Ziel

Bei Herstellung, Verarbeitung oder Gebrauch sind Flüssigkeiten oft komplexen Strömungsfeldern ausgesetzt. Diese enthalten Dehnkomponenten insbesondere dann, wenn die Strömung stark kontrahiert oder umgelenkt wird wie z.B. beim Filtrieren, in bestimmten Pumpen -Typen oder bei industriellen Hochgeschwindigkeits - Beschichtungsverfahren. Die Bildung von Aggregaten in mehrphasigen Fluiden, die solchen Belastungen ausgesetzt sind, nennt man strömungsinduzierte Koagulation oder Agglomeration. Der Ringschlitz -Test wurde speziell entwickelt, um die Stabilität von Dispersionen oder Suspensionen in konvergenten Strömungen zu charakterisieren, wobei die Aggregate gleichzeitig erzeugt und „detektiert“ werden. 

Messprinzip

Die Ringschlitz - Düse wird an die Vorratskammer eines Kapillarviskosimeters angebracht. Die Probe wird bei konstantem Volumenstrom durch den ringförmigen Spalt zwischen Wand und Boden der zylindrischen Probenkammer extrudiert. Der sich hierbei aufbauende Druck wird als Funktion der Zeit bzw. der extrudierten Menge erfasst. Wenn die Dispersion stabil ist, stellt sich ein konstanter vergleichsweise geringer Druck ein, der von der Viskosität der jeweiligen Probe bestimmt wird. In diesem Fall verhält sich das Gerät wie ein Kapillarviskosimeter mit dem Scherraten bis zu 2 10⁶ s^-1 erreicht werden können. Wenn die Dispersion jedoch nicht stabil ist, steigt der Extrusionsdruck mit der Zeit stark an, weil sich der Spaltquerschnitt durch die Agglomerate, die in der stark konvergenten Strömung (90° - Umlenkung und Kontraktion der Stromlinien) am Spalteintritt entstehen, sukzessive verringert. Der Volumenstrom kann in einem weiten Bereich variiert werden und damit den typischen Anforderungen des jeweils zu betrachtenden technischen Vorgangs angepasst werden.
 

Abbildung 1: Schematische Konfiguration des Ringspalt-Apparates (links), Dehnströmung am Spalteintritt (rechts oben) und typische Druck-gg.-Zeit-Kurven (rechts unten).

Spezifikationen

Anwendungen

• Filtrieren und Pumpen von Dispersionen und Suspensionen
• Ringleitungsstabilität von Farben und Lacken
• Strömungsinduzierte Agglomeration von Streichfarben und Klebstoff-Dispersionen bei der Hochgeschwindigkeitsbeschichtung

Gutes bzw. schlechtes Laufverhalten beziehen sich auf Beschichtungsversuche mit einem festem Rakel bei einer Bahngeschwindigkeit von 1600 m/min und einem Auftragsgewicht von 7 g/m2.

Abbildung 2: Strömungsinduzierte Aggregation und Beschichtungsverhalten von Papierstreichmassen. Schlechtes Beschichtungsverhalten heißt hier Ablagerung von Agglomeraten am Rakel und schneller Anstieg des Rakeldrucks.

Literatur

1. Runnability and Flow-induced Aggregation of Paper Coating Colors,
   R. Ettl, V. Schädler, N. Willenbacher, Nordic Pulp and Paper Res. J., 5, 2000