Въведение
Индикаторите за фабричен контрол на качеството на полимерните материали обикновено включват температурата на топене, Tm, температурата на встъкляване, Tg, и индекса на течливост на стопилката, MFI. Можем ли обаче да сме сигурни, че можем да произведем надеждно нашия продукт и че производственият процес протича гладко и последователно, като се позоваваме само на тези показатели? Следващият случай показва, че отговорът на този въпрос не е непременно "да".
Клиент: Имам няколко партиди поликарбонат за предене на влакна и всички показатели за контрол на качеството на фабриката са последователни. Индексът на течливост на стопилката също е един и същ, така че смятам, че течливостта трябва да е постоянна. Има обаче проблеми по време на обработката. Някои партиди полимер могат да бъдат изпредени гладко, докато при други се наблюдава сериозно прекъсване на влакната и те не могат да образуват непрекъснато влакна.
Всички партиди имат еднакви стойности на МФИ. При този метод полимерната стопилка се екструдира през капилярна матрица при постоянна температура и скоростта, с която материалът преминава, се измерва за определено време (фигура 1, вляво), което дава представа за свойствата на потока на полимера. МФИ е представителен за вискозитета при еднократно срязване (фигура 1, дясно). Този метод на изпитване е подобен на капилярния реометър, но е ограничен до диапазон на скоростта на срязване small. Производствените процеси обаче, като екструдиране, шприцване, предене и др. се извършват при по-високи скорости на срязване от тези, характеризирани с метода MFI. Поради това резултатите от изпитването на MFI не могат да отразят напълно поведението на потока на материалите при различни техники на обработка (фигура 1, вдясно). В този момент е необходимо да се създаде крива на потока с по-широк диапазон от скорости на срязване за оценка на течливостта на полимерите в условията на обработка. Решението е да се използва капилярният реометър на Rosand. Поради това той е използван в това изследване за получаване на вискозитета при широк диапазон на скоростта на срязване, за да се разбере дали поведението между партидите се различава при тези по-високи скорости на срязване, които са от значение за преденето.
Условия за измерване
Условията за измерване са описани подробно в таблица 1.
Таблица 1: Условия на измерване
| Образец | Поликарбонат PC (основен компонент) |
|---|---|
| Режим на изпитване | Изпитване с постоянна скорост на срязване (крива на потока), единичен отвор |
| Температура | 260°C |
| Сензор за налягане | 10000 psi |
| Щанца | 1:16 |
*вече са известни модифицирани компоненти
Резултати от измерването
Фигура 2 показва резултатите от кривата на потока за две различни партиди поликарбонат при 260°C. И двете показват състояние на флуид, разреждащ се при срязване, с плато с нулево срязване, при което вискозитетът при срязване не се променя със скоростта на срязване; това е обратна връзка с вискозитета на пробата при ниски скорости на срязване. Тя може да се свърже с вътрешния вискозитет IV и съществува линейна зависимост между вискозитета при нулево срязване и IV. Тези две партиди от пробата имат еднакъв вискозитет при нулево срязване. Диапазонът на скоростта на срязване за изпитване на МФИ е точно в рамките на платото на вискозитета при нулево срязване, така че това обяснява, че клиентът не е наблюдавал разлика в МФИ между двете партиди проби. Въпреки това, с увеличаването на скоростта на срязване се наблюдава значителна разлика в поведението на срязване при разреждане. Вискозитетът на партида 1 намалява бавно с увеличаване на скоростта на срязване, докато вискозитетът на партида 2 намалява бързо. Според параметрите на обработката, като форма на матрицата, размер на матрицата и обемна скорост на потока, предоставени от клиента, е изчислено, че скоростта на срязване в обекта на клиента е приблизително 1300 s-1. Както е показано на фигура 2, може да се види, че въпреки че резултатите от МФИ са едни и същи, има значителна разлика във вискозитета при срязване при 1300 s-1 (синята линия), което обяснява проблемите с обработката на клиента. Тъй като те са използвали едни и същи условия на обработка, двете партиди са се държали доста различно, което е довело до счупвания и др.
Вътрешният вискозитет (IV) описва способността на полимера да увеличава вискозитета на разтворителя [1]. Измерва се чрез определяне на относителния вискозитет на няколко полимерни разтвора при различни концентрации [2]. Вътрешният вискозитет на полимера е тясно свързан с неговото молекулно тегло.
Заключение
Индексът на течливост на стопилката (MFI) не отразява течливостта на полимерните материали по време на обработката, тъй като е ограничен до тесен диапазон на скоростта на срязване. За разлика от него, тестовете с капилярен реометър на Rosand генерират криви на потока в по-широк диапазон от скорости на срязване, предлагайки ценна информация за потенциални проблеми при обработката на полимерни материали. В резултат на това този реометър служи като важен инструмент за контрол на качеството и оптимизиране на условията на обработка.