Einleitung
Für eine erfolgreiche Polymerverarbeitung ist ein umfassendes Verständnis des Materialverhaltens unter realen Produktionsbedingungen erforderlich. Während die Scherviskosität üblicherweise gemessen und zur Prozessoptimierung herangezogen wird, liefert die Dehnviskosität oft die fehlenden Informationen, die zum Verständnis von Themen wie Fließinstabilität, Folienfehlern, Strangaufweitung, Neck-in-Effekt oder mangelhafter Produktqualität erforderlich sind.
Das Rosand-Hochdruck-Kapillarrheometer ermöglicht die Bestimmung der Scher- und Dehnviskosität in einer einzigen Messung und liefert wertvolle Einblicke in das Materialverhalten während der Extrusion, des Blasformens und anderer Dehnströmungsprozesse.
Dehnviskosität: Wenn Scherviskosität nicht ausreicht
Werkstoffe können ein nahezu identisches Scherviskositätsverhalten aufweisen, sich bei der Verarbeitung jedoch trotzdem sehr unterschiedlich verhalten. In solchen Fällen deckt die Dehnviskosität oft Unterschiede auf, da sie im Vergleich zur Schermessung sehr empfindlich auf die molekulare Architektur und die Molmasseverteilung reagiert.
Die ausschließliche Berücksichtigung der Scherviskosität kann für Verarbeiter und Werkstoffentwickler zu einer unvollständigen Werkstoffcharakterisierung und unerwarteten Produktionsproblemen führen.
Die Herausforderung: Vermeidung von Materialverklebungen im Austrittsbereich
Die Dehnviskosität wird im Rosand Hochdruck-Kapillarrheometer durch Messung des Druckverlusts am Düseneinlauf bestimmt. Bei Verwendung herkömmlicher Düsen mit Null-Länge (Orifice-Düsen) kann das Material am Düsenaustritt haften bleiben und sich dort ansammeln, insbesondere bei der Prüfung hochelastischer Polymerschmelzen.
Dies kann folgende Folgen haben:
- überschätzter Einlaufdruckverlust (Pen) und Werte für die Dehnviskosität
- geringe Wiederholbarkeit
- Fehlinterpretation von Materialeigenschaften
- Nichtberücksichtigung wichtiger Effekte wie beispielsweise der Dehnverfestigung
Die Lösung: Die FreeFlow-Düsentechnologie
Um diese Einschränkungen zu überwinden, hat NETZSCH in Zusammenarbeit mit Prof. Martin Zatloukal von der TBU Zlín die innovative FreeFlow-Düse (Abbildung 1) entwickelt. Ihre optimierte Geometrie verhindert, dass Material im Austrittsbereich der Düse haftet. Dadurch lässt sich der Einlaufdruckverlust genau und reproduzierbar messen.
Die Vorteile liegen auf der Hand:
- genaue Messung der Dehnviskosität
- verbesserte Reproduzierbarkeit
- zuverlässige Erfassung des Dehnverfestigungs- und Erweichungsverhaltens
- verbesserte Belastbarkeit rheologischer Messungen
Entwickelt für reale Verarbeitungsanwendungen
FreeFlow-Düsen sind in runder und rechteckiger Geometrie erhältlich. Dies ermöglicht es Anwendern, neben der Scherviskosität auch folgende Untersuchungen durchzuführen:
- Uniaxiale Dehnviskosität für Applikationen wie Blasformen und Faserspinnen
- Planare Dehnviskosität für Gießfolienextrusion und die Bewertung von Neck-In-Effekten
Dies führt zu einem umfassenderen Verständnis des Materialverhaltens unter prozessrelevanten Verformungsbedingungen.
Ihre Vorteile auf einen Blick
- Vermeidung von Materialanhaftungen im Austrittsbereich der Düse
- Erhöhte Zuverlässigkeit rheologischer Messungen
- Präzise Bestimmung der Dehnviskosität
- Zuverlässige Erkennung von Dehnverfestigungs- und Datenerweichungsphänomenen
- Materialcharakterisierung unter prozessnahen Bedingungen
- Effizientere Materialentwicklung und Prozessoptimierung
Fazit
Die FreeFlow-Düse erweitert die Leistungsfähigkeit des Hochdruck-Kapillarrheometers Rosand, indem sie äußerst zuverlässige Messungen der Scher- und Dehnviskosität ermöglicht. Durch die Vermeidung von Materialanhaftungen nach dem Düsenaustritt sowie die Minimierung von Messfehlern liefert sie präzise rheologische Informationen, die für eine effiziente Produktentwicklung, eine verbesserte Prozesssteuerung und eine gesteigerte Fertigungsleistung erforderlich sind.