Johdanto
Reologisissa mittauksissa käytettävä leikkausnopeus riippuu sovelluksesta. Ruiskutuksen kaltaisessa nopeassa prosessissa, jossa materiaali työnnetään nopeasti aukon läpi, käytetään suuria, jopa 100 000 s-1:n leikkausnopeuksia. Sitä vastoin polymeerin, jonka viskositeetti on paljon korkeampi, ekstruusiossa nopeus on huomattavasti alhaisempi, tyypillisesti yli 1000 kertaa alhaisempi. Vielä pienempiä leikkausnopeuksia käytetään kuvaamaan hyvin hitaita prosesseja, kuten tasoitusta.
Reometrin versiot
Reometrin valinta riippuu tarvittavasta leikkausnopeudesta. Kinexus on rotaatioreometri, ja se on paras valinta matalien leikkausnopeuksien mittaamiseen, mutta Rosandin kapillaarireometrin avulla päästään korkeisiin leikkausnopeuksiin aina 1 000 000 s-1 asti.
Seuraavassa esitetään polypropeenimateriaalin viskositeettikäyrä lähes 7 vuosikymmenen ajalta. Tähän käytetään sekä NETZSCH Kinexus -rotaatioreometriä että NETZSCH Rosand-kapillaarireometriä (ks. mittausolosuhteet taulukossa 1).
Taulukko 1: Mittausolosuhteet
| Laite | Kinexus |
|---|---|
| Näyte | Polypropeeni |
| Geometria | levy-levy, halkaisija: 25 mm |
| Lämpötila | 190°C |
| Mittausväli | 1 mm |
| Taajuus | 10-3-10 Hz |
| Leikkausjännitys | 1 000 Pa |
| Laite | Rosand |
|---|---|
| Lämpötila | 190°C |
| Kapillaarimuotti | Halkaisija: 1 mm ja 0,5 mm, pituus: 16 mm |
| Nollamuotti | Halkaisija: 1 mm ja 0,5 mm, pituus: 0,25 mm |
| Paineanturin kapillaaripuoli | 10 000 Psi (689,5 bar) |
| Paineanturin nollapuoli | 1 500 Psi (103,4 bar) |
Huomautus mittausolosuhteista
- Kinexus Rotational Rheometer
Suoritettiin taajuuspyyhkäisy, eikä, kuten voisi luulla, rotaatiomittaus. Tässä käytettiin Cox-Merz-sääntöä, jonka mukaan täytteettömille polymeereille kompleksinen leikkausviskositeetti taajuuden suhteen antaa samat arvot kuin leikkausviskositeetti leikkausnopeuden suhteen. Värähtelymittausten etuna rotaatiomittauksiin verrattuna on se, että materiaali mitataan levossa. Näin ollen polymeeriin ei kohdistu keskipakovoimia eikä se pääse valumaan ulos raosta, kuten voi tapahtua pyörivissä mittauksissa suurilla leikkausnopeuksilla. Lisätietoja tästä aiheesta on sovellusohjeissa 236 ja 243 [1, 2]. - Rosand-kapillaarireometri
Halkaisijaltaan 1 mm:n läpimittaisella muotilla saatiin leikkausnopeuksia jopa 10 000 s-1, kun taas halkaisijaltaan 0,5 mm:n muotilla saavutettiin suurempia leikkausnopeuksia.
Mittaustulokset
Kuvassa 1 on esitetty polypropeenin yhdistetty viskositeettikäyrä, joka on mitattu rotaatio- ja kapillaarireometrillä. Pienellä leikkausnopeusalueella materiaali käyttäytyy newtonilaisesti: Leikkausviskositeetti ei riipu leikkausnopeudesta. Tällä nollan leikkauksen tasanteella leikkausviskositeetti on 4400 Pa-s.
Suuremmilla leikkausnopeuksilla polymeeri on leikkausohentuva: Sen leikkausviskositeetti pienenee leikkausnopeuden kasvaessa. Tällä alueella käytetty leikkausjännitys on riittävän suuri irrottamaan polymeeriketjut. Ne voivat liukua toisiaan vasten, mikä helpottaa virtausta ja selittää leikkausviskositeetin pienenemisen.
Päätelmä
Tällä ainutlaatuisella rotaatio- ja kapillaarireometrimittausten yhdistelmällä, jonka NETZSCH tarjoaa, saavutetaan hyvin laajat leikkausnopeusalueet. Tämä on tärkeää esimerkiksi polymeerien kohdalla, koska niiden käyttäytyminen riippuu voimakkaasti leikkausnopeudesta, jolle ne altistuvat.