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VDD-Seminar 04.2015: Ein Tropfengenerator für hochviskosen und visko- elastischen Flüssigkeiten

Der Verein Deutscher Druckingenieure (VDD) bietet zusammen mit dem Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren (IDD) der Technischen Universität Darmstadt und dem Fachverband Druck & Medien (FDM) Seminare an, in dem Themenbereiche der „Grafischen Druckindustrie" vertieft werden. Nach einem ca. 40 minütigen Vortrag schließt sich meist eine sehr rege Diskussion an.

Tintenstrahldruck ist eine Schlüsseltechnologie im Bereich der definierten Polymerabscheidung. Der Einsatz dieser Technologie lässt sich in vielen Bereichen finden, z.B. in der Herstellung von PLED, in dem 3D-Drucken von Keramik, sowie in der Wirkstofffreisetzung in den medizinischen Anwendungen.
Viskoelastische Tropfen aus Polymer-Lösungen werden typischerweise durch Drop-on- Demand-Tintendrucker (DOD) und Continuous-Ink-Jet-Drucker (CIJ) erzeugt. Die anwendbaren Relaxationszeiten sind 100 μs beim Piezo-Drucker DOD, 2,4 ms beim CIJ, und 15 ms beim BubbleJet-Drucker DOD. In den beiden DOD nimmt die Geschwindigkeit des Tropfens mit der zunehmenden Relaxationszeit stark ab.
Die Tropfenerzeugung von viskoelastischen Flüssigkeiten ist auch ein wichtiges Thema für die Untersuchung in Sprühtrocknung, wobei die Flüssigkeiten, meist Lösungen oder Suspensionen, eine hohe Viskosität oder hohe Viskoelastizität haben, z.B. kondensierte Kuhmilch.
In einem Sprühtrockner kommt es besonders im Nahbereich des Zerstäubers aufgrund der hohen Tropfenkonzentration mit hoher Wahrscheinlichkeit zu binärer Tropfenkollisionen. Dadurch wird das Tropfengrößenspektrum maßgeblich beeinflusst. Um die Kollisionsergebnisse für hochviskose und viskoelastische Flüssigkeiten auf experimenteller Basis zu erweitern, wurde ein Tropfengenerator, HiDrip, zusammen mit Firma Inducap entwickelt.
Der Tropfenerzeuger ist für Scherviskositäten von 116 mPa∙s bis 729 mPa∙s einsetzbar. Für eine viskoelastische Flüssigkeit mit einer Scherviskosität von 4,5 mPa∙s und einer Relaxationszeit von 2,4 ms ist der Tropfengenerator funktionsfähig. Bei einer wesentlich höheren Relaxationszeit von 42 ms erfolgte keine saubere Abtrennung der Tropfen. Die Geschwindigkeiten der Tropfen sind ~ 2.3 m/s; die Frequenzen des Tropfens in einer Tropfenkette sind 50 ~ 100 Hz; die Durchmesser der Tropfen betragen 1.4 – 2,0 mm.
Anschließend wurden Tropfenkollisionen hochviskosen Flüssigkeiten durchgeführt, und die Grenze zwischen Koaleszenz und dehnender Separation wurde sichergestellt. Das beobachtete typische Kollisions-Szenario für viskoelastische Tropfen wurde als „Beads- on-string" bezeichnet.
www.tu-darmstadt.de

 

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