Потапяне в основите на реологията на термопластите

Реологията е наука за изучаване на теченето и деформацията на материалите, чиито корени се коренят в законите за еластичност и вискозитет, предложени от Хук и Нютон в края на ^XVII век. Термопластичните полимерни стопилки се използват широко в много съвременни промишлени процеси за производство на множество предмети. Полимерите се използват, тъй като са сравнително евтини за оформяне на сложни форми в разтопено състояние. Необходимо е обаче да разберем как те текат при обработката им [1].

Фактори, оказващи влияние върху поведението на полимера при теч

Полимерите са сложни материали за реологично характеризиране, тъй като има много фактори, които влияят върху свойствата им на течливост. Примери за фактори, които оказват влияние върху поведението на потока, могат да бъдат температурата на обработка, скоростта на потока, времето на престой и др.

Освен това реологичните свойства на полимерите са между тези на течност и твърдо тяло. Това води до зависимост на свойствата на потока от времето и други важни характеристики, някои от които са разгледани по-долу [1].

Важни реологични свойства на полимерите

Добре известно е, чевискозитетът на стопилката е в критична зависимост от температурата. Чрез понижаване на температурата на матрицата, докато произвежданият детайл придобие матов завършек, инженерът може да научи минималната температура (следователно и максималния вискозитет на смолата), при която процесът може да се изпълнява, без да се появят дефекти по повърхността. Намаляването на температурата на матрицата спестява енергия и може да намали времето на цикъла, така че разбирането на температурната зависимост на вискозитета на стопилката е много полезно.

Известно е, че при екструдиране полимерните стопилки набъбват в матрицата . Това явление се проявява като увеличаване на диаметъра на екструдата след излизане от матрицата. Размерът на набъбването на матрицата е свързан с размера на еластичната деформация на материала на входа на матрицата. Друг факт, който трябва да се вземе предвид, е, че степента на набъбване на матрицата (по-точно набъбване на екструдата) зависи от дължината на матрицата, когато материалът се екструдира при постоянна производителност. С други думи, полимерните стопилки показват зависимост от времето, тъй като материалът забравя еластичната деформация, приложена на входа на матрицата, колкото повече време материалът прекарва в матрицата, толкова по-малко е набъбването на матрицата.

Еластичността на стопилката може също така да има дълбоки последици за много други полимерни процеси, като например:

• Издуване, при което дебелината на стената на издутия компонент зависи от степента на набъбване, настъпила по време на процеса на екструдиране преди затварянето на формата.
• Вакуумно формоване или термоформоване, при които полимерът трябва да поддържа определена степен на еластичност, за да се предотврати провисването на материала, преди той да бъде изтеглен с вакуум над матрицата за студено формоване. Ако материалът няма достатъчна еластичност, има вероятност да влезе в контакт с охладената матрица, преди да бъде приложен вакуумът или налягането [1].

Как да характеризираме поведението на потока на полимерната стопилка

Свойствата на полимерите при обработка зависят също така от концентрацията на смазочни материали, пластификатори, пълнители и други компоненти в обработваното съединение. От това кратко въведение може да се прецени, че правилното характеризиране на поведението на потока на полимерната стопилка вероятно ще изисква сложна и универсална апаратура.

От гледна точка на реолога поведението на полимерната течност може удобно да се раздели на три компонента: Потоци на срязване и разтягане, които се характеризират със съответните вискозитети, и еластично поведение, което се характеризира с измерване на коефициентите на модул или набъбване [1].

Правилното оборудване е от ключово значение

За пълното характеризиране на даден материал са необходими уреди, които могат да извлекат тези параметри при различни температури и скорости на срязване/разтягане. Съвременната лабораторна апаратура за реологични изпитвания може да се раздели на две големи категории - ротационни реометри Kinexus и капилярни реометри Rosand. Освен това апаратурата за термичен анализ, като диференциална сканираща калориметрия, динамичен механичен анализ и термомеханичен анализ, също позволява да се получи ценна информация за свойствата на материалите.

В следващата статия ще научите как нашият ротационен реометър Kinexus може да се използва за характеризиране на термопласти.

Източник

[1] Реологично изпитване на полимери и определяне на свойствата им с помощта на ротационни реометри и капилярни екструзионни реометри (azom.com)

Благодарим на д-р Боб Марш (бивш служител на Malvern Panalytical) като оригинален автор на тази статия!