| Published: 

عندما لا تكفي قيم MFI: مقياس الانحدار الشعري من روزاند

مقدمة

تتضمن مؤشرات مراقبة الجودة في المصنع لمواد البوليمر عادةً درجة الانصهار، Tm، ودرجة حرارة التحول الزجاجي، Tg، ومؤشر التدفق الذائب، MFI. ومع ذلك، هل يمكننا أن نكون واثقين من قدرتنا على إنتاج منتجنا بشكل موثوق وأن عملية الإنتاج تسير بسلاسة واتساق بالرجوع إلى هذه المؤشرات فقط؟ توضح الحالة التالية أن الإجابة على هذا السؤال ليست بالضرورة نعم.

زبون: لديّ عدة دفعات من البولي كربونات لغزل الألياف، وجميع مؤشرات مراقبة الجودة في المصنع متسقة. مؤشر التدفق الذائب هو نفسه أيضًا، لذا أعتقد أن قابلية التدفق يجب أن تكون متسقة. ومع ذلك، هناك مشاكل أثناء المعالجة. يمكن غزل بعض دفعات البوليمر بسلاسة، بينما أظهرت دفعات أخرى تكسرًا خطيرًا في الألياف ولا يمكن أن تشكل أليافًا باستمرار.

جميع الدفعات لها نفس قيم MFI. في هذه الطريقة، يتم بثق ذوبان البوليمر من خلال قالب شعري عند درجة حرارة ثابتة، ويتم قياس معدل تدفق المادة خلال فترة زمنية محددة (الشكل 1، يسار)، مما يوفر نظرة ثاقبة لخصائص تدفق البوليمر. يمثل MFI لزوجة القص أحادية النقطة (الشكل 1، يمين). تتشابه طريقة الاختبار هذه مع مقياس الانسيابية الشعرية، ولكنها تقتصر على نطاق معدل القص small. ومع ذلك، يتم تنفيذ عمليات الإنتاج مثل البثق والقولبة بالحقن والغزل وما إلى ذلك بمعدلات قص أعلى من تلك التي تتميز بها طريقة MFI. ولذلك، لا يمكن أن تعكس نتائج اختبار طريقة MFI بشكل كامل سلوك تدفق المواد في ظل تقنيات المعالجة المختلفة (الشكل 1، يمين). في هذه المرحلة، من الضروري إنشاء منحنى تدفق مع نطاق أوسع من معدلات القص لتقييم قابلية تدفق البوليمر في ظروف المعالجة. ويتمثل الحل في استخدام مقياس الانسياب الشعري Rosand. لذلك، تم استخدامه في هذه الدراسة للحصول على لزوجة القص على نطاق معدل قص واسع لفهم ما إذا كان السلوك بين الدفعات يختلف عند معدلات القص الأعلى ذات الصلة بالغزل.

1) هيكل محلل مؤشر الذوبان (يسار)؛ نطاق معدل القص لتقنيات المعالجة المختلفة (يمين)

شروط القياس

شروط القياس مفصلة في الجدول 1.

الجدول 1: شروط القياس

العينةالبولي كربونات PC (المكون الرئيسي)
وضع الاختباراختبار معدل القص الثابت (منحنى التدفق)، تجويف واحد
درجة الحرارة260°C
مستشعر الضغط10000 رطل لكل بوصة مربعة
القالب1:16

*المكونات المعدلة معروفة الآن

نتائج القياس

يُظهر الشكل 2 نتائج منحنى التدفق لدفعتين مختلفتين من البولي كربونات عند درجة حرارة 260 درجة مئوية. يُظهر كلاهما حالة مائع مرقق بالقص مع هضبة قص صفرية، حيث لا تتغير لزوجة القص مع معدل القص؛ وهذا هو التغذية المرتدة من لزوجة العينة عند معدلات القص المنخفضة. ويمكن ربطها باللزوجة الجوهرية IV، وهناك علاقة خطية بين اللزوجة عند معدل القص الصفري واللزوجة IV. هاتان الدفعتان من العينة لهما نفس لزوجة القص الصفري. ويقع نطاق معدل القص لاختبار معدل اللزوجة المتوسطة الأمد ضمن هضبة اللزوجة الصفرية القص بالضبط، وهذا ما يفسر عدم ملاحظة العميل اختلافًا في معدل اللزوجة المتوسطة الأمد بين دُفعتَي العينة. ومع ذلك، مع الزيادة في معدل القص، هناك اختلاف كبير في سلوك التخفيف بالقص. انخفضت لزوجة الدفعة 1 ببطء مع زيادة معدل القص، بينما انخفضت لزوجة الدفعة 2 بسرعة. ووفقًا لمعلمات المعالجة مثل شكل القالب وحجم القالب ومعدل التدفق الحجمي التي قدمها العميل، يُقدر معدل القص في موقع العميل بحوالي 1300 ثانية-1. كما هو مبين في الشكل 2، يمكن ملاحظة أنه على الرغم من أن نتائج MFI هي نفسها، إلا أن هناك اختلافًا كبيرًا في لزوجة القص عند 1300 ث-1 (الخط الأزرق)، وهو ما يفسر مشاكل المعالجة لدى العميل. نظرًا لأنهم كانوا يستخدمون نفس ظروف المعالجة، فقد كان سلوك الدفعتين مختلفًا تمامًا مما أدى إلى حدوث كسور، وما إلى ذلك.

2) نتيجة اختبار منحنى التدفق لدفعتين من عينة PC

تصف اللزوجة الجوهرية (IV) قدرة البوليمر على زيادة لزوجة المذيب [1]. يتم قياسها عن طريق تحديد اللزوجة النسبية للعديد من محاليل البوليمر بتركيزات مختلفة [2]. ترتبط اللزوجة الجوهرية للبوليمر ارتباطًا وثيقًا بوزنه الجزيئي.

الخاتمة

لا يلتقط مؤشر التدفق الذائب، MFI، سلوك تدفق مواد البوليمر أثناء المعالجة، حيث إنه يقتصر على نطاق معدل قص ضيق. وعلى النقيض من ذلك، تولد الاختبارات باستخدام مقياس الانسياب الشعري Rosand منحنيات تدفق على نطاق أوسع من معدلات القص، مما يوفر رؤى قيمة حول مشكلات المعالجة المحتملة لمواد البوليمر. ونتيجة لذلك، يعمل مقياس الانسيابية هذا كأداة حاسمة لمراقبة الجودة وتحسين ظروف المعالجة.

Literature

  1. [1]
  2. [2]