Experimentell abgesicherte, numerische Simulation viskoelastischer Kautschukschmelzen mit Schwerpunkt Füllstoff-Polymer-Wechselwirkungen

IGF-Nr. 20871 N

Forschungsstelle 1:	Technische Universität Dortmund Fakultät für Mathematik Lehrstuhl für Angewandte Mathematik und Numerik Herrn Prof. Dr. Stefan Turek 44221 Dortmund
Projektleiter 1:	Prof. Dr. Stefan Turek
Forschungsstelle 2:	SKZ-KFE gGmbH Herrn Johannes Rudloff Friedrich-Bergius-Ring 22 97076 Würzburg
Projektleiter 2:	Johannes Rudloff
Laufzeit:	01.11.2019 - 31.10.2021

Die Zusammenhänge in der Polymerverarbeitung sind komplex mit vielen Einflussparametern. Simulationen können dabei helfen, die komplexen Zusammenhänge zu verstehen, den experimentellen Aufwand bei Entwicklungen zu reduzieren und so zu besseren Prozessen führen. Die in der Kunststoffindustrie etablierte Vorgehensweise, das Fließverhalten über statische, strukturviskose Modelle mit scherabhängige Viskosität wie z.B. dem Potenzgesetz zu beschreiben, stößt bei Simulationen zunehmend an ihre Grenzen hinsichtlich Genauigkeit, abbildbaren Effekten und Rechenzeit. Dies liegt daran, dass neben der Scherverdünnung weitere Effekte wie Wandgleiten, Fließgrenzen oder viskoelastische Effekte berücksichtigt werden müssen. Insbesondere für die Viskoelastizität ist noch keine zufriedenstellende Erfassung und Beschreibung möglich. Um diesem Problem entgegenzuwirken, wurde in grundlegenden Forschungsarbeiten mit dem Leonov-Modell ein alternativer Ansatz entwickelt, der das viskoelastische Fließverhalten von Polymerschmelzen wiedergibt. Damit dieses Modell von KMU angewandt werden kann, ist jedoch noch weitere anwendungsorientierte Forschung notwendig. Hier sind insbesondere eine geeignete Methode zur Bestimmung und Beschreibung der Materialdaten, eine Implementierung der Modelle in den CFD Code und eine Validierung der Methoden für Beispielgeometrien zu nennen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, dass viskoelastische Materialverhalten von anwendungsnahen Kautschukschmelzen über ein Leonov-Model zu beschreiben. Der Einfluss von Füllstoffen auf das Materialverhalten soll dabei mit einbezogen werden. Hierzu wird das Leonov-Modell in eine FEM Code implementiert, eine anwendungsnahe Methode zur Bestimmung der Materialdaten erforscht und die Modellgenauigkeit ermittelt. Abschließend soll KMU eine experimentell abgesicherte Vorgehensweise zur Bestimmung der Materialdaten und zur rheologischen Auslegung von Verarbeitungsprozessen für stark viskoelastische Materialien zur Verfügung stehen.

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