Ιστορία επιτυχίας πελάτη
Κατανόηση της θραύσης τήγματος στην επεξεργασία πολυμερών με τριχοειδή ρεόμετρα NETZSCH
Αυτή είναι μια ιστορία επιτυχίας πελάτη από τον Don Fleming. Ως ιδρυτής της Fleming Polymer Testing, παρέχει από το 1988 υπηρεσίες συμβατικών δοκιμών στη βιομηχανία πολυμερών, χρησιμοποιώντας τα NETZSCH τριχοειδή ρεόμετρα RH2000, RH7 και RH10.
Εισαγωγή του Don Fleming
"Το όνομά μου είναι Ντον Φλέμινγκ. Αποφοίτησα από το τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου του Μπράντφορντ, προτού αναλάβω διδακτορικό στο ίδιο τμήμα. Οι ουσιαστικοί τομείς της έρευνάς μου ήταν η αντιδραστική εξώθηση διασταυρωμένων αφρών LLDPE και PET μέσω εξώθησης με δίδυμο κοχλία και το τριχοειδές ρεόμετρο του τμήματος αποτέλεσε βασικό μέρος αυτής της εργασίας, με αποτέλεσμα τελικά να εργαστώ για τη Rosand στις αρχές της δεκαετίας του 1990. Ίδρυσα τη Fleming Polymer Testing το 1998 χρησιμοποιώντας την τριχοειδή ρεομετρία ως ακρογωνιαίο λίθο της επιχείρησής μου, παρέχοντας εργασίες δοκιμών με σύμβαση στη βιομηχανία πολυμερών.
Με την έναρξη της επιχείρησης, ήταν δεδομένο ότι το ρεόμετρο θα ήταν το διπλό ρευματογράφο Rosand και έχοντας δει πολλά άλλα ρεόμετρα στον τομέα, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι το Rosand ήταν και συνεχίζει να είναι το κορυφαίο όργανο.
Η επιχείρηση διαθέτει τώρα ένα RH2000, ένα RH7 και ένα RH10. Και τα τρία όργανα έχουν εργαστεί σε μια σειρά υλικών, όχι μόνο πολυμερών, και η ευελιξία και η ευαισθησία τους επέτρεψαν την εκτέλεση πολύπλοκων εργασιών, όπως η θραύση τήγματος που περιγράφεται παρακάτω, με ευκολία.
Ο στόχος: Επίλυση πραγματικών προβλημάτων διεργασιών πολυμερών
Από τότε, η επιχείρηση έχει επεκταθεί και ενοποιηθεί για να συμπεριλάβει τη διανομή της σουίτας λογισμικού προσομοίωσης ροής Compuplast, η οποία φυσικά βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στα δεδομένα από το ρεόμετρο. Η επιχείρηση μου έδωσε τη δυνατότητα να ταξιδέψω σε πολλές από τις μεγαλύτερες εταιρείες πολυμερών στον κόσμο για να παραδώσω εκπαίδευση και σεμινάρια και να γεφυρώσω τις ακαδημαϊκές πτυχές της ρεομετρίας με την επίλυση πραγματικών προβλημάτων διεργασιών. Τα στοιχεία ρουτίνας των δοκιμών σε συνδυασμό με τις αυστηρές προσομοιώσεις ροής σημαίνουν ότι όλες οι πτυχές των δυνατοτήτων του ρεομέτρου ασκούνται από τη διόγκωση της μήτρας έως την ολίσθηση του τοιχώματος και τη θραύση του τήγματος έως το ιξώδες της επέκτασης.
Κατανόηση της θραύσης τήγματος και της ρήξης τήγματος στην επεξεργασία πολυμερών
Ένας από τους πιο ενδιαφέροντες και προβληματικούς τομείς της επεξεργασίας πολυμερών είναι η θραύση τήγματος. Η θραύση τήγματος έχει ως αποτέλεσμα η επιφάνεια του εξηλασμένου πολυμερούς να γίνεται τραχιά και κυματιστή, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.
