Εισαγωγή
Οι εργοστασιακοί δείκτες ελέγχου ποιότητας για πολυμερή υλικά περιλαμβάνουν συνήθως το σημείο τήξης, Tm, τη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης, Tg, και το δείκτη ροής τήγματος, MFI. Ωστόσο, μπορούμε να είμαστε σίγουροι ότι μπορούμε να παράγουμε το προϊόν μας αξιόπιστα και ότι η διαδικασία παραγωγής εκτελείται ομαλά και με συνέπεια, αναφερόμενοι μόνο σε αυτούς τους δείκτες Η ακόλουθη περίπτωση δείχνει ότι η απάντηση σε αυτό το ερώτημα δεν είναι απαραίτητα θετική.
Πελάτης: Έχω αρκετές παρτίδες πολυκαρβονικού για κλώση ινών και όλοι οι δείκτες ελέγχου ποιότητας του εργοστασίου είναι συνεπείς. Ο δείκτης ροής τήγματος είναι επίσης ο ίδιος, οπότε νομίζω ότι η ρευστότητα πρέπει να είναι συνεπής. Ωστόσο, υπάρχουν προβλήματα κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας. Ορισμένες παρτίδες πολυμερούς μπορούν να περιστραφούν ομαλά, ενώ άλλες παρουσίασαν σοβαρή θραύση ινών και δεν μπορούν να σχηματίσουν συνεχώς ίνες.
Όλες οι παρτίδες έχουν τις ίδιες τιμές MFI. Σε αυτή τη μέθοδο, το τήγμα του πολυμερούς εξωθείται μέσω μιας τριχοειδούς μήτρας σε σταθερή θερμοκρασία και ο ρυθμός με τον οποίο ρέει το υλικό μετράται σε καθορισμένο χρόνο (εικόνα 1, αριστερά), παρέχοντας πληροφορίες για τις ιδιότητες ροής του πολυμερούς. Το MFI είναι αντιπροσωπευτικό του ιξώδους διάτμησης ενός σημείου (σχήμα 1, δεξιά). Αυτή η μέθοδος δοκιμής είναι παρόμοια με το τριχοειδές ρεόμετρο, αλλά περιορίζεται σε ένα εύρος ρυθμών διάτμησης small. Ωστόσο, οι διεργασίες παραγωγής, όπως η εξώθηση, η χύτευση με έγχυση, η κλώση κ.λπ. πραγματοποιούνται σε υψηλότερους ρυθμούς διάτμησης από αυτούς που χαρακτηρίζονται με τη μέθοδο MFI. Ως εκ τούτου, τα αποτελέσματα των δοκιμών της MFI δεν μπορούν να αντικατοπτρίζουν πλήρως τη συμπεριφορά ροής των υλικών υπό διάφορες τεχνικές επεξεργασίας (σχήμα 1, δεξιά). Σε αυτό το σημείο, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί μια καμπύλη ροής με ένα ευρύτερο εύρος ρυθμών διάτμησης για την αξιολόγηση της ρευστότητας των πολυμερών σε συνθήκες επεξεργασίας. Η λύση είναι η χρήση του τριχοειδούς ρεομέτρου Rosand. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα μελέτη για να ληφθεί το ιξώδες διάτμησης σε ένα ευρύ φάσμα ρυθμών διάτμησης για να κατανοηθεί εάν η συμπεριφορά μεταξύ των παρτίδων διαφέρει σε αυτούς τους υψηλότερους ρυθμούς διάτμησης που είναι σχετικοί με την κλώση.

Συνθήκες μέτρησης
Οι συνθήκες μέτρησης περιγράφονται λεπτομερώς στον πίνακα 1.
