Spezifisches Volumen
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Dipl.-Ing. Joachim Amberg
Das spezifische Volumen in Abhängigkeit von Druck und Temperatur (pvT) besitzt einen hohen Stellenwert bei der Charakterisierung von Formmassen und bei der Festlegung von Verarbeitungsparametern. Das Hauptanwendungsgebiet für pvT-Daten liegt im Bereich der Prozesssimulation und -regelung (Spritzgießen, Pressen, Extrusion etc.). Zur Ermittlung dieser Stoffdaten werden Hochdruckdilatometer eingesetzt, die nach dem Kolben- oder Sperrflüssigkeitsprinzip arbeiten.
Das DKI verfügt über eine Kolben-pvT-Anlage (Abb. 1), die nach dem in Abbildung 2 dargestellten Messprinzip arbeitet. Die Probe befindet sich in einem beheiz- und kühlbaren Messzylinder mit bekanntem Innendurchmesser d. Über einen Druckstempel wird eine Kraft F aufgebracht, die in der Probe aufgrund der federnden Lagerung des Zylinders einen hydrostatischen Druck p erzeugt. Bei Änderung der Parameter Temperatur T und Druck p oder bei Phasenumwandlungen ändert sich das Volumen V, das eine Probe der Masse m einnimmt. Die Volumenänderung wird durch eine Stempelbewegung ausgeglichen und der dazu benötigte Verfahrweg des Stempels gemessen. Somit kann das spezifische Volumen einer Probe in Abhängigkeit von Druck und Temperatur ermittelt werden. Der zugängliche Messbereich umfasst Temperaturen von Raumtemperatur bis 420 °C und Drücke bis 200 MPa.
Die pvT-Messtechnik ermöglicht eine quantitative und qualitative Erfassung von Zustandsübergängen wie
Einfrieren, Aufschmelzen, Kristallisation, Glasübergänge und Umwandlungen höherer Ordnung sowie Phasentrennungs-
vorgänge. Anhand von pvT-Daten können quantitative Aussagen über Volumenänderungen, Änderungen der Kompressibilität oder der thermischen Ausdehnung getroffen werden. In Abbildung 3 sind beispielhaft pvT-Messwerte eines glasfaserverstärkten Polypropylens (PP-GF30) dargestellt, die durch isobares Abkühlen (Abkühlgeschwindigkeit 2,5 K/min) ermittelt wurden. Hierbei zeigt sich deutlich die Abhängigkeit der Übergangstemperaturen vom Druck.
Abb. 3: PvT-Diagramm eines glasfaserverstärkten Polypropylens (PP-GF30)
