DE10200228A1 - Verfahren zur kontinuierlichen Messung des viskosen und elastischen Verhaltens von Polymerschmelzen - Google Patents

Abstract

Kapillarviskosimeter zur kontinuierlichen Messung des viskosen und elastischen Verhaltens von variierenden Polymerschmelzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze von mindestens einer Pumpe gefördert wird, deren Antrieb mit oszillierenden Schwingungen in einem einen Bereich von 1 bis 100 Hertz moduliert wird.

Description

• Es sind eine ganze Reihe von Kapillarviskosimeter auf dem Markt. mit deren Hilfe es möglich ist, kontinuierlich die Viskosität von Schmelzen zu erfassen. Diese Geräte weisen ein oder zwei Zahnradpumpen auf, die die Förderung der Schmelze durch eine Kapillare sicher stellen. Bei der Anordnung von zwei Förderpumpen mit unterschiedlicher Fördermenge. wovon die zweite mit größerer Menge am Ende der Kapillare angeordnet ist und dadurch einen Unterdruck erzeugt, kommt man zur Bestimmung der Viskosität nur mit einem Druckaufnehmer aus. Die Druckdifferenz, die zur Berechnung der Viskosität bei laminarer Kapillarenströmung nach Hagen-Pouiseuille notwendig ist. entspricht der Höhe des Druckes vor der Kapillare abzüglich des Unterdruckes, der maximal 1 bar betragen kann. Andere Bauarten benutzen nur eine Pumpe und messen die Druckdifferenz zwischen Eintritt und Austritt der Kapillare.
• Alle diese Geräte weisen der Nachteil auf, dass sie mit Zahnradpumpen ausgerüstet sind, die gerade Evolventenverzahnung aufweisen. Diese hat den Nachteil, dass Schmelze zwischen den Zahnflanken eingeklemmt wird und höchsten Druck- und Scherbeanspruchungen unterliegt. Aus der Polymererliteratur und der Tribologie ist bekannt, dass es bei solch hohen Beanspruchungen zu Brüchen an den Polymerketten kommt. Kettenbrüche führen weiterhin zu unerwünschten Nebenreaktionen wie Verzweigungen. Farbveränderungen und Gelen. Für die Erfassung von Polymerviskositäten sind diese Vorgänge schädlich, da die Substanz in der Kapillare nicht mehr dem Ursprungsmaterial entspricht und verfälschte Werk liefert Nachteil dieser Art von Viskosimeter ist, dass eine Veränderung im viskosen und elastischen Verhalten nicht berücksichtigt wird. Es ist bekannt, dass sich Polymerschmelzen nicht newtonisch verhalten und von der Scherrate abhängige Eigenschaften aufweisen. Aus der analytischen Gerätetechnik sind die unter dem Begriff Oszillationsrheometer bekannt. Sie liefern über einen weiten Bereich scherabhängige Messungen mit Aussagen über viskoses und elastisches Verhalten. Häufig kommt es vor, dass in einem kontinuierlicher Produktionsprozess die Parameter schwanken oder die Rohstoffe von anderen Lieferanten bezogen werden und es zu nicht erfassten Schwankungen im elastischen und viskosen Verhalten des Polymeren kommt, was in nachgeschalteten Bereichen wie z. B. der Faserspinnerei zu Produktionsstörungen oder vollständigen Ausfällen führt.
• Die vorgestellte Vorichtung ist ausgeführt ähnlich den bereits vorliegenden, handelsüblichen Kapillarviskosmetern mit ein oder zwei Produktpumpen und weist aber folgende neue Merkmale auf:
  Die Förderpumpe oder -pumpen weisen eine Kreisbogenverzahnung auf, das angetriebene, mit konstanter Grundgeschwindigkeit rotierende Rad wird mit einer Oszillationsfrequenz moduliert die einer Beireich von 1 bis 100 Hertz beträgt. Das mitlaufende zweite Rad ist mit einer elektrischen Bremse und einem Drehmomentaufnehmer gekoppelt und leitet die aufgenommenen Signale der Bremse und des Drehmomentgebers an eine elektronische Mikroprozessoreinheit weiter. Ebenfalls eingeleitet werden die Signale des oder der Druckaufnehmer vor und hinter der Kapillare und die Temperaturen der Schmelze am Produktein- und -austritt.
• In der Mikroprozessoreinheit wird mit Hilfe einer Auswertungssoftware eine Temperaturkompensation durchgeführt. Das System eicht sich selbst über die Algorithmen der neuronalen Netzsoftware, wenn mindestens 10 unterschiedliche Polymere deren viskoses und elastisches Verhalten mit Hilfe eines Labor-Oszillationsrheometers erfasst und über einen Datentransfer gespeichert wurde. Fig. 1 Kreisbogenverzahnung Fig. 2 1 Steuereinheit, Antriebssteuerung, Oszillation
  2 Antrieb
  3 Getriebe
  4 Drehzahl
  5 Förderpumpe
  6 Gehäuse
  7 Drehmoment
  8 Bremse
  9 Kapillare
  10 Temperatur
  11 Druck
  12 Mikroprozessor, Software/Auswerteeinheit, Neuronale Netz
  13 Eichdaten, Labor Oszillationsrheometer
  14 Output (G', G", η, tan δ)
  

Claims (5)

1. Kapillarviskosimeter zur kontinuierlichen Messung des viskosen und elastischen Verhaltens von variierenden Polymerschmelzen oder von anderen Substanzen dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelze von mindestens einer Pumpe gefördert wird, deren Antrieb mit oszillierenden Schwingungen in einem einen Bereich von 1 bis: 100 Hertz moduliert wird.

2. Kapillarviskosimeter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass das nicht angetriebene Rand der Förderpumpe elektrisch gebremst wird und das Drehmoment gemessen wird.

3. Kapillarviskosimeter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe mit Kreisbogenverzahnung ausgeführt wird,

4. Kapillarviskosimeter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung über selbst lernende Mikroprozessorprogramme auf Basis Neuronaler Netze durchgeführt wird

5. Kapillarviskosimeter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass die Eichung des Systems mit 5 bis 30 Polymerproben unterschiedlichster Art durchgeführt wird und dass die Proben mittels Labor-Oszillationsrheometern vermessen und die Daten in das System übertragen werden.