
22.06.2023 by Milena Riedl
Dasar-dasar Reometri Kapiler
Reologi mempelajari deformasi dan aliran cairan. Secara tradisional, rheometer kapiler telah digunakan untuk mengukur viskositas geser dan elastisitas bahan kental pada laju geser yang tinggi. Pelajari mengapa Anda memerlukan rheometer kapiler dan data apa yang dapat Anda peroleh.
"Reologi mempelajari deformasi dan aliran cairan. [...] Secara tradisional, rheometer kapiler telah digunakan untuk mengukur viskositas geser dan elastisitas bahan kental pada laju geser tinggi. [...] Ketertarikan pada laju geser yang tinggi berasal dari mode deformasi yang akan dialami material dalam proses seperti ekstrusi, peniupan film, dan pencetakan injeksi." [1]
Tanggapan material terhadap deformasi atau hanya lingkungan itu sendiri terjadi pada skala waktu yang berbeda. Beberapa proses membutuhkan waktu bertahun-tahun seperti penuaan fisik dan creep. Proses lainnya terjadi dalam hitungan detik atau milidetik, misalnya, perilaku tumbukan atau geseran dan pemanjangan selama pemrosesan seperti ekstrusi, pencetakan tiup, dan pencetakan injeksi.
Semakin cepat respons material, semakin cepat pula laju deformasi yang dibutuhkan. Ini juga alasan mengapa rotational rheometer tidak cocok untuk proses-proses ini. Prinsip fungsionalnya dirancang untuk mendeteksi perubahan pada tingkat molekuler hingga deformasi rendah atau medium. Namun, rheometer kapiler mencakup sisi lain dari spektrum - proses yang terjadi dalam skala waktu yang cepat.

Mengapa Anda memerlukan reometri kapiler?
Dalam proses pencetakan injeksi, misalnya, viskositas material dan geometri runner dan part itu sendiri memengaruhi pengisian cetakan. Pada gilirannya, kedua parameter ini memengaruhi laju geser, tekanan pengisian, panjang aliran, dan bahkan gaya penjepitan yang diperlukan untuk menjaga agar cetakan tetap tertutup.
Data apa yang dapat diperoleh dengan menggunakan rheometer kapiler?
- Viskositas leleh
Viskositas dapat dianggap sebagai fluiditas cairan, atau seberapa besar cairan tersebut menahan aliran. Viskositas, η, dinyatakan sebagai rasio tegangan geser (gaya per satuan luas) terhadap laju geser (laju perubahan SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan geser). [2]

- Perilaku laju geser yang tinggi
Laju geser adalah laju di mana fluida terpotong atau berubah bentuk selama aliran. Dalam istilah yang lebih teknis, ini adalah kecepatan di mana lapisan fluida bergerak melewati satu sama lain. Jika seseorang dengan cepat menggosokkan lapisan salep, krim, atau losion yang sangat tipis pada kulit, misalnya, maka laju gesernya jauh lebih tinggi daripada jika bahan tersebut perlahan-lahan dikeluarkan dari tabungnya. [3]
- Sifat ekstensional
Aliran ekstensional terjadi ketika material tidak bersentuhan dengan batas padat, seperti halnya saat menggambar filamen, serat, film, lembaran, atau gelembung yang menggembung. Aliran konvergen pada saluran masuk cetakan juga bersifat ekstensional. [4] Sifat ekstensional meliputi laju SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan ekstensional dan viskositas ekstensional.
- Patahan leleh (Ketidakstabilan Aliran)
Fraktur leleh didefinisikan sebagai fenomena yang disebabkan oleh tegangan geser yang berlebihan yang diberikan pada resin cair yang menyebabkan kekasaran pada ekstrudat. [5] Ini adalah efek permukaan yang tidak diinginkan yang juga dapat memengaruhi sifat komponen. Karena ini terjadi pada tegangan geser yang tinggi untuk material yang sedang diselidiki, ini dapat dikurangi atau dihilangkan dengan mengurangi throughput.
RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. Relaksasi tegangan adalah penurunan tegangan yang bergantung pada waktu di bawah SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan konstan. Perilaku karakteristik polimer ini dipelajari dengan menerapkan jumlah deformasi yang tetap pada spesimen dan mengukur beban yang diperlukan untuk mempertahankannya sebagai fungsi waktu. [6]
- Kekuatan leleh
Kekuatan leleh dapat digambarkan sebagai ketahanan lelehan polimer terhadap peregangan. Kekuatan leleh suatu bahan terkait dengan keterikatan rantai molekul polimer dan ketahanannya terhadap Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. penguraian di bawah tekanan. Sifat polimer yang memengaruhi ketahanan terhadap Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. penguraian adalah berat molekul, distribusi berat molekul (MWD), dan percabangan molekul. Ketika setiap properti meningkat, kekuatan leleh ditingkatkan pada laju geser yang rendah. [7] Ini adalah properti penting untuk keberhasilan ekstrusi bahan plastik.
- Mati membengkak
Die swell terjadi ketika material mengalir keluar dari cetakan kapiler. Salah satu cara untuk menjelaskan die swell adalah dengan mempertimbangkan kemampuan lelehan polimer untuk mengingat riwayat alirannya. Idenya adalah membayangkan elemen fluida yang bergerak dari reservoir ke dalam cetakan kapiler sebagai silinder pendek dan gemuk yang diperas menjadi silinder panjang dan ramping. Jika waktu tinggal elemen fluida di dalam cetakan lebih pendek daripada waktu memudarnya ingatan (waktu RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi), elemen fluida tersebut akan mencoba kembali ke bentuk aslinya dan menghasilkan efek die swell. [8]
- perilaku pvT dan kompresibilitas
pvT menyelidiki hubungan antara tekanan dan volume dalam suatu material. Hal ini selanjutnya memberikan indikasi seberapa kompresibel lelehan polimer. Karena polimer diproses pada suhu dan tekanan tinggi, hubungan antara tekanan, volume, dan suhu menjadi sangat penting.
Untuk apa Anda memerlukan data dari rheometer kapiler?
Alasan lain mengapa kita membutuhkan data rheometer kapiler: Mengukur perilaku aliran suatu bahan untuk kontrol dan jaminan kualitas, melakukan studi pemrosesan (ketergantungan geser), atau mendapatkan parameter model input untuk simulasi aliran. Kita dapat mempelajari formulasi untuk menilai efek dari bahan pengisi, bahan pembantu pemrosesan, dan penambah produksi.
Minggu depan, kita akan membahas prinsip kerja rheometer kapiler, menjelaskan kurva aliran viskositas karakteristik, dan menyoroti pentingnya koreksi yang diperlukan.
Sumber:
[1] Dao, T.T., Ye, A.X., Shaito, A.A., Roye, N., Hedman, K. (2009): Reometri Kapiler: Analisis Cairan dengan Viskositas Rendah, dan Cairan Kental dan Lelehan pada Laju Geser Tinggi; diambil dari: https://www.americanlaboratory.com/913-Technical-Articles/557-Capillary-Rheometry-Analysis-of-Low-Viscosity-Fluids-and-Viscous-Liquids-and-Melts-at-High-Shear-Rates/
[2] https://www.dc.engr.scu.edu/cmdoc/dg_doc/develop/process/physics/b3200002.htm
[3] Moonay, D. (2017): Apa itu Laju Geser dan Mengapa Penting?; diambil dari: https://www.labcompare.com/10-Featured-Articles/338534-What-is-Shear-Rate-and-Why-is-it-Important/
[4] Shenoy, A.V. (1999): Reologi Sistem Polimer Terisi; diambil dari: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-015-9213-0_9
[5] Ebnesajjad, S. (2017): Fluoroplastik; diambil dari: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/melt-fracture
[6] Ashter, SA (2014): Thermoforming of Single and Multilayer Laminates; diambil dari: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/stress-relaxation
[7] Frankland, J. (2013): Ekstrusi: Di mana Datanya? Pentingnya Kekuatan Leleh dalam Ekstrusi; diambil dari: https://www.ptonline.com/articles/what-about-melt-strength
[8] Koopmans, R.J. (1999): Polypropylene; retrieved from: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-011-4421-6_22