Gegenüberstellung der Relaxationszeiten konzentrierter Polymerlösungen aus Scher- und Dehnversuchen

Trabajo Universitario , 2010 , 85 Páginas , Calificación: 1,0

Ingeniería - Ingeniería química

In der Verfahrenstechnik treten in vielen Prozessen komplexe Strömungsfelder auf. Diese besitzen in der Regel einen großen Dehnanteil.
Technisch relevante Fluide sind vielmals viskoelastisch. Dies zeichnet sich u.a. durch Relaxationsprozesse aus. Diese führen im Prozess zu Problemen wie Strangaufweitung und Nebelbildung. Aufgrund der großen Dehnanteile lässt sich das Materialverhalten nicht alleinig durch scherrheologische Messungen beschreiben. Zur vollständigen Charakterisierung ist die Dehnrheologie von Nöten. Eine Möglichkeit zur Bestimmung dehnrheologischer Größen niedrigviskoser, viskoelastischer Fluide bietet hierbei das CaBER-Experiment, welches am gleichnamigen kommerziellen Rheometer durchführbar ist. [1]
Bislang wurde angenommen, dass sich die Relaxationszeiten in Scherung und Dehnung nicht unterscheiden. Für konzentrierte Polymerlösungen ist dies allerdings nicht zu beobachten. Ein erster theoretischer Ansatz wird in dieser Arbeit hergeleitet, der es formal ermöglicht die Relaxationszeiten aus Scherung und Dehnung ineinander umzurechnen. Die Anwendbarkeit dieser Theorie wird an linearen, unpolaren Polyethylenoxid, linearen, kationischen Polyacrylamid, sowie dem Copolymer Sterocoll FD experimentell untersucht.

Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• Messmethodische Grundlagen
  • Scherrheologie
    • Scherrheologische Grundbegriffe
    • Das Kegel Platte Messsystem
    • Schwingungsrheometrie
    • Einfache Material-Modelle
  • Dehnrheologie
    • Grundbegriffe der Dehnrheologie
    • Messanordnungen zur Bestimmung der Dehnviskosität niedrigviskoser Fluide
    • Das CaBER-Experiment
  • Konzentrationsbereiche bei Polymerlösungen
• Theoretischer Vergleich der Relaxationszeiten
  • Theoretische Beschreibung des CaBER- Experiments
  • Integrales Materialgesetz
    • Anwendung des integralen Materialgesetzes auf einachsige Dehnströmungen
    • Die Dämpfungsfunktion
    • Zusammenhang zwischen Dämpfungsfunktion und Scherviskosität
• Experimentelles
  • Messgeräte
  • Versuchsmaterialien
  • Versuchsdurchführung und Auswertung
  • Messergebnisse
    • Polyethylenoxid
    • Sedipur AF306
    • Sedipur CF303
    • Sterocoll FD
• Zusammenfassung und Ausblick
• Anhang
  • Grundlagen der digitalen Bildverarbeitung
  • Beispiele für Bilder der Hochgeschwindigkeitskamera
  • Dämpfungsfunktionen
  • Zusammenfassung der Messergebnisse
  • Polyethylenoxid MW = I • 106g/mol
  • Polyethylenoxid MW = 2 106g/mol
  • Sedipur AF306
  • Sedipur CF303
  • Sterocoll FD
• Symbolverzeichnis
• Abbildungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• Literaturverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Studienarbeit befasst sich mit der Gegenüberstellung der Relaxationszeiten konzentrierter Polymerlösungen aus Scher- und Dehnversuchen. Ziel ist es, einen Zusammenhang zwischen den Relaxationszeiten in Scherung und Dehnung zu finden und die Anwendbarkeit eines theoretischen Ansatzes zu untersuchen. Dabei wird das CaBER-Experiment eingesetzt, welches die Möglichkeit bietet, dehnrheologische Größen niedrigviskoser, viskoelastischer Fluide zu bestimmen.

