Introducción
El comportamiento reológico de las masas fundidas de polímeros constituye la base del moldeo y el procesamiento. Mediante un reómetro capilar, es posible analizar los cambios de viscosidad de la masa fundida de polímeros a diferentes temperaturas y velocidades de cizallamiento, y predecir de forma eficaz el comportamiento de los polímeros durante el procesamiento, lo que proporciona una sólida base científica para el procesamiento y el control de calidad de los materiales poliméricos.
Normalmente, las propiedades reológicas de los materiales poliméricos se analizan utilizando un sistema de un solo cilindro, lo que requiere mucho tiempo para analizar diversos tipos o lotes de muestras de polímeros en diferentes condiciones. Por lo tanto, con el fin de mejorar la eficiencia de los ensayos, un método contrastado consiste en utilizar un reómetro capilar de doble barril para analizar dos muestras simultáneamente, lo que permite acortar eficazmente el tiempo de espera para la estabilización de la temperatura entre los ensayos. En este trabajo, se analizó la viabilidad del ensayo de doble barril mediante la realización de una serie de ensayos con polietileno (PE) y polipropileno (PP) utilizando el reómetro capilar de doble barril Rosand RH10 de NETZSCH (Figura 1).
Condiciones de medición y método de ensayo
Las condiciones de medición se detallan en la Tabla 1. Tras instalar los troqueles debajo de los cilindros izquierdo y derecho y estabilizar la temperatura a 200 ± 0,1 °C, se añadieron lentamente partículas de PE o PP a los cilindros izquierdo y derecho por turnos, se comprimieron a 1 MPa y, a continuación, se precalentaron a temperatura constante durante 8 minutos. La medición comenzó tras esta etapa de compresión.
Tabla 1: Condiciones de medición
| Instrumento | NETZSCH Rosand RH10 |
| Muestras | PE, PP |
Presión transductor | 10 000 psi y 5 000 psi |
| Especificaciones del troquel | L = 16 mm, D = 1 mm |
| Temperatura de ensayo | 200 °C |
| Rango de velocidad de cizallamiento | 10 ~ 10 000 s⁻¹ |
Resultados de las mediciones y discusión
La figura 2 muestra las curvas de viscosidad de cizallamiento del mismo material de PE ensayado a 200 °C y a velocidades de 10 ~ 10 000 s⁻¹, utilizando un sistema de doble cilindro, en el que los cilindros izquierdo y derecho se emplearon con una matriz con una relación longitud/diámetro (L/D) de 16/1, y transductores de presión de 10 000 psi y 5 000 psi, respectivamente.
Los datos de los ensayos y los valores de desviación se muestran en la tabla 2. Como se puede observar en la figura 2, las curvas de viscosidad de cizallamiento obtenidas con los cilindros izquierdo y derecho muestran una repetibilidad muy buena. Además, tal y como se muestra en la tabla 2, las desviaciones en los valores de viscosidad de cizallamiento obtenidos a diferentes velocidades de cizallamiento son inferiores al 1 %. Por lo tanto, se pueden obtener resultados precisos realizando los ensayos tanto con el cilindro izquierdo como con el derecho.
Tabla 2: Datos de ensayo y desviación del PE en los cilindros izquierdo y derecho a 200 °C
| Velocidad de cizallamiento (s⁻¹) | Viscosidad de cizallamiento (Pa·s) | Valor medio (Pa·s) | Desviación (%) | |
| Cilindro izquierdo | Barril derecho | |||
| 10 | 2259,40 | 2241,22 | 2250,31 | 0,40 |
| 21,5 | 1583,38 | 1558,92 | 1571,15 | 0,78 |
| 46,42 | 1079,93 | 1059,68 | 1069,81 | 0,95 |
| 100 | 727,73 | 716,45 | 722,09 | 0,78 |
| 215,32 | 493,07 | 492,14 | 492,61 | 0,09 |
| 464,63 | 308,37 | 305,36 | 306,86 | 0,49 |
| 999,96 | 188,81 | 189,83 | 189,32 | -0,27 |
| 2155,44 | 114,09 | 114,57 | 114,33 | -0,21 |
| 4642,62 | 68,74 | 68,74 | 68,74 | 0,01 |
| 10 001,14 | 41,09 | 40,92 | 41,01 | 0,20 |
La figura 3 muestra las curvas de viscosidad aparente al cizallamiento del PE (cilindro izquierdo, negro) y del PP (cilindro derecho, rojo), ensayados con el sistema de doble cilindro a 200 °C y a velocidades de cizallamiento de entre 50 y 3000 s⁻¹, utilizando para los cilindros izquierdo y derecho una boquilla con una relación L/D de 16/1 y transductores de presión de 10 000 psi y 5 000 psi, respectivamente. Como se puede observar en la figura 3, la viscosidad de cizallamiento del PP es significativamente inferior a la del PE a la misma velocidad de cizallamiento. Por lo tanto, el ensayo con doble cilindro no solo permite obtener los datos de viscosidad de cizallamiento de ambos materiales al mismo tiempo, sino que también permite comparar de forma intuitiva las viscosidades de ambos materiales inmediatamente después del ensayo.
La viscosidad de cizallamiento es una propiedad del material que describe la resistencia que opone un fluido a la deformación bajo cizallamiento.
La viscosidad aparente de cizallamiento es el valor de viscosidad que se observa o se calcula a una velocidad de cizallamiento específica, especialmente en el caso de fluidos cuya viscosidad varía en función de las condiciones de flujo.
El reómetro capilar Rosand de doble canal permite realizar correcciones del comportamiento No newtonianoUn fluido no newtoniano es aquel que presenta una viscosidad que varía en función de la velocidad de cizallamiento o de la tensión de cizallamiento aplicada.no newtoniano y de los efectos de entrada para la determinación directa de la viscosidad de cizallamiento.
Conclusión
En este trabajo se analizaron las propiedades reológicas de los materiales PE y PP en diferentes condiciones utilizando el equipo Rosand RH10 de NETZSCH. Para un mismo material, se pueden obtener resultados de ensayo muy precisos tanto si se utiliza el cilindro izquierdo como el derecho. Al analizar diferentes materiales mediante el sistema de doble cilindro, no solo se mejora la eficiencia de los ensayos y se reduce eficazmente su duración, sino que también se puede realizar una comparación muy intuitiva de los resultados al finalizar el ensayo.