Въведение
Индексът на течливост на стопилката (MFI, обозначаван също като MFR, melt flow rate) е популярен метод за измерване на течливостта на термопластичните полимери при определени условия. Той определя количеството на потока на полимерната стопилка през стандартна матрица за 10 минути при определена температура и натоварване. Изпитването на индекса на разтопяване, MI, дава информация за поведението на потока на полимерните материали за скорости на срязване, които може да не са от значение за преработката (вж. нашата бележка за приложение 329 [1]). Кривата на потока в широк диапазон на скоростта на срязване, получена с капилярния реометър на Rosand, осигурява теоретична подкрепа за неблагоприятното поведение на полимерните материали по време на обработката, заедно с насоки за контрол на качеството на полимерните материали и регулиране на обработката.
Представете си следния сценарий:
Клиентът: Имам няколко партиди полимерни материали и всички показатели при фабричния контрол на качеството са постоянни. Кривата на потока е една и съща, така че течливостта би трябвало да е постоянна. Отзивите на клиентите надолу по веригата обаче показват, че има проблеми по време на обработката. Някои партиди полимерни материали могат да бъдат нормално издути, докато при други се наблюдава сериозно разкъсване при едни и същи условия на издуване (температура, налягане, скорост на въздушния поток и др.), което води до сериозна неефективност и загуба.
Това се дължи на процеса на издуване. Процесът на издуване се състои от три основни стъпки, както е показано на фигура 1:
- Формиране на парафина: Суровият материал се преработва във форма за издуване (инжектиране или екструдиране) и след това се поставя във формата за издуване.
- Формоване чрез издухване: Сгъстеният въздух се впръсква в парчето, за да се издуе плътно до стената на формата.
- Охлаждане на продукта: Налягането се поддържа, докато продуктът се охлади и стегне.
По време на втория етап на издуване материалът проявява поведение на поток на опън, а не на срязване, така че кривата на потока на вискозитета на срязване не може да се използва за пълна оценка на поведението при издуване. Тук е необходим вискозитет на разтягане.
Условия за измерване - Модел на Когсуел
С помощта на нашия капилярен реометър Rosand можем да получим едновременно вискозитет на срязване и вискозитет на опън. Когато полимерната стопилка попадне в дългата матрица, тя е подложена на сили на срязване и на опън, но когато стопилката попадне в нулевата матрица, тя е подложена само на сила на опън, както е показано на фигура 2. В този случай можем да изчислим вискозитета на разтягане както от дългата матрица, така и от нулевата матрица в съответствие с модела на конвергентния поток на Когсуел, който може да се използва за оценка на поведението на разтягане по време на обработката - включително по време на издуване, центрофугиране и двуосно формоване на разтягащ се филм.
Моделът на Когсуел е следният:
Проба от ABS гранули (фигура 3) беше изследвана при условията на измерване, описани в таблица 1.
Таблица 1: Условия за измерване
| Инструмент | Двуканален капилярен реометър Rosand |
| Проба | ABS (основен компонент, модифицирани компоненти са неизвестни) |
| Температура | 210°C |
| Сензор за налягане | 1000 psi (ляво); 5000 psi (дясно) |
| Щанца | 1:16 (ляво); 1:0,25 (дясно) |
| Режим на изпитване | Изпитване с постоянна скорост на срязване, двоен отвор (използвайте нулева матрица, за да получите вискозитет на удължаване) |
Резултати от измерването
С NETZSCH Двуканален капилярен реометър на Rosand могат да се получат едновременно вискозитет на срязване и вискозитет на разтягане. На фигура 4 са показани резултатите от общата крива на потока на вискозитета на срязване за две различни партиди от ABS проба при 210°C. Кривите на вискозитета на срязване са почти идентични; стойността на вискозитета при определена скорост на срязване е последователна, както и степента на изтъняване при срязване. Двете партиди обаче показват различни възможности за издуване. Партида № 1 е предразположена към разкъсване при издуване при същите условия на обработка. В кривата на потока на вискозитета при срязване тези две проби не показват разлика. Това се дължи на факта, че издуването е форма на обработка, която включва повече поведение на разтягане. Така че общата крива на потока на вискозитета на срязване не е достатъчна за пълната оценка на тази технология на обработка.
На фигура 5 са показани резултатите от разтегливата крива на вискозитета за две партиди от пробата ABS при 210°C. Въпреки че вискозитетът на срязване е напълно еднакъв, вискозитетът на разтягане показва голяма разлика. Образец № 1 показва по-висок общ вискозитет на разтягане от образец № 2 и това е причината образец № 1 да е склонен към разрушаване по време на издуването. По-високият вискозитет на разтягане прави материала по-труден за деформиране при същите условия, което означава, че материалът е по-еластичен и скоростта на удължаване е по-лоша. Така че по време на процеса на издуване слабата скорост на удължаване прави материала лесен за разрушаване. Разликата между вискозитетите на разтягане може да бъде повлияна от различното поведение на разклоняване и кристализация (еднородност на неорганичните пълнители, което може да повлияе на скоростта на зародиш на полимерите при конкретната температура и т.н.) на образците.
Заключение
Кривата на потока на вискозитета на срязване понякога не може да отрази напълно поведението на потока на полимерните материали по време на определена обработка, ако тази обработка включва разтягане, като например формоване с издухване, предене или двуосно разтягане при формиране на филм. Капилярният реометър с два отвора NETZSCH Rosand може да осигури едновременно криви на потока на вискозитета на срязване и на разтегливост в рамките на едно изпитване, а вискозитетът на разтегливост може да помогне за оценка на поведението на разтягане по време на тези процеси, като по този начин дава насоки за контрол на качеството на полимерните материали и за регулиране на обработката.