2020-07-01  –  2023-12-31

307.590,00 EUR

Universität Stuttgart - Fakultät 4 Energie-, Verfahrens- und Biotechnik - Institut für Kunststofftechnik (IKT), Stuttgart, Baden-Württemberg

03ETB028C

Brennstoffzelle - PEMFC [EA2251]

01215434/1  –  GrabaT

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)

Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESN5)

Energie

Zur Herstellung der im Projekt angestrebten graphitbasierten Bipolarplatten sollen Extrusionswerkzeuge mit rechteckigem Querschnitt zum Einsatz kommen. Hierbei ist das Design des Werkzeugs von maßgeblicher Bedeutung für die erzielte Produktqualität. Zur Auslegung werden heute auf Simulationsmethoden zurückgegriffen. Eine zuverlässige Auslegung setzt die korrekte Modellierung des Fließverhaltens mit einer einhergehenden ausgiebigen thermodynamischen und rheologischen Charakterisierung der Schmelze voraus. So weisen ungefüllte thermoplastische Kunststoffe ein strukturviskoses Fließverhalten auf. Für diese wird die Annahme der Wandhaftung getroffen. Werden Additive hinzugegeben, mit denen bestimmte Eigenschaften, wie in diesem Fall die elektrische Leitfähigkeit erzielt werden sollen, so spricht man je nach Volumenanteil von gefüllten oder hochgefüllten Kunststoffen. Diese weisen ein von ungefüllten Kunststoffen abweichendes Fließverhalten auf, sodass herkömmliche Fließgesetze nicht angewendet werden können. Die grundlegende Annahme der Wandhaftung darf nicht getroffen werden. Man spricht dann von Wandgleiten. Obwohl es in der Vergangenheit zahlreiche Untersuchungen zum Phänomen Wandgleiten gegeben hat, existiert heute kein Simulationsmodell, welches das Wandgleitverhalten von hochgefüllten Kunststoffschmelzen vorhersagen kann, was jedoch essenziell für eine zuverlässige Auslegung ist. Das IKT verfolgt daher im Teilvorhaben zwei wesentliche Ziele: Zum einen die anspruchsvolle Charakterisierung der Kompositmaterialien mittels Hochdruckkapillarrheometrie und zum anderen die Erforschung und Implementierung eines neuartigen Wandgleitmodells mit Hilfe des Softwarepakets OpenFOAM. Es soll somit erstmalig möglich werden, das Fließverhalten von extrem hochgefüllten Kunststoffen zuverlässig vorherzusagen. Somit kann das im Projekt herzustellende Extrusionswerkzeug optimal ausgelegt und die optimale Produktqualität der graphitbasierten Bipolarplatten sichergestellt werden.