Sådan optimerer du processen med polymerekstrudering

Ekstrusion er en proces, der er meget udbredt i polymerforarbejdningsindustrien. Det involverer at skubbe materiale gennem en matrice med en bestemt tværsnitsform, hvilket resulterer i produkter som profiler, tynde plader, film og rør. Formen på slutproduktet (det såkaldte ekstrudat) er dog stærkt påvirket af et fænomen kaldet svulme. Ph.D. kandidat Michelle Spanjaards har udviklet en numerisk model, der reducerer dette problem. Hun forsvarer sit speciale ved Institut for Maskinteknik fredag ​​den 21. januar.

Præcision er ekstremt vigtig for ekstrudater, for at sikre, at de har præcis de ønskede dimensioner. Ekstrudater har dog en tendens til at udvide sig, når væsken forlader formen, på grund af indre spændinger i materialet, hvilket fører til suboptimale produkter.

Normalt løses dette problem ved hjælp af en eksperimentel trial-and-error-tilgang, en proces, der er uholdbar, fordi den producerer unødvendigt materialespild. Det er også tidskrævende og dermed ineffektivt og dyrt.

Forudsigelse af den rigtige form

For at imødekomme denne udfordring har Michelle Spanjaards ved forskningsgruppen Polymer Technology udviklet en numerisk model, der kan forudsige ekstrudatets form, og optimere formen på formen for at opnå et ekstrudat med de ønskede dimensioner. Hun udviklede især en transient 3D Finite Element-model for viskoelastiske væsker, der kommer ud fra komplekst formede matricer.

Hun kombinerede denne metode med et aktivt kontrolskema i realtid for numerisk at løse det omvendte problem med tredimensionelt matricedesign til ekstrudatsvulmning. Der etableres en feedbackforbindelse mellem finite element-metoden og kontrolskemaet.

Resultater viser, at dette er en lovende tilgang til design af matricer til viskoelastiske ekstruderingsstrømme. Når du først har en stabil controller, optimerer den til den ønskede ekstrudatform uafhængigt af hvilken form du vælger.