Úvod
Reologické chování polymerních tavenin je základem pro lisování a zpracování. Pomocí kapilárního reometru lze zkoumat změny viskozity polymerní taveniny při různých teplotách a smykových rychlostech a účinně předpovídat chování polymerů při zpracování, čímž se získává pevný vědecký základ pro zpracování a kontrolu kvality polymerních materiálů.
Reologické vlastnosti polymerních materiálů se obvykle testují pomocí systému s jedním válcem, což však při zkoušení různých typů nebo šarží polymerních vzorků za různých podmínek zabere hodně času. Proto je osvědčenou metodou pro zvýšení efektivity testování použití kapilárního reometru se dvěma válci k současnému testování dvou vzorků, což může účinně zkrátit čekací dobu na stabilizaci teploty mezi jednotlivými testy. V této práci byla analyzována proveditelnost zkoušky s dvojitým válcem provedením série zkoušek na polyethylenu (PE) a polypropylenu (PP) pomocí kapilárního reometru s dvojitým válcem Rosand RH10 od společnosti NETZSCH (obrázek 1).
Měřicí podmínky a zkušební metoda
Podmínky měření jsou podrobně uvedeny v tabulce 1. Po instalaci matric pod levý a pravý válec a ustálení teploty na 200 ± 0,1 °C byly do levého a pravého válce postupně pomalu přidávány částice PE nebo PP, stlačeny na tlak 1 MPa a poté předehřívány při konstantní teplotě po dobu 8 minut. Měření bylo zahájeno po tomto kroku stlačení.
Tabulka 1: Podmínky měření
| Přístroj | NETZSCH Rosand RH10 |
| Vzorky | PE, PP |
Tlak snímač | 10 000 psi a 5 000 psi |
| Specifikace formy | L = 16 mm, D = 1 mm |
| Zkušební teplota | 200 °C |
| Rozsah smykové rychlosti | 10 ~ 10 000 s⁻¹ |
Výsledky měření a diskuze
Obrázek 2 znázorňuje křivky smykové viskozity stejného materiálu PE, který byl testován při teplotě 200 °C a rychlosti točení 10 až 10 000 s⁻¹ s využitím dvou válců, přičemž levý a pravý válec byly použity s matricí s poměrem délky k průměru (L/D) 16/1, a tlakovými snímači o hodnotách 10 000 psi a 5 000 psi.
Údaje z testů a hodnoty odchylek jsou uvedeny v tabulce 2. Jak je patrné z obrázku 2, křivky smykové viskozity naměřené pomocí levého a pravého válce vykazují velmi dobrou opakovatelnost. Navíc, jak ukazuje tabulka 2, odchylky hodnot smykové viskozity získaných při různých smykových rychlostech jsou menší než 1 %. Proto lze získat přesné výsledky testováním jak s levým, tak s pravým válcem.
Tabulka 2: Zkušební údaje a odchylka PE v levém a pravém válci při teplotě 200 °C
| Smyková rychlost (s⁻¹) | Smyková viskozita (Pa·s) | Průměrná hodnota (Pa·s) | Odchylka (%) | |
| Levý válec | Pravý válec | |||
| 10 | 2259,40 | 2241,22 | 2250,31 | 0,40 |
| 21,5 | 1583,38 | 1558,92 | 1571,15 | 0,78 |
| 46,42 | 1079,93 | 1059,68 | 1069,81 | 0,95 |
| 100 | 727,73 | 716,45 | 722,09 | 0,78 |
| 215,32 | 493,07 | 492,14 | 492,61 | 0,09 |
| 464,63 | 308,37 | 305,36 | 306,86 | 0,49 |
| 999,96 | 188,81 | 189,83 | 189,32 | -0,27 |
| 2155,44 | 114,09 | 114,57 | 114,33 | -0,21 |
| 4642,62 | 68,74 | 68,74 | 68,74 | 0,01 |
| 10 001,14 | 41,09 | 40,92 | 41,01 | 0,20 |
Obrázek 3 znázorňuje křivky zdánlivé smykové viskozity PE (levý válec, černá) a PP (pravý válec, červená), testovaných pomocí systému se dvěma válci při teplotě 200 °C a rychlosti smyku 50 ~ 3000 s-1, přičemž levý a pravý válec byly použity s tryskou s poměrem L/D 16/1 a tlakovými snímači o hodnotách 10 000 psi, resp. 5 000 psi. Jak je patrné z obrázku 3, smyková viskozita PP je při stejné smykové rychlosti výrazně nižší než u materiálu PE. Zkouška s dvojitým válcem proto umožňuje nejen získat údaje o smykové viskozitě obou materiálů současně, ale také intuitivně porovnat viskozity obou materiálů bezprostředně po skončení zkoušky.
Smyková viskozita je vlastnost materiálu, která popisuje, jak silně tekutina odolává deformaci při smyku.
Zdánlivá smyková viskozita je hodnota viskozity, kterou lze pozorovat nebo vypočítat při konkrétní smykové rychlosti, zejména u kapalin, jejichž viskozita se mění v závislosti na podmínkách proudění.
Kapilární reometr Rosand s dvojitým průtokem umožňuje korekci NenewtonovskéNenewtonská kapalina je taková, která vykazuje viskozitu měnící se v závislosti na použité smykové rychlosti nebo smykovém napětí.nenewtonovského chování a vstupních efektů pro přímé stanovení smykové viskozity.
Závěr
V této práci byly reologické vlastnosti materiálů PE a PP testovány za různých podmínek pomocí přístroje Rosand RH10 od společnosti NETZSCH. U stejného materiálu lze získat velmi přesné výsledky zkoušek, ať už se použije levý nebo pravý válec. Při zkoušení různých materiálů pomocí systému s dvojitým válcem lze nejen zvýšit efektivitu zkoušení a účinně zkrátit dobu zkoušení, ale také na konci zkoušky provést velmi intuitivní srovnání výsledků.