Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)

Entwicklung eines online Verfahrens zur Messung der Festigkeit von Nanopartikelagglomeraten im Prozess

Bearbeitung: M.Sc. Florian Bühner

Motivation

Die Struktur aber auch die Festigkeit von Nanopartikelagglomeraten bestimmen zu einem großen Teil ihre Eigenschaften in der Anwendung, beispielsweise als Füllmaterialien in Polymeren und Elastomeren oder als Pigmente. In diesen Anwendungsbereichen ist man in der industriellen Praxis zur Untersuchung der Struktur auf offline Verfahren angewiesen, die nur indirekte Informationen liefern und darüber hinaus fehleranfällig sind. Das Auffinden optimaler Produkteigenschaften, welche je nach Anwendung deutlich unterschiedlich sind, setzt voraus, dass die entscheidenden Struktureigenschaften direkt charakterisiert werden können. Die Steuerung von Produktionsprozessen, welche zur Erzeugung solcher optimierter Pulver eingesetzt werden, erfordert zusätzlich eine schnelle Information, wie sie nur ein online Verfahren liefern kann.

Projektziel

Ziel des Projekts ist es, die online-Fähigkeit der Agglomeratfestigkeitsbestimmung für Nanopartikeln zu entwickeln. Auf Basis der im Vorgängerprojekt erzielten Ergebnisse ist es gerechtfertigt, das Ultrahochvakuum-Verfahren zu vereinfachen und in den Niederdruck zurückzukehren, wo die Partikeln noch gasgetragen vorliegen. Es soll ein einstufiger Niederdruckimpaktor mit einer geneigten Prallplatte konstruiert werden, welche in ihrem Winkel variabel sein wird. Hierdurch können unterschiedliche Belastungsfälle simuliert werden, indem das Verhältnis von senkrechter Stoß-Beanspruchung zu Scherung variiert wird. Von dieser Platte sollen bei ausreichender Geschwindigkeit Agglomerate abprallen, aber bei erfolgreicher Fragmentierung auch Bruchstücke. Da eine Größenklassierung direkt im Unterdruck kaum möglich ist, werden die so erzeugten Fragmente mittels Vakuumejektor zurück auf Umgebungsdruck überführt. Damit lassen sich die Standardmethoden zur Aufnahme von Größenverteilungen anwenden. Über den Vergleich der Größenverteilungen unfragmentierter und fragmentierter Partikel soll der Fragmentierungsgrad bestimmt werden. Mittels CFD-Simulationen lassen sich die Auftreffgeschwindigkeiten der Agglomerate auf der Prallplatte und damit die Impaktionsenergie abschätzen. Damit sollen schließlich direkte Aussagen zur Agglomeratfestigkeit getroffen werden können.

Ansprechpartner

Florian Bühner
M.Sc.

Florian Bühner

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

PD Dr.-Ing. habil.

Martin Seipenbusch

Gruppenleiter

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