Αυτό είναι σαφώς ένα σοβαρό πρόβλημα εάν χρειαζόμαστε, και στις περισσότερες περιπτώσεις το χρειαζόμαστε, η επιφάνεια του προϊόντος μας να είναι λεία και χωρίς ελαττώματα- κανείς δεν θέλει να παράγει ένα κακής εμφάνισης καλώδιο, προφίλ ή σωλήνα! Τα αίτια της θραύσης τήγματος και του αδελφού του φαινομένου, της ρήξης τήγματος, βρίσκονται υπό ακαδημαϊκή εξέταση εδώ και δεκαετίες, χωρίς αναμφισβήτητα να υπάρχει μεγάλη συναίνεση. Ωστόσο, μια πτυχή που δεν αμφισβητείται είναι ότι συμβαίνει σε μια συγκεκριμένη, κρίσιμη τάση και αυτή η τάση μπορεί να μετρηθεί μόνο στο τριχοειδές ρεόμετρο.
Στο Σχήμα 2 παρουσιάζονται οι διακυμάνσεις της πίεσης που υφίσταται το ρεόμετρο κατά την επαφή με ένα πολυμερές που σπάει σε τήγμα. Μόλις αρχίσουν οι επιφανειακές παραμορφώσεις, ο μετατροπέας πίεσης μακράς μήτρας συναντά έναν κυκλικό κυματισμό κατά τον οποίο δεν είναι δυνατή η ισορροπία της πίεσης- προκειμένου να υπολογιστεί μια τιμή διατμητικής τάσης, η πίεση πρέπει να βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας.
Εάν δεν γνωρίζουμε αυτό το φαινόμενο, πολύ συχνά παράγουμε μια συνάρτηση διατμητικού ιξώδους που μοιάζει με αυτή του σχήματος 3, όπου υπάρχει μια περιοχή οροπέδιο. Αυτό το οροπέδιο δεν είναι πραγματικό, αλλά μια εκδήλωση του τρόπου με τον οποίο το ρεόμετρο αναζητά μια πίεση ισορροπίας, δεν μπορεί να τη βρει και στη συνέχεια προχωρά στον επόμενο ρυθμό διάτμησης. Παρόλο που το αποτέλεσμα αυτό δεν είναι πραγματικό, είναι ενδεικτικό θραύσης του τήγματος και μια οπτική εξέταση του εξηλασμένου υλικού συχνά το επιβεβαιώνει. Επιπλέον, η κρίσιμη διατμητική τάση μπορεί να εξαχθεί από το σχήμα 3 ως εκείνη η διατμητική τάση όπου αρχίζει το πλατώ- 500kPa σε αυτή την περίπτωση.
Η ακαδημαϊκή εργασία επιβεβαιώνει ότι η κρίσιμη τάση είναι ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία και το μέσο μοριακό βάρος, συνεπώς, είναι ουσιαστικά αδύνατο να ακτινοβοληθεί εάν διατηρηθεί η απόδοση μάζας ή/και η γεωμετρία της μήτρας.
Το Σχήμα 4 δείχνει τη θραύση τήγματος που εκδηλώνεται σε ένα 100% καταλυμένο γραμμικό πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LLDPE) με μεταλλοκένιο και είναι σαφές ότι η κρίσιμη τάση είναι περίπου 450kPa. Κατά την ανάμιξη του μεταλλοκένιου με αυξανόμενα ποσοστά ενός καταλυμένου τύπου Zieger Natta, είναι προφανές ότι η κρίσιμη τάση μειώνεται- κατά την πτώση σε ποσοστό 60% μεταλλοκένιου η κρίσιμη τάση μειώνεται σε περίπου 410kPa, μειούμενη σε περίπου 340kPa στο 20%.
Αυτό το σημαντικό αποτέλεσμα παρέχει μία από τις λίγες μεθόδους με τις οποίες μπορεί να μειωθεί η κρίσιμη τάση και πώς μπορεί να ανιχνευθεί και να μετρηθεί μόνο με τη χρήση τριχοειδούς ρεομετρίας"
Αναγνώριση
Ένα μεγάλο ευχαριστώ στον Don Fleming της Fleming Polymer Testing για την ανταλλαγή της τεχνογνωσίας του σχετικά με τη θραύση τήγματος στην επεξεργασία πολυμερών. Ο Don έδειξε πώς μπορεί να μετρηθεί και να κατανοηθεί η κρίσιμη διατμητική τάση - μετατρέποντας την πολύπλοκη συμπεριφορά ροής σε πολύτιμες γνώσεις. Είμαστε υπερήφανοι που υποστηρίζουμε αυτό το σημαντικό έργο με τα αξιόπιστα ρεόμετρα υψηλής ακρίβειας που διαθέτουμε.
