Historia de éxito de un cliente
Comprensión de la fractura de la masa fundida en el procesamiento de polímeros con reómetros capilares NETZSCH
Esta es una historia de éxito de un cliente de Don Fleming. Como fundador de Fleming Polymer Testing, lleva prestando servicios de ensayos por contrato a la industria de polímeros desde 1988, utilizando los reómetros capilares RH2000, RH7 y RH10 de NETZSCH.
Presentación de Don Fleming
"Me llamo Don Fleming. Me licencié en Ingeniería Mecánica en la Universidad de Bradford antes de realizar un doctorado en el mismo departamento. Las principales áreas de mi investigación fueron la extrusión reactiva de espumas reticuladas de LLDPE y PET mediante extrusión de doble tornillo, y el reómetro capilar del departamento fue una parte esencial de este trabajo, lo que finalmente me llevó a trabajar para Rosand a principios de los años noventa. En 1998 fundé Fleming Polymer Testing, utilizando la reometría capilar como piedra angular de mi negocio para realizar ensayos por contrato para la industria de polímeros.
Al iniciar el negocio, era obvio que el reómetro iba a ser el Rosand twin bore y después de haber visto muchos otros reómetros en el campo, no hay duda de que el Rosand era y sigue siendo el principal instrumento.
En la actualidad, la empresa cuenta con un RH2000, un RH7 y un RH10. Los tres instrumentos han trabajado con una amplia gama de materiales, no sólo polímeros, y su flexibilidad y sensibilidad han permitido realizar con facilidad trabajos complejos como la fractura por fusión que se describe a continuación.
El objetivo: resolver problemas reales de los procesos de polímeros
Desde entonces, el negocio se ha ampliado y consolidado hasta abarcar la distribución del paquete Compuplast de software de simulación de flujos, que, por supuesto, se basa en gran medida en los datos del reómetro. El negocio me ha permitido viajar a muchas de las empresas de polímeros más importantes del mundo para impartir formación y seminarios, y unir los aspectos académicos de la reometría con la resolución de problemas de procesos de la vida real. Los elementos rutinarios de las pruebas, junto con los rigores de la simulación de flujos, implican que se ejercitan todos los aspectos de la capacidad de los reómetros, desde el hinchamiento de la matriz hasta el deslizamiento de la pared, pasando por la fractura de la masa fundida y la viscosidad extensional.
Fractura y ruptura de la masa fundida en el procesado de polímeros
Una de las áreas más intrigantes y problemáticas del procesado de polímeros es la fractura de la masa fundida, que provoca que la superficie del polímero extruido se vuelva rugosa y ondulada, como se muestra en la figura 1. Esto es claramente un problema grave si necesitamos, y en la mayoría de los casos lo necesitamos, que la superficie de nuestro producto sea lisa y sin defectos.
Se trata claramente de un problema grave si necesitamos, y en la mayoría de los casos lo necesitamos, que la superficie de nuestro producto sea lisa y sin defectos; ¡nadie quiere producir un cable, un perfil o un tubo de mal aspecto! Las causas de la fractura por fusión y de su fenómeno hermano, la rotura por fusión, han sido objeto de escrutinio académico durante décadas, sin que pueda decirse que haya mucho consenso al respecto. Sin embargo, un aspecto que no se discute es que se produce a una tensión crítica específica y que esta tensión sólo puede medirse en el reómetro capilar.
La figura 2 muestra las fluctuaciones de presión que experimenta el reómetro al encontrarse con un polímero fundido que se fractura. Una vez que comienzan las distorsiones de la superficie, el transductor de presión de matriz larga se encuentra con una ondulación cíclica durante la cual no es posible el equilibrio de la presión; para poder calcular un valor de tensión de cizallamiento, la presión debe encontrarse en un estado de equilibrio.
Si no somos conscientes de este fenómeno, muy a menudo producimos una función de viscosidad de cizallamiento que se parece a la de la figura 3, donde existe una región de meseta. Esta meseta no es real, sino una manifestación de cómo el reómetro busca una presión de equilibrio, no la encuentra y pasa a la siguiente velocidad de cizallamiento. Aunque este resultado no es real, es indicativo de fractura de la masa fundida y un examen visual del extrudado a menudo lo confirmará. Además, el esfuerzo cortante crítico puede extraerse de la figura 3 como aquel esfuerzo cortante donde comienza la meseta; 500kPa en este caso.
El trabajo académico confirma que la tensión crítica es independiente de la temperatura y del peso molecular medio, en consecuencia, es esencialmente imposible irradiar si se mantiene el rendimiento de la masa y/o la geometría de la matriz.
La figura 4 muestra la fractura por fusión manifestada en un polietileno lineal de baja DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad (LLDPE) catalizado al 100% con metaloceno y es evidente que la tensión crítica es de unos 450 kPa. Al mezclar el metaloceno con proporciones crecientes de un grado catalizado con Zieger Natta, es evidente que la tensión crítica disminuye; al bajar a una proporción de metaloceno del 60%, la tensión crítica se reduce a unos 410 kPa, reduciéndose a unos 340 kPa al 20%.
Este importante resultado proporciona uno de los pocos métodos por los que puede reducirse la tensión crítica y cómo sólo puede detectarse y medirse mediante reometría capilar."
Agradecimientos
Muchas gracias a Don Fleming, de Fleming Polymer Testing, por compartir sus conocimientos sobre la fractura de la masa fundida en el procesamiento de polímeros. Don ha demostrado cómo puede medirse y comprenderse la tensión de cizallamiento crítica, convirtiendo un comportamiento de flujo complejo en información valiosa. Estamos orgullosos de apoyar este importante trabajo con nuestros reómetros fiables y de alta precisión.