Πίνακας 1: Συνθήκες μέτρησης
Δείγμα | Πολυανθρακικό PC (κύριο συστατικό) |
---|---|
Τρόπος δοκιμής | Δοκιμή σταθερού ρυθμού διάτμησης (καμπύλη ροής), μονής οπής |
Θερμοκρασία | 260°C |
Αισθητήρας πίεσης | 10000 psi |
Μήτρα | 1:16 |
*τα τροποποιημένα εξαρτήματα είναι πλέον γνωστά
Αποτελέσματα μέτρησης
Στο Σχήμα 2 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της καμπύλης ροής για δύο διαφορετικές παρτίδες πολυκαρβονικού στους 260°C. Και οι δύο παρουσιάζουν μια κατάσταση ρευστού που αραιώνει σε διάτμηση με ένα πλάτωμα μηδενικής διάτμησης, στο οποίο το ιξώδες διάτμησης δεν μεταβάλλεται με τον ρυθμό διάτμησης- πρόκειται για ανατροφοδότηση του ιξώδους του δείγματος σε χαμηλούς ρυθμούς διάτμησης. Μπορεί να συνδεθεί με το εγγενές ιξώδες IV και υπάρχει γραμμική σχέση μεταξύ του ιξώδους μηδενικής διάτμησης και του IV. Αυτές οι δύο παρτίδες δείγματος έχουν το ίδιο ιξώδες μηδενικής διάτμησης. Το εύρος ρυθμού διάτμησης για τη δοκιμή MFI βρίσκεται ακριβώς εντός του πλατώ ιξώδους μηδενικής διάτμησης, οπότε αυτό εξηγεί ότι ο πελάτης δεν παρατήρησε διαφορά στο MFI μεταξύ των δύο παρτίδων δείγματος. Ωστόσο, με την αύξηση του ρυθμού διάτμησης, υπάρχει σημαντική διαφορά στη διατμητική αραιωτική συμπεριφορά. Το ιξώδες της παρτίδας 1 μειώθηκε αργά με την αύξηση του ρυθμού διάτμησης, ενώ το ιξώδες της παρτίδας 2 μειώθηκε γρήγορα. Σύμφωνα με τις παραμέτρους επεξεργασίας, όπως το σχήμα της μήτρας, το μέγεθος της μήτρας και ο ρυθμός ροής όγκου που παρέχεται από τον πελάτη, εκτιμάται ότι ο ρυθμός διάτμησης στο χώρο του πελάτη είναι περίπου 1.300 s-1. Όπως φαίνεται στο σχήμα 2, φαίνεται ότι παρόλο που τα αποτελέσματα του MFI είναι τα ίδια, υπάρχει σημαντική διαφορά στο ιξώδες διάτμησης στα 1300 s-1 (μπλε γραμμή), γεγονός που εξηγεί τα προβλήματα επεξεργασίας του πελάτη. Καθώς χρησιμοποιούσαν τις ίδιες συνθήκες επεξεργασίας, οι δύο παρτίδες συμπεριφέρθηκαν αρκετά διαφορετικά με αποτέλεσμα να σπάσουν κ.λπ.

Το εγγενές ιξώδες (IV) περιγράφει την ικανότητα ενός πολυμερούς να αυξάνει το ιξώδες ενός διαλύτη [1]. Μετράται με τον προσδιορισμό του σχετικού ιξώδους διαφόρων διαλυμάτων πολυμερών σε διαφορετικές συγκεντρώσεις [2]. Το εγγενές ιξώδες ενός πολυμερούς συνδέεται στενά με το μοριακό του βάρος.
Συμπέρασμα
Ο δείκτης ροής τήγματος, MFI, δεν αποτυπώνει τη συμπεριφορά ροής των πολυμερών υλικών κατά την επεξεργασία, καθώς περιορίζεται σε ένα στενό εύρος ρυθμών διάτμησης. Αντίθετα, οι δοκιμές με τη χρήση του τριχοειδούς ρεομέτρου Rosand παράγουν καμπύλες ροής σε ένα ευρύτερο εύρος ρυθμών διάτμησης, προσφέροντας πολύτιμες πληροφορίες για πιθανά προβλήματα επεξεργασίας πολυμερών υλικών. Ως αποτέλεσμα, αυτό το ρεόμετρο χρησιμεύει ως ένα κρίσιμο εργαλείο για τον ποιοτικό έλεγχο και τη βελτιστοποίηση των συνθηκών επεξεργασίας.