Menyelami Dasar-Dasar Reologi Termoplastik

Reologi adalah ilmu yang mempelajari aliran dan deformasi material yang berakar pada hukum elastisitas dan viskositas yang diusulkan oleh Hooke dan Newton pada akhir abad^ke-17. Lelehan polimer termoplastik banyak digunakan dalam banyak proses industri modern untuk memproduksi banyak benda. Polimer digunakan karena harganya relatif murah untuk dibentuk menjadi bentuk yang kompleks dalam keadaan cair. Namun, kita perlu memahami bagaimana polimer mengalir ketika diproses [1].

Faktor-faktor yang mempengaruhi perilaku aliran polimer

Polimer adalah bahan yang rumit untuk dikarakterisasi secara reologi karena ada banyak faktor yang mempengaruhi sifat alirannya. Contoh faktor yang memengaruhi perilaku aliran dapat mencakup suhu pemrosesan, laju aliran, waktu tinggal, dll.

Selain itu, sifat reologi polimer berada di antara sifat cairan dan padatan. Hal ini menyebabkan ketergantungan waktu pada sifat aliran dan karakteristik penting lainnya, beberapa di antaranya dibahas di bawah ini [1].

Sifat-sifat reologi penting dari polimer

Viskositas leleh diketahui sangat bergantung pada suhu. Dengan menurunkan suhu cetakan hingga bagian yang diproduksi memiliki hasil akhir yang mengkilap, teknisi proses dapat mempelajari suhu minimum (sehingga viskositas resin maksimum) di mana proses dapat dijalankan tanpa cacat permukaan yang terlihat. Mengurangi suhu cetakan menghemat energi dan dapat mengurangi waktu siklus sehingga pemahaman tentang ketergantungan suhu viskositas lelehan sangat berguna.

Lelehan polimer diketahui menunjukkan pembengkakan cetakan ketika diekstrusi. Fenomena ini menampakkan diri sebagai peningkatan diameter ekstrudat setelah keluar dari cetakan. Jumlah die swell terkait dengan jumlah deformasi elastis material pada saluran masuk die. Fakta lebih lanjut yang perlu dipertimbangkan adalah bahwa tingkat die swell (lebih tepatnya extrudate swell) bergantung pada panjang die ketika material diekstrusi dengan keluaran konstan. Dengan kata lain, lelehan polimer menunjukkan ketergantungan waktu karena material melupakan deformasi elastis yang diterapkan di pintu masuk cetakan, semakin banyak waktu yang dihabiskan material di dalam cetakan, semakin sedikit die swell.

Elastisitas leleh juga dapat memiliki implikasi yang mendalam untuk banyak proses polimer lainnya seperti:

• Blow Moulding di mana ketebalan dinding komponen yang ditiup bergantung pada tingkat pembengkakan yang terjadi selama proses ekstrusi sebelum cetakan ditutup.
• Pembentukan Vakum atau Thermoforming di mana polimer harus mempertahankan tingkat elastisitas untuk mencegah bahan melorot sebelum ditarik dengan vakum di atas cetakan pembentuk dingin. Jika bahan tidak memiliki elastisitas yang cukup, kemungkinan akan bersentuhan dengan cetakan dingin sebelum vakum atau tekanan diterapkan [1].

Cara mengkarakterisasi perilaku aliran leleh polimer

Sifat pemrosesan polimer juga bergantung pada konsentrasi pelumas, pemlastis, pengisi, dan komponen lain dalam senyawa yang sedang diproses. Dari pengantar singkat ini, kita dapat menghargai bahwa karakterisasi yang tepat dari perilaku aliran lelehan polimer kemungkinan besar membutuhkan instrumentasi yang canggih dan serbaguna.

Dari sudut pandang ahli reologi, perilaku aliran polimer dapat dengan mudah dipisahkan menjadi tiga komponen: Aliran geser dan ekstensional, yang dicirikan oleh viskositas yang sesuai dan perilaku elastis, yang dicirikan oleh pengukuran rasio modulus atau gelombang [1].

Instrumentasi yang tepat adalah kuncinya

Untuk mengkarakterisasi material secara lengkap, diperlukan instrumentasi yang memiliki kemampuan mengekstraksi parameter-parameter ini pada berbagai suhu dan laju geser/ekstensi. Alat uji reologi laboratorium modern dapat dibagi menjadi dua kategori besar, yaitu reometer rotasi Kinexus dan reometer kapiler Rosand. Selain itu, instrumentasi analisis termal seperti Differential Scanning Calorimetry, Dynamic Mechanical Analysis, dan Thermomechanical Analysis juga memungkinkan wawasan yang berharga tentang sifat material.

Pada artikel berikutnya, Anda akan mempelajari bagaimana Kinexus Rotational Rheometer kami dapat digunakan untuk mengkarakterisasi termoplastik.

Sumber

[1] Pengujian Rheologi Polimer dan Penentuan Properti Menggunakan Rotational Rheometer dan Capillary Extrusion Rheometer (azom.com)

Terima kasih kepada Dr Bob Marsh (mantan karyawan Malvern Panalytical) sebagai penulis asli artikel ini!