Въведение
Скоростта на срязване, която е от значение за реологичните измервания, зависи от приложението. При бърз процес като пръскането, при който материалът се изтласква бързо през отвора, се използват високи скорости на срязване до 100 000 s-1. Напротив, екструдирането на полимер, който има много по-висок вискозитет, се извършва при значително по-ниски скорости; обикновено те са над 1000 пъти по-ниски. Още по-ниски скорости на срязване се използват за описване на много бавни процеси като изравняване.
Версии на реометъра
Изборът на реометър зависи от необходимата скорост на срязване. Докато Kinexus, като ротационен реометър, е инструментът, който се избира за измерване в диапазона на ниските скорости на срязване, ще се работи с капилярен реометър на Rosand, за да се постигнат високи скорости на срязване до 1 000 000 s-1.
По-долу е получена кривата на вискозитета на материал от полипропилен в продължение на почти 7 десетилетия. За целта се използват както ротационен реометър NETZSCH Kinexus, така и капилярен реометър NETZSCH Rosand (вж. условията на измерване в таблица 1).
Таблица 1: Условия за измерване
| Инструмент | Kinexus |
|---|---|
| Проба | Полипропилен |
| Геометрия | плоча-пластина, диаметър: 25 mm |
| Температура | 190°C |
| Пролука за измерване | 1 mm |
| Честота | 10-3 до 10 Hz |
| Напрежение на срязване | 1,000 Pa |
| Инструмент | Rosand |
|---|---|
| Температура | 190°C |
| Капилярна матрица | Диаметър: 1 mm и 0,5 mm, Дължина: 16 mm |
| Нулева матрица | Диаметър: 1 mm и 0,5 mm, дължина: 0,25 mm |
| Капилярна страна на датчика за налягане | 10,000 Psi (689.5 bar) |
| Преобразувател на налягане от нулевата страна | 1,500 Psi (103,4 bar) |
Забележки относно условията на измерване
- Ротационен реометър Kinexus
Извършено е измерване на честотата, а не, както може да се предположи, измерване на ротацията. Тук беше използвано правилото на Кокс-Мерц, което гласи, че за ненапълнени полимери комплексният вискозитет при срязване спрямо честотата дава същите стойности като вискозитета при срязване спрямо скоростта на срязване. Предимството на измерванията на осцилации пред измерванията на ротация е, че материалът се измерва в покой. По този начин полимерът не е подложен на центробежни сили и няма да избяга от междината, както може да се случи при ротационни измервания при високи скорости на срязване. Повече информация по тази тема ще намерите в Приложни бележки 236 и 243 [1, 2]. - Капилярен реометър на Rosand
С матрицата с диаметър 1 mm се постигат скорости на срязване до 10 000 s-1, докато с матрицата с диаметър 0,5 mm се постигат по-високи скорости на срязване.
Резултати от измерването
На фигура 1 е представена съставната вискозитетна крива на полипропилена, измерена с ротационен и капилярен реометър. В диапазона на ниските скорости на срязване материалът показва нютоново поведение: Вискозитетът при срязване не зависи от скоростта на срязване. В това плато с нулево срязване вискозитетът на срязване възлиза на 4400 Pa-s.
При по-високи скорости на срязване полимерът се разрежда при срязване: Вискозитетът му при срязване намалява с увеличаване на скоростта на срязване. В този диапазон приложеното напрежение на срязване е достатъчно високо, за да разплете полимерните вериги. Те могат да се плъзгат една срещу друга, улеснявайки теченето и обяснявайки намаляването на вискозитета на срязване.
Заключение
С тази уникална комбинация от измервания с ротационен и капилярен реометър, предлагана от NETZSCH, се постигат много широки диапазони на скоростта на срязване. Това е важно например за полимерите, тъй като поведението им силно зависи от скоростта на срязване, на която са подложени.