• Theoretische Beschreibung des CaBER-Experiments und Herleitung eines Zusammenhangs zwischen Relaxationszeiten in Scherung und Dehnung
• Anwendbarkeit eines integralen Materialgesetzes zur Beschreibung des Materialverhaltens in Scher- und Dehnströmungen
• Einfluss der Dämpfungsfunktion auf das Relaxationsverhalten
• Experimentelle Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Relaxationszeiten in Scherung und Dehnung an verschiedenen Polymerlösungen
• Analyse der Messergebnisse und Diskussion der Ergebnisse im Kontext der verwendeten Theorien

Zusammenfassung der Kapitel

Die Einleitung führt in die Thematik der Studienarbeit ein und erläutert die Bedeutung der Dehnrheologie in der Verfahrenstechnik. Das zweite Kapitel behandelt die messmethodischen Grundlagen, wobei die Scherrheologie und die Dehnrheologie mit ihren jeweiligen Grundbegriffen und Messverfahren vorgestellt werden. Das CaBER-Experiment wird als Methode zur Bestimmung der Dehnviskosität niedrigviskoser Fluide ausführlich beschrieben.

Kapitel 3 beschäftigt sich mit dem theoretischen Vergleich der Relaxationszeiten. Das CaBER-Experiment wird anhand von Massen- und Kräftebilanzen theoretisch beschrieben. Es wird ein integrales Materialgesetz eingeführt, welches die Möglichkeit bietet, Scher- und Dehnströmungen mit nur einem Materialgesetz zu beschreiben. Die Dämpfungsfunktion, die im integralen Materialgesetz eine wichtige Rolle spielt, wird näher betrachtet und verschiedene Typen von Dämpfungsfunktionen werden vorgestellt. Im Anschluss wird ein Zusammenhang zwischen der Dämpfungsfunktion und der Scherviskosität hergestellt, der es ermöglicht, die Modellparameter der Dämpfungsfunktionen zu bestimmen.

Das vierte Kapitel beschreibt die experimentellen Vorgehensweisen und die erhaltenen Messergebnisse. Es werden die verwendeten Messgeräte sowie die untersuchten Polymerlösungen (Polyethylenoxid, Sedipur AF306, Sedipur CF303 und Sterocoll FD) vorgestellt. Die Versuchsdurchführung und die Auswertung der Messdaten werden detailliert erläutert. Die Messergebnisse werden in Tabellen und Grafiken dargestellt und diskutiert.

Die Studienarbeit wird im fünften Kapitel zusammengefasst und ein Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten gegeben. Die Ergebnisse der theoretischen und experimentellen Untersuchungen werden zusammengefasst und die Grenzen der verwendeten Theorien werden aufgezeigt. Es werden weitere Forschungsansätze vorgeschlagen, die die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Relaxationszeiten in Scherung und Dehnung erweitern könnten.

Schlüsselwörter

Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Relaxationszeiten, Scherrheologie, Dehnrheologie, CaBER-Experiment, integrales Materialgesetz, Dämpfungsfunktion, Polyethylenoxid, Sedipur AF306, Sedipur CF303, Sterocoll FD, Polymerlösungen, Konzentrationsbereiche, Molmasse, intrinsische Viskosität, Modellparameter, Steigung der Viskositätsfunktion, Crossover-Kreisfrequenz, Alterung von Polymerlösungen.

• Universidad: Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
• Calificación: 1,0
• Autor: Dipl.-Ing. Dirk Sachsenheimer (Autor)
• Año de publicación: 2010
• Páginas: 85
• No. de catálogo: V178598
• ISBN (Ebook): 9783656008125
• ISBN (Libro): 9783656008330
• Idioma: Alemán
• Etiqueta: Rheologie, Dehnrheologie, CaBER, Polymer, Polymerlösung, Dehnung, Relaxationszeit, Polyethylenoxid, Polyacrylamid, Sterocoll, Integrales Materialgesetz, Dämpfungsfunktion, Wagner Modell