Úvod
Smyková rychlost, která je pro reologická měření důležitá, závisí na aplikaci. Při rychlém procesu, jako je stříkání, kdy je materiál rychle protlačován otvorem, se používají vysoké smykové rychlosti až 100 000 s-1. Naopak vytlačování polymeru, který má mnohem vyšší viskozitu, probíhá při výrazně nižších rychlostech; obvykle více než 1000krát nižších. Ještě nižší smykové rychlosti se používají k popisu velmi pomalých procesů, jako je nivelace.
Verze reometru
Volba reometru závisí na požadované smykové rychlosti. Zatímco Kinexus jako rotační reometr je vhodným přístrojem pro měření v oblasti nízkých smykových rychlostí, pro dosažení vysokých smykových rychlostí až 1 000 000 s-1 se pracuje s kapilárním reometrem Rosand.
V následujícím textu je uvedena viskozitní křivka polypropylenového materiálu získaná v průběhu téměř 7 dekád. K tomu je použit jak rotační reometr NETZSCH Kinexus, tak kapilární reometr NETZSCH Rosand (viz podmínky měření v tabulce 1).
Tabulka 1: Podmínky měření
| Přístroj | Kinexus |
|---|---|
| Vzorek | Polypropylen |
| Geometrie | deska, průměr: 25 mm |
| Teplota | 190°C |
| Měřicí mezera | 1 mm |
| Frekvence | 10-3 až 10 Hz |
| Smykové napětí | 1 000 Pa |
| Přístroj | Rosand |
|---|---|
| Teplota | 190°C |
| Kapilární matrice | Průměr: 1 mm a 0,5 mm, délka: 16 mm |
| Nulovací matrice | Průměr: 1 mm a 0,5 mm, délka: 0,25 mm |
| Kapilární strana snímače tlaku | 10 000 Psi (689,5 bar) |
| Nulová strana snímače tlaku | 1 500 Psi (103,4 bar) |
Poznámky k podmínkám měření
- Rotační reometr Kinexus
Bylo provedeno frekvenční měření, nikoliv, jak by se mohlo zdát, měření rotace. Zde bylo použito Cox-Merzovo pravidlo, které stanoví, že pro neplněné polymery dává komplexní smyková viskozita v závislosti na frekvenci stejné hodnoty jako smyková viskozita v závislosti na smykové rychlosti. Měření oscilací má oproti měření rotace tu výhodu, že materiál je měřen v klidu. Polymer tak není vystaven odstředivým silám a nevytéká z mezery, jak by se to mohlo stát při rotačních měřeních při vysokých smykových rychlostech. Více informací o tomto tématu najdete v aplikačních poznámkách 236 a 243 [1, 2]. - Rosandův kapilární reometr
S matricí o průměru 1 mm bylo možné dosáhnout smykových rychlostí až 10 000 s-1, zatímco s matricí o průměru 0,5 mm bylo dosaženo vyšších smykových rychlostí.
Výsledky měření
Na obrázku 1 je znázorněna složená viskozitní křivka polypropylenu naměřená na rotačním a kapilárním reometru. V oblasti nízkých smykových rychlostí vykazuje materiál newtonovské chování: Viskozita ve smyku nezávisí na smykové rychlosti. V této plošině s nulovým smykem dosahuje smyková viskozita 4400 Pa-s.
Při vyšších smykových rychlostech je polymer smykově řídký: Jeho smyková viskozita se s rostoucí smykovou rychlostí snižuje. V tomto rozmezí je aplikované smykové napětí dostatečně vysoké na to, aby došlo k rozpojení polymerních řetězců. Ty se mohou posouvat proti sobě, což usnadňuje proudění a vysvětluje pokles smykové viskozity.
Závěr
Díky této jedinečné kombinaci měření rotačním a kapilárním reometrem, kterou nabízí NETZSCH, lze dosáhnout velmi širokého rozsahu smykové rychlosti. To je důležité například pro polymery, protože jejich chování silně závisí na smykové rychlosti, které jsou vystaveny.