Капилярна реология на термопластиците: Преглед

Термопластите могат да се характеризират с помощта на ротационния реометър Kinexus, когато се изисква да се получи информация за молекулярната структура и как тя влияе върху характеристиките на обработката. Това може да се изследва допълнително с капилярен реометър Rosand. Прочетете повече по-долу!

Как работи капилярният реометър?

Капилярните реометри за високо налягане притежават цилиндър с контролирана температура, включващ един или повече прецизни отвори, снабдени с капилярни матрици на изхода. Преобразувателите на налягането на стопилката са монтирани непосредствено над матриците, за да регистрират спада на налягането при екструдирането на полимерната стопилка през матриците при програмирани скорости на потока. Чрез използването на капилярна матрица и матрица с "отвор" или с "нулева дължина" вискозитетът на срязване и екстензия на полимерната стопилка може да се определя едновременно спрямо скоростите на срязване и екстензия.

Налични са допълнителни принадлежности за регистриране на набъбването на матрицата с помощта на лазерно сканиране и/или за регистриране на силата на разтопяване на екструдата чрез преминаване на полимерната нишка през серия от контролирани по скорост ролки и регистриране на силата (напрежението на разтопяване) като функция на скоростта на изтегляне [1].

Искате ли да видите демонстрация на живо на капилярния реометър на Rosand? Гледайте нашето видео тук!

Капилярни реометри = по-високи скорости на срязване

Обикновено капилярните реометри се използват за измерване на свойствата на стопилката при по-високи скорости на срязване в сравнение с ротационните реометри, което позволява определяне на поведението на потока при типични условия на обработка. Особено важно съображение е възможността за измерване на екстензионните (удължаващи) свойства при по-високи скорости на разтягане в сравнение с други техники и, което е по-важно, при скорости на разтягане, срещани на технологичната линия.

На фигури 1 и 2 са показани както данни за срязване, така и данни за разтягане, което илюстрира един важен и често пренебрегван момент: Два полимера могат да имат почти идентично поведение на потока при срязване, но могат да проявяват значително различни свойства при разтягане. Както беше отбелязано по-рано, много полимерни процеси (предене на влакна, издуване) са по същество екстензионни процеси и затова определянето на екстензионния вискозитет е по-важно от измерването на вискозитета на срязване [1].

Изследване на поведението при обработка на термопластични материали

В допълнение към определянето на реологичните свойства на материалите, капилярните реометри често се използват за изследване на поведението при обработка: Два примера включват определяне на областите на нестабилност на потока и измерване на приплъзването на стената или критичното напрежение.

Нестабилност на потока

Нестабилността на потока обикновено е резултат от напрежение на опън, когато стопилката преминава от large сечение към по-малко. Ако напрежението на опън стане large достатъчно, стопилката се разкъсва. Ефектът от разрушаването на стопилката става по-слабо забележим с увеличаване на дължината на матрицата и с повишаване на температурата на матрицата. Увеличаването на дължината на матрицата потиска ефекта от промените в напречното сечение на входа на матрицата, докато увеличаването на температурата намалява вискозитета и напрежението при една и съща скорост на срязване. В капилярен реометър областта на разкъсване на стопилката се разкрива като редовна осцилация на сигнала за налягането на стопилката, както е показано по-долу. Разтопената стопилка ефективно се разкъсва и след това се реформира, като съседните елементи са имали различна екстензионна история и следователно ще набъбнат по различен начин при излизане от матрицата [1].

Състояние на пръчката

Основно допускане при изчисляване на реологичните свойства с капилярен реометър е, че материалът на стената на капилярната матрица е неподвижен - това е така нареченото условие на прилепване. На практика полимерните стопилки се отклоняват от това положение при критично напрежение и материалът тече като комбинация от срязващо течение, наложено върху тапично течение. Приплъзването на стената и определянето на критичното напрежение може да се анализира в капилярен реометър чрез измерване на кривите на потока при постоянно налягане на екструдиране (т.е. постоянно напрежение на срязване) и при една и съща температура за поне три комплекта капилярни матрици с едно и също съотношение на дължина към диаметър, но с различен радиус на отвора на матрицата (подход на Муни). Използването на уравнение 1 помага да се разкрие дали даден полимерен материал е склонен да проявява поведение на приплъзване по време на обработката.

За материал, при който не се наблюдава приплъзване на стените (фигура 4), се генерират идентични профили на напрежението на срязване спрямо скоростта на срязване. В случай на приплъзване на стените (при постоянно напрежение на срязване) скоростта на срязване ще намалява с увеличаване на диаметъра на матрицата (вж. фигура 4). Прилагането на подхода на Муни върху данните за потока позволява да се определи скоростта на приплъзване, която е равна на наклона/4 и се увеличава с увеличаването на напрежението на срязване(о), както е показано на фигура 4. Освен това може да се получи информация относно критичното напрежение(o c) (наклон>0). Тези параметри често се изискват от софтуерните пакети за изчислителна динамика на флуидите заедно с данни за срязване и екстензионен вискозитет, за да се предскаже движението на стопилките във формите и профилите за екструдиране.

Заключение

Реологията на разтопените полимери е сложна тема, която изисква внимателно планиране на експериментите, за да се получи необходимата информация, която да отговаря на изискванията на изследователя.

Капилярният реометър разширява диапазона на скоростта на срязване, който може да се постигне в лабораторията, отвъд този, който е наличен в ротационния инструмент, и позволява да се измерват свойствата на потока при типични условия на обработка. Освен това възможността за лесно определяне на свойствата на срязване и разтягане при условията на приложение предоставя на производителя и преработвателя на полимери информация, която е от съществено значение за успешното използване на полимерната стопилка. И накрая, капилярният реометър позволява да се изследват проблеми, свързани с преработката, в контролирана среда, без да е необходимо да се спира производството в производствения цех.

Налична е нова книга за приложение на капилярите!

Възползвайте се също така от нашите справочници за приложения за ротационна и капилярна реология и научете как свойствата на течене на продуктите могат да бъдат определени чрез техния реологичен анализ.

Новата книжка за капилярна рехабилитация предоставя въведение в технологията и предметната област, обсъжда примери за приложение, показва как да се характеризират основните свойства на материала и предоставя измервания с помощта на усъвършенствани техники.

И двете книги могат да бъдат изтеглени БЕЗПЛАТНО и могат да бъдат изтеглени от тук.

Източници

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

[2] Литература: Кристофър У. Макоско, ISBN: 1-56081-579-5.

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