Příběh úspěchu zákazníka
Pochopení lomů taveniny při zpracování polymerů pomocí kapilárních reometrů NETZSCH
Toto je příběh úspěšného zákazníka Dona Fleminga. Jako zakladatel společnosti Fleming Polymer Testing poskytuje od roku 1988 smluvní služby v oblasti testování polymerů s využitím kapilárních reometrů RH2000, RH7 a RH10 NETZSCH.
Představení Dona Fleminga
"Jmenuji se Don Fleming. Vystudoval jsem strojní inženýrství na Bradfordské univerzitě a poté jsem na stejné katedře získal doktorát. Podstatnou oblastí mého výzkumu bylo reaktivní vytlačování zesíťovaných pěn LLDPE a PET pomocí dvoušnekového vytlačování a kapilární reometr katedry byl nezbytnou součástí této práce, což nakonec vedlo k tomu, že jsem na začátku 90. let pracoval pro společnost Rosand. V roce 1998 jsem založil společnost Fleming Polymer Testing a kapilární reometrie se stala základem mého podnikání v oblasti smluvního testování polymerů.
Při zahájení podnikání bylo samozřejmostí, že reometr bude Rosand s dvojitým otvorem, a poté, co jsem viděl mnoho jiných reometrů v této oblasti, není pochyb o tom, že Rosand byl a stále je nejlepším přístrojem.
Podnik má nyní RH2000, RH7 a RH10. Všechny tři přístroje pracovaly s celou řadou materiálů, nejen s polymery, a jejich flexibilita a citlivost umožnila snadno provádět složité práce, jako je například níže popsaný lom taveniny.
Cíl: Řešení reálných problémů v oblasti polymerních procesů
Od té doby se firma rozšířila a zkonsolidovala a začala distribuovat sadu softwaru Compuplast pro simulaci proudění, který se samozřejmě do značné míry opírá o data z reometru. Podnikání mi umožnilo cestovat do mnoha největších světových společností zabývajících se polymery a pořádat školení i semináře a propojovat akademické aspekty reometrie s řešením reálných procesních problémů. Rutinní prvky testování spolu s náročnými simulacemi proudění znamenají, že se procvičují všechny aspekty schopností reometrů od bobtnání matrice přes skluz stěn a lom taveniny až po extenzní viskozitu.
Porozumění lomu taveniny a trhání taveniny při zpracování polymerů
Jednou z nejzajímavějších a nejproblematičtějších oblastí zpracování polymerů je lom taveniny. Lom taveniny způsobuje, že povrch vytlačovaného polymeru je drsný a zvlněný, jak ukazuje obrázek 1.
To je zjevně vážný problém, pokud potřebujeme, a ve většině případů tomu tak je, aby povrch našeho výrobku byl hladký a bez vad; nikdo nechce vyrábět špatně vypadající kabel, profil nebo trubku! Příčiny lomů taveniny a jejího příbuzného jevu, trhliny taveniny, jsou předmětem akademického zkoumání již desítky let, aniž by bylo dosaženo shody. Jedním z nesporných aspektů však je, že k němu dochází při určitém kritickém napětí a toto napětí lze měřit pouze na kapilárním reometru.
Obrázek 2 ukazuje kolísání tlaku, které reometr zaznamenává při setkání s taveninou štěpícího se polymeru. Jakmile začnou povrchové deformace, setkává se snímač tlaku s dlouhou matricí s cyklickým vlněním, během něhož není možné dosáhnout tlakové rovnováhy; aby bylo možné vypočítat hodnotu smykového napětí, musí být tlak v rovnovážném stavu.
Pokud si tohoto jevu nejsme vědomi, velmi často dostaneme funkci smykové viskozity, která vypadá jako na obrázku 3, kde existuje oblast plató. Toto plató není skutečné, ale je projevem toho, jak reometr hledá rovnovážný tlak, nemůže ho najít a přechází na další smykovou rychlost. Ačkoli tento výsledek není skutečný, svědčí o lomu taveniny a vizuální zkouška extrudátu jej často potvrdí. Kromě toho lze z obrázku 3 odvodit kritické smykové napětí jako smykové napětí, při kterém začíná plošina; v tomto případě 500 kPa.
Akademická práce potvrzuje, že kritické napětí nezávisí na teplotě a průměrné hmotnostní molekulové hmotnosti, a proto je v podstatě nemožné ozařovat, pokud je zachována hmotnostní propustnost a/nebo geometrie matrice.
Obrázek 4 ukazuje lom taveniny projevující se u lineárního nízkohustotního polyethylenu (LLDPE) katalyzovaného 100% metallocenem a je zřejmé, že kritické napětí se pohybuje kolem 450 kPa. Při přidávání metallocenu se zvyšujícím se podílem katalyzované třídy Zieger Natta je zřejmé, že kritické napětí klesá; při poklesu na 60% podíl metallocenu se kritické napětí sníží na přibližně 410 kPa a při 20% podílu se sníží na přibližně 340 kPa.
Tento důležitý výsledek poskytuje jeden z mála způsobů, jak lze kritické napětí snížit a jak jej lze zjistit a změřit pouze pomocí kapilární reometrie."
Poděkování
Velké poděkování patří Donu Flemingovi ze společnosti Fleming Polymer Testing za sdílení jeho odborných znalostí o lámání taveniny při zpracování polymerů. Don ukázal, jak lze měřit a pochopit kritické smykové napětí - a proměnit tak složité chování při toku v cenné poznatky. Jsme hrdí na to, že můžeme tuto důležitou práci podpořit našimi spolehlivými a vysoce přesnými reometry.
