diffusion. Sie stoßen jedoch häufig an ihre Grenzen, wenn sie auf reale industrielle Extrusionsprozesse mit komplexen Fließverhalten, Mehrphasenbedingungen und variierenden Materialeigenschaften angewendet werden. Diese Diskrepanz zwischen Theorie und Praxis schränkt die Fähigkeit von Herstellern und Verfahrenstechnikern ein, die Leistung zuverlässig vorherzusagen und die Abläufe zu optimieren.

Entwicklung und Validierung von Vorhersagemodellen

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, führten Forscher von CHASE in Zusammenarbeit mit Projektpartnern eine vergleichende Studie verschiedener Entgasungsmodelle durch. Diese Modelle wurden anhand experimenteller Extrusionsdaten aus industriellen Pilotanlagen evaluiert und validiert, wodurch die Forscher ihre quantitative Genauigkeit beurteilen konnten.

Durch den Vergleich verschiedener theoretischer Ansätze und deren Validierung anhand realer Prozessdaten konnte das Team ermitteln, welche Modelle das in Experimenten beobachtete Entgasungsverhalten genauer abbilden. Diese vergleichende Analyse liefert eine solidere Grundlage für die Auswahl oder Entwicklung von Vorhersagemodellen, die auf industrielle Bedingungen zugeschnitten sind.

Die Ergebnisse der Studie verbessern das grundlegende Verständnis von Stofftransportphänomenen in der Entgasungszone und ebnen den Weg für zuverlässigere Vorhersageinstrumente. Diese Instrumente können die Prozessgestaltung und -steuerung unterstützen und Herstellern letztendlich helfen, eine gleichbleibende Produktqualität zu erzielen und den Einsatz von Recyclingpolymeren zu fördern.

Brücke zwischen Theorie und industrieller Praxis

Zuverlässige Entgasungsmodelle spielen eine strategische Rolle beim Polymerrecycling und der Extrusion. Da Hersteller zunehmend recycelte Polymere in ihre Produktionslinien integrieren, um Nachhaltigkeits- und regulatorische Ziele zu erreichen, werden prädiktive Modelle zu unverzichtbaren Hilfsmitteln für die Prozessoptimierung, die Qualitätssicherung und die Abfallreduzierung.

Diese Forschung zeigt, wie validierte prädiktive Modellierung – basierend auf realen experimentellen Daten – die Lücke zwischen fundamentalen Transportphänomenen und praktischer Verfahrenstechnik schließen und so sowohl eine nachhaltige Produktion als auch die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie voranbringen kann.

Projektpartner

Die Arbeit wurden in Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft durchgeführt, darunter EREMA Group GmbH ↗ und Johannes Kepler Universität Linz (JKU Linz) ↗ , im Rahmen des Forschungsprogramms COMET ↗ .

Lesen Sie die Erfolgsgeschichte: Modellierung des Entgasungsprozesses in einem Extruder, Modelle zur Vorhersage der Entgasungsleistung in Extrusionsprozessen - CHASE PDF ↗