عندما لا تكون منحنيات تدفق لزوجة القص غير كافية: لزوجة الامتداد

مقدمة

يعد مؤشر التدفق الذائب (MFI، ويسمى أيضًا MFR، معدل التدفق الذائب) طريقة شائعة لقياس قابلية تدفق البوليمرات اللدائن الحرارية في ظل ظروف محددة. ويحدد مقدار تدفق ذوبان البوليمر من خلال قالب قياسي في 10 دقائق تحت درجة حرارة وحمل محددين. ينتج عن اختبار مؤشر الذوبان MI معلومات حول سلوك تدفق مواد البوليمر لمعدلات القص التي قد لا تكون ذات صلة بالمعالجة (انظر الملاحظة التطبيقية 329 [1]). يوفر منحنى تدفق نطاق معدل القص العريض الذي تم الحصول عليه باستخدام مقياس الانسياب الشعري Rosand دعمًا نظريًا للسلوك السلبي لمواد البوليمر أثناء المعالجة، إلى جانب إرشادات لمراقبة جودة مواد البوليمر وتعديل المعالجة.

تخيل السيناريو التالي:
العميل: لديّ عدة دفعات من مواد البوليمر، وجميع المؤشرات في مراقبة الجودة في المصنع متسقة. منحنى التدفق هو نفسه، لذا يجب أن تكون قابلية التدفق متسقة. ومع ذلك، تظهر ملاحظات العملاء النهائية أن هناك مشاكل أثناء المعالجة. يمكن أن تكون بعض دفعات البوليمر مصبوبة بالنفخ بشكل طبيعي، بينما أظهرت دفعات أخرى كسرًا خطيرًا في النفخ تحت نفس ظروف النفخ (درجة الحرارة، والضغط، ومعدل تدفق الهواء، وما إلى ذلك)، مما يتسبب في عدم كفاءة وهدر خطير.

ويرجع ذلك إلى عملية التشكيل بالنفخ. تتكون عملية التشكيل بالنفخ من ثلاث خطوات أساسية كما هو موضح في الشكل 1:

• تشكيل الباريسون: تتم معالجة المادة الخام إلى باريسون مقولب (حقن أو بثق)، ثم يتم وضع الباريسون في قالب التشكيل بالنفخ.
• التشكيل بالنفخ: يتم حقن الهواء المضغوط في الباريسون لنفخه بإحكام على جدار القالب.
• تبريد المنتج: يتم الحفاظ على ضغط النفخ حتى يبرد المنتج ويثبت.

خلال خطوة التشكيل بالنفخ الثانية، تُظهر المادة سلوك تدفق الشد بدلًا من تدفق القص، لذلك لا يمكن استخدام منحنى تدفق لزوجة القص لتقييم سلوك التشكيل بالنفخ بشكل كامل. هنا، هناك حاجة إلى لزوجة التمديد.

شروط القياس - نموذج كوجزويل - كوجزويل

يمكننا الحصول على لزوجة القص ولزوجة الشد في نفس الوقت عن طريق مقياس الانسيابية الشعرية من روزاند. عندما يدخل ذوبان البوليمر في القالب الطويل، فإنه يتعرض لقوتي القص والشد معًا، ولكن عندما يدخل الذوبان في القالب الصفري، فإنه يتعرض لقوة الشد فقط كما هو موضح في الشكل 2. في هذه الحالة، يمكننا حساب لزوجة التمدد من كل من القالب الطويل والقالب الصفري وفقًا لنموذج التدفق المتقارب Cogswell، والذي يمكن استخدامه لتقييم سلوك التمدد أثناء المعالجة - بما في ذلك أثناء التشكيل بالنفخ والغزل وتشكيل غشاء التمدد ثنائي المحور.

نموذج كوجزويل هو كالتالي:

تم فحص عينة من حبيبات ABS (الشكل 3) في ظل ظروف القياس المفصلة في الجدول 1.

الجدول 1: شروط القياس

نتائج القياس

يمكن الحصول على لزوجة القص ولزوجة التمديد في نفس الوقت باستخدام مقياس الانسيابية الشعرية ثنائي التجويف NETZSCH Rosand، حيث يمكن الحصول على لزوجة القص ولزوجة التمديد في نفس الوقت. يوضح الشكل 4 نتائج منحنى تدفق لزوجة القص المشتركة لدفعتين مختلفتين من عينة ABS عند درجة حرارة 210 درجة مئوية. كانت منحنيات لزوجة القص متطابقة تقريبًا؛ فقيمة اللزوجة عند معدل قص محدد ثابتة، وكذلك درجة ترقق القص. ومع ذلك، أظهرت الدفعتان قدرات مختلفة في التشكيل بالنفخ. كانت الدفعة رقم 1 عرضة لتكسر النفخ في ظل ظروف المعالجة نفسها. في منحنى تدفق لزوجة القص، لم تُظهر هاتان العينتان أي اختلاف. ويرجع ذلك إلى أن القولبة بالنفخ هي شكل من أشكال المعالجة التي تنطوي على سلوك أكثر تمددًا. لذا، لم يكن منحنى تدفق لزوجة القص المشترك كافيًا لتقييم تقنية المعالجة هذه بشكل كامل.

يُظهر الشكل 5 نتائج منحنى تدفق لزوجة التمديد لدفعتين من عينة ABS عند درجة حرارة 210 درجة مئوية. على الرغم من أن لزوجة القص متماثلة تمامًا، إلا أن لزوجة التمديد أظهرت اختلافًا كبيرًا. أظهرت العينة رقم 1 لزوجة تمديد أعلى من العينة رقم 2، وهذا هو السبب في أن العينة رقم 1 كانت عرضة للانهيار أثناء عملية النفخ. إن لزوجة التمديد الأعلى تجعل المادة أكثر صعوبة في التشوه في ظل نفس الظروف، مما يعني أن المادة أكثر مرونة، ومعدل الاستطالة أسوأ. لذا، أثناء عملية القولبة بالنفخ، فإن معدل الاستطالة الضعيف يجعل من السهل تكسير المادة. يمكن أن يتأثر الاختلاف بين لزوجة التمديد باختلاف سلوكيات التفرع والتبلور (توحيد الحشوات غير العضوية، والتي قد تؤثر على معدل تنوي البوليمرات تحت درجة الحرارة المحددة، وما إلى ذلك) للعينات.

الخاتمة

لا يمكن أن يعكس منحنى تدفق لزوجة القص في بعض الأحيان سلوك تدفق مواد البوليمر أثناء معالجة معينة، إذا كانت المعالجة المذكورة تتضمن سلوك التمدد مثل التشكيل بالنفخ أو الغزل أو تشكيل غشاء التمدد ثنائي المحور. يمكن أن يوفر مقياس الانسيابية الشعرية ثنائي التجويف NETZSCH Rosand مزدوج التجويف مقياس الانسيابية الشعرية منحنيات تدفق لزوجة القص والتمدد في وقت واحد في اختبار واحد، ويمكن أن تساعد لزوجة التمديد في تقييم سلوك التمدد أثناء هذه العمليات، وبالتالي توفير التوجيه لمراقبة جودة مواد البوليمر وتعديل المعالجة.