Μια μέθοδος για τη βελτίωση της αποδοτικότητας των δοκιμών ενός τριχοειδούς ρεομέτρου με χρήση διπλών κυλίνδρων

Εισαγωγή

Η ρεολογική συμπεριφορά των λιωμένων πολυμερών αποτελεί τη βάση για τη χύτευση και την επεξεργασία τους. Με τη χρήση ενός τριχοειδούς ρεομέτρου, είναι δυνατή η μέτρηση των μεταβολών του ιξώδους του λιωμένου πολυμερούς σε διαφορετικές θερμοκρασίες και ρυθμούς διάτμησης, καθώς και η αποτελεσματική πρόβλεψη της συμπεριφοράς των πολυμερών κατά την επεξεργασία, παρέχοντας έτσι μια ισχυρή επιστημονική βάση για την επεξεργασία και τον ποιοτικό έλεγχο των πολυμερών υλικών.

Συνήθως, οι ρεολογικές ιδιότητες των πολυμερών υλικών ελέγχονται με τη χρήση συστήματος ενός κυλίνδρου, το οποίο απαιτεί πολύ χρόνο για τη δοκιμή διαφόρων τύπων ή παρτίδων δειγμάτων πολυμερών υπό διαφορετικές συνθήκες. Επομένως, προκειμένου να βελτιωθεί η αποδοτικότητα των δοκιμών, μια δοκιμασμένη μέθοδος είναι η χρήση ενός τριχοειδούς ρεομέτρου διπλού κυλίνδρου για την ταυτόχρονη δοκιμή δύο δειγμάτων, κάτι που μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά τον χρόνο αναμονής για τη σταθεροποίηση της θερμοκρασίας μεταξύ των δοκιμών. Στην παρούσα εργασία, αναλύθηκε η σκοπιμότητα της δοκιμής με διπλό κύλινδρο μέσω της διεξαγωγής μιας σειράς δοκιμών σε πολυαιθυλένιο (PE) και πολυπροπυλένιο (PP) με τη χρήση του τριχοειδούς ρεομέτρου διπλού κυλίνδρου Rosand RH10 της εταιρείας « NETZSCH » (Εικόνα 1).

Συνθήκες μέτρησης και μέθοδος δοκιμής

Οι συνθήκες μέτρησης περιγράφονται λεπτομερώς στον Πίνακα 1. Αφού τοποθετήθηκαν τα καλούπια κάτω από τον αριστερό και τον δεξιό κύλινδρο και σταθεροποιήθηκε η θερμοκρασία στους 200 ± 0,1 °C, προστέθηκαν σταδιακά σωματίδια PE ή PP στον αριστερό και στον δεξιό κύλινδρο με τη σειρά, συμπιέστηκαν σε πίεση 1 MPa και, στη συνέχεια, προθερμάνθηκαν σε σταθερή θερμοκρασία για 8 λεπτά. Η μέτρηση ξεκίνησε μετά από αυτό το στάδιο συμπίεσης.

Πίνακας 1: Συνθήκες μέτρησης

Αποτελέσματα μετρήσεων και συζήτηση

Το Σχήμα 2 παρουσιάζει τις καμπύλες διατμητικού ιξώδους του ίδιου υλικού PE που υποβλήθηκε σε δοκιμή στους 200 °C και σε ταχύτητες 10 ~ 10.000 s⁻¹, χρησιμοποιώντας διπλούς κυλίνδρους, όπου ο αριστερός και ο δεξιός κύλινδρος χρησιμοποιήθηκαν με μήτρα με λόγο μήκους προς διάμετρο (L/D) 16/1, και μετατροπείς πίεσης 10.000 psi και 5.000 psi, αντίστοιχα.

Τα δεδομένα των δοκιμών και οι τιμές απόκλισης παρουσιάζονται στον Πίνακα 2. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2, οι καμπύλες διατμητικού ιξώδους που μετρήθηκαν με τον αριστερό και τον δεξιό κύλινδρο παρουσιάζουν πολύ καλή επαναληψιμότητα. Επιπλέον, όπως φαίνεται στον Πίνακα 2, οι αποκλίσεις στις τιμές διατμητικού ιξώδους που προέκυψαν σε διαφορετικούς ρυθμούς διάτμησης είναι μικρότερες του 1%. Επομένως, μπορούν να ληφθούν ακριβή αποτελέσματα με τη διεξαγωγή δοκιμών τόσο με τον αριστερό όσο και με τον δεξιό κύλινδρο.

Πίνακας 2: Δεδομένα δοκιμών και απόκλιση του PE στους αριστερούς και δεξιούς κυλίνδρους στους 200 °C

Το Σχήμα 3 παρουσιάζει τις καμπύλες φαινομενικού ιξώδους διάτμησης του PE (αριστερός κύλινδρος, μαύρο) και του PP (δεξιός κύλινδρος, κόκκινο), οι οποίες δοκιμάστηκαν με το σύστημα διπλού κυλίνδρου στους 200 °C και σε ρυθμούς διάτμησης 50 ~ 3000 s⁻¹, όπου ο αριστερός και ο δεξιός κύλινδρος χρησιμοποιήθηκαν με μήτρα με λόγο L/D 16/1 και μετατροπείς πίεσης 10.000 psi και 5.000 psi, αντίστοιχα. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3, το ιξώδες διάτμησης του PP είναι σημαντικά χαμηλότερο από αυτό του υλικού PE στον ίδιο ρυθμό διάτμησης. Επομένως, η δοκιμή με διπλό κύλινδρο όχι μόνο επιτρέπει τη συλλογή δεδομένων ιξώδους διάτμησης για τα δύο υλικά ταυτόχρονα, αλλά και τη διαισθητική σύγκριση των ιξωδών των δύο υλικών αμέσως μετά τη δοκιμή.

Το ιξώδες διάτμησης είναι μια ιδιότητα του υλικού που περιγράφει το βαθμό αντίστασης ενός ρευστού στη παραμόρφωση υπό διάτμηση.

Το φαινόμενο ιξώδες διάτμησης είναι η τιμή ιξώδους που παρατηρείται ή υπολογίζεται σε συγκεκριμένο ρυθμό διάτμησης, ειδικά για ρευστά των οποίων το ιξώδες μεταβάλλεται ανάλογα με τις συνθήκες ροής.

Το τριχοειδές ρεόμετρο Rosand με διπλή οπή επιτρέπει τη διόρθωση της μη νευτώνειας συμπεριφοράς και των φαινομένων εισόδου, για τον άμεσο προσδιορισμό του ιξώδους διάτμησης.

Συμπέρασμα

Στην παρούσα εργασία, οι ρεολογικές ιδιότητες υλικών PE και PP εξετάστηκαν υπό διαφορετικές συνθήκες με τη χρήση του εξοπλισμού Rosand RH10 της εταιρείας « NETZSCH ». Για το ίδιο υλικό, μπορούν να ληφθούν πολύ ακριβή αποτελέσματα δοκιμών είτε χρησιμοποιείται ο αριστερός είτε ο δεξιός κύλινδρος. Κατά τη δοκιμή διαφορετικών υλικών με τη χρήση του συστήματος διπλού κυλίνδρου, όχι μόνο βελτιώνεται η αποδοτικότητα των δοκιμών και μειώνεται αποτελεσματικά ο χρόνος δοκιμής, αλλά μπορεί επίσης να γίνει μια πολύ διαισθητική σύγκριση των αποτελεσμάτων στο τέλος της δοκιμής.