Kunde-succeshistorie
Forståelse af smeltebrud i polymerforarbejdning med NETZSCH Kapillarreometre
Dette er en kundesucceshistorie af Don Fleming. Som grundlægger af Fleming Polymer Testing har han leveret kontrakttestydelser til polymerindustrien siden 1988 ved hjælp af NETZSCH kapillarreometre RH2000, RH7 og RH10.
Introduktion af Don Fleming
"Mit navn er Don Fleming. Jeg tog min eksamen i maskinteknik på Bradford University, før jeg tog en ph.d. i samme afdeling. De vigtigste områder i min forskning var reaktiv ekstrudering af tværbundne LLDPE- og PET-skum via ekstrudering med to skruer, og afdelingens kapillarreometer var en vigtig del af dette arbejde, hvilket i sidste ende resulterede i, at jeg arbejdede for Rosand i begyndelsen af 1990'erne. Jeg etablerede Fleming Polymer Testing i 1998 med kapillarreometri som hjørnestenen i min virksomhed, der leverer kontrakttestarbejde til polymerindustrien.
Da jeg startede virksomheden, var det en selvfølge, at rheometeret skulle være et Rosand twin bore, og efter at have set mange andre rheometre i marken, er der ingen tvivl om, at Rosand var og fortsat er det bedste instrument.
Virksomheden har nu et RH2000, RH7 og RH10. Alle tre instrumenter har arbejdet med en lang række materialer, ikke kun polymerer, og deres fleksibilitet og følsomhed har gjort det muligt at udføre komplekst arbejde som f.eks. det smeltebrud, der er beskrevet nedenfor, med lethed.
Målet: At løse problemer med polymerprocesser i det virkelige liv
Siden da er virksomheden blevet udvidet og konsolideret til at omfatte distribution af Compuplast-softwaren til flowsimulering, som naturligvis er stærkt afhængig af data fra rheometeret. Virksomheden har gjort det muligt for mig at rejse til mange af verdens største polymervirksomheder for at levere både træning og seminarer og bygge bro mellem de akademiske aspekter af reometri og løsningen af virkelige procesproblemer. De rutinemæssige testelementer sammen med de strenge krav til flowsimulering betyder, at alle aspekter af reometerets kapacitet bliver udnyttet, fra dysekvældning til vægslip og smeltebrud til udvidelsesviskositet.
Forståelse af smeltefraktur og smeltebrud i polymerforarbejdning
Et af de mest spændende og problematiske områder inden for polymerforarbejdning er smeltebrud. Smeltebrud resulterer i, at overfladen på den ekstruderede polymer bliver ru og bølgende som vist i figur 1.
Det er helt klart et alvorligt problem, hvis vi har brug for, og det har vi i de fleste tilfælde, at overfladen på vores produkt er glat og fejlfri; ingen ønsker at producere et dårligt udseende kabel, profil eller rør! Årsagerne til smeltebrud og dets søsterfænomen, smeltesprængning, har været genstand for akademisk granskning i årtier, uden at man kan sige, at der er stor enighed. Et aspekt, der dog ikke er uenighed om, er, at det sker ved en specifik, kritisk spænding, og denne spænding kan kun måles på kapillarreometeret.
Figur 2 viser de tryksvingninger, som reometeret oplever, når det støder på en smeltefrakturerende polymer. Når overfladeforvrængningerne begynder, støder tryktransduceren med den lange dyse på en cyklisk bølge, hvor det ikke er muligt at opnå ligevægt i trykket; for at kunne beregne en værdi for forskydningsspænding skal trykket være i en ligevægtstilstand.
Hvis vi ikke er opmærksomme på dette fænomen, får vi meget ofte en forskydningsviskositetsfunktion, der ser ud som i figur 3, hvor der er et plateauområde. Dette plateau er ikke virkeligt, men en manifestation af, hvordan reometeret søger et ligevægtstryk, ikke kan finde et og derefter går videre til den næste forskydningshastighed. Selvom dette resultat ikke er virkeligt, er det en indikation på smeltebrud, og en visuel undersøgelse af ekstrudatet vil ofte bekræfte det. Desuden kan den kritiske forskydningsspænding udledes af figur 3 som den forskydningsspænding, hvor plateauet begynder; 500 kPa i dette tilfælde.
Det akademiske arbejde bekræfter, at den kritiske spænding er uafhængig af temperatur og vægtgennemsnitlig molekylvægt, og derfor er det stort set umuligt at bestråle, hvis massedurchstrømningen og/eller formgeometrien bevares.
Figur 4 viser smeltebrud i en 100 % metallocen-katalyseret lineær lavdensitetspolyethylen (LLDPE), og det er tydeligt, at den kritiske spænding er omkring 450 kPa. Når man blander metallocen med stigende andele af en Zieger Natta-katalyseret kvalitet, er det tydeligt, at den kritiske spænding falder; når man går ned til en metallocenandel på 60 %, reduceres den kritiske spænding til omkring 410 kPa, og den falder til omkring 340 kPa ved 20 %.
Dette vigtige resultat giver en af de få metoder, hvormed den kritiske spænding kan reduceres, og hvordan den kun kan opdages og måles ved hjælp af kapillarreometri."
Anerkendelse
En stor tak til Don Fleming fra Fleming Polymer Testing for at dele sin ekspertise om smeltebrud i polymerforarbejdning. Don har demonstreret, hvordan kritisk forskydningsspænding kan måles og forstås - og omdanne kompleks flowadfærd til værdifuld indsigt. Vi er stolte af at kunne støtte dette vigtige arbejde med vores pålidelige rheometre med høj præcision.
