Bevezetés
A reológiai mérésekhez szükséges nyírási sebesség az alkalmazástól függ. Az olyan gyors folyamatoknál, mint a permetezés, ahol az anyagot gyorsan átnyomják egy nyíláson, nagy, akár 100 000 s-1 nyírási sebességgel kell számolni. Ezzel szemben a sokkal nagyobb viszkozitású polimer extrudálása lényegesen kisebb sebességgel történik; jellemzően több mint 1000-szer kisebb sebességgel. Még alacsonyabb nyírási sebességeket használnak a nagyon lassú folyamatok leírására, mint a szintezés.
Reométer változatok
A reométer kiválasztása a kívánt nyírási sebességtől függ. Míg a Kinexus, mint rotációs reométer, az alacsony nyírási sebességtartományban történő mérésekhez a megfelelő műszer, addig a nagy nyírási sebességek eléréséhez, akár 1 000 000 s-1-ig, egy Rosand kapilláris reométerrel fogunk dolgozni.
A következőkben egy polipropilén anyag viszkozitási görbéjét kapjuk közel 7 évtized alatt. Ehhez egy NETZSCH Kinexus rotációs reométert és egy NETZSCH Rosand kapilláris reométert is használunk (lásd a mérési feltételeket az 1. táblázatban).
Táblázat: Mérési feltételek
| Műszer | Kinexus |
|---|---|
| Minta | Polipropilén |
| Geometria | lemezlemez, átmérő: 25 mm |
| Hőmérséklet | 190°C |
| Mérési rés | 1 mm |
| Frekvencia | 10-3-10 Hz |
| Nyírófeszültség | 1 000 Pa |
| Műszer | Rosand |
|---|---|
| Hőmérséklet | 190°C |
| Kapilláris szerszám | Átmérő: 1 mm és 0,5 mm, Hossz: 16 mm |
| Nulla szerszám | Átmérő: 1 mm és 0,5 mm, Hossz: 0,25 mm |
| Nyomásátalakító kapilláris oldala | 10,000 Psi (689,5 bar) |
| Nyomásátalakító nulla oldala | 1,500 Psi (103,4 bar) |
Megjegyzések a mérési feltételekről
- Kinexus rotációs reométer
Egy frekvencia-söpörést végeztünk, és nem, mint gondolnánk, egy rotációs mérést. Itt a Cox-Merz-szabályt alkalmaztuk, amely előírja, hogy a töltetlen polimerek esetében a komplex nyírási viszkozitás a frekvencia függvényében ugyanazokat az értékeket adja, mint a nyírási viszkozitás a nyírási sebesség függvényében. Az oszcillációs mérések előnye a rotációs mérésekkel szemben, hogy az anyagot nyugalmi állapotban mérik. Így a polimer nincs kitéve centrifugális erőknek, és nem fut ki a résből, ahogy az a forgatásos mérések során, nagy nyírási sebességnél előfordulhat. Erről a témáról bővebb információt a 236. és 243. alkalmazási megjegyzésben talál [1, 2]. - Rosand kapilláris reométer
Az 1 mm átmérőjű szerszámmal akár 10 000 s-1 nyírási sebességet is el lehetett érni, míg a 0,5 mm átmérőjű szerszámmal nagyobb nyírási sebességet lehetett elérni.
Mérési eredmények
Az 1. ábra a polipropilén rotációs és kapilláris reométerrel mért összetett viszkozitási görbéjét mutatja. Az alacsony nyírási sebességtartományban az anyag newtoni viselkedést mutat: A nyírási viszkozitás nem függ a nyírási sebességtől. Ezen a nulla nyírási értékű síkon a nyírási viszkozitás 4400 Pa-s.
Nagyobb nyírási sebességek esetén a polimer nyírási hígulást mutat: A nyírási viszkozitása a nyírási sebesség növekedésével csökken. Ebben a tartományban az alkalmazott nyírófeszültség elég nagy ahhoz, hogy a polimerláncok szétbomoljanak. Ezek egymáshoz csúszhatnak, ami megkönnyíti az áramlást, és magyarázatot ad a nyírási viszkozitás csökkenésére.
Következtetés
A NETZSCH által kínált rotációs és kapilláris reométeres mérések egyedülálló kombinációjával nagyon széles nyírási sebességtartományok érhetők el. Ez például a polimerek esetében fontos, mivel viselkedésük erősen függ a nyírási sebességtől, amelynek kitéve vannak.