Introduzione
La velocità di taglio di interesse per le misure reologiche dipende dall'applicazione. In un processo veloce come la spruzzatura, in cui il materiale viene spinto rapidamente attraverso un orifizio, sono coinvolte velocità di taglio elevate, fino a 100.000 s-1. Al contrario, l'estrusione di un polimero, che ha una viscosità molto più elevata, avviene a velocità notevolmente inferiori, in genere più di 1000 volte inferiori. Velocità di taglio ancora più basse sono utilizzate per descrivere processi molto lenti come il livellamento.
Versioni del reometro
La scelta del reometro dipende dalla velocità di taglio richiesta. Mentre il Kinexus, come reometro rotazionale, è lo strumento di scelta per misurare nella gamma dei bassi tassi di taglio, si lavorerà con un reometro capillare Rosand per raggiungere tassi di taglio elevati fino a 1.000.000 s-1.
Di seguito, la curva di viscosità di un materiale in polipropilene viene ottenuta per quasi 7 decadi. A tale scopo, sono stati utilizzati sia un reometro rotazionale NETZSCH Kinexus sia un reometro capillare Rosand NETZSCH (vedere le condizioni di misura nella tabella 1).
Tabella 1: Condizioni di misura
| Strumento | Kinexus |
|---|---|
| Campione | Polipropilene |
| Geometria | piastra, diametro: 25 mm |
| Temperatura | 190°C |
| Spazio di misura | 1 mm |
| Frequenza | da 10-3 a 10 Hz |
| Sollecitazione di taglio | 1.000 Pa |
| Strumento | Rosand |
|---|---|
| Temperatura | 190°C |
| Filiera capillare | Diametro: 1 mm e 0,5 mm, lunghezza: 16 mm |
| Filiera zero | Diametro: 1 mm e 0,5 mm, lunghezza: 0,25 mm |
| Trasduttore di pressione lato capillare | 10.000 Psi (689,5 bar) |
| Trasduttore di pressione lato zero | 1.500 Psi (103,4 bar) |
Osservazioni sulle condizioni di misura
- Kinexus Reometro rotazionale
È stato eseguito uno sweep di frequenza e non, come si potrebbe pensare, una misura di rotazione. In questo caso, è stata utilizzata la regola di Cox-Merz che stabilisce che per i polimeri non caricati, la viscosità di taglio complessa rispetto alla frequenza fornisce gli stessi valori della viscosità di taglio rispetto alla velocità di taglio. Le misure di oscillazione hanno il vantaggio, rispetto alle misure di rotazione, di misurare il materiale a riposo. In questo modo, il polimero non è soggetto a forze centrifughe e non fuoriesce dalla fessura, come potrebbe accadere durante le misurazioni rotazionali ad alte velocità di taglio. Ulteriori informazioni su questo argomento sono contenute nelle Note applicative 236 e 243 [1, 2]. - Reometro capillare Rosand
Lo stampo da 1 mm di diametro è stato utilizzato per ottenere velocità di taglio fino a 10.000 s-1, mentre velocità di taglio più elevate sono state raggiunte con lo stampo da 0,5 mm di diametro.
Risultati della misurazione
La Figura 1 mostra la curva di viscosità composita del polipropilene misurata nei reometri rotazionale e capillare. Nell'intervallo di bassa velocità di taglio, il materiale mostra un comportamento newtoniano: La viscosità al taglio non dipende dalla velocità di taglio. In questo plateau a taglio zero, la viscosità di taglio ammonta a 4400 Pa-s.
Per velocità di taglio più elevate, il polimero si assottiglia al taglio: La sua viscosità di taglio diminuisce con l'aumentare della velocità di taglio. In questo intervallo, lo sforzo di taglio applicato è sufficientemente elevato da disgiungere le catene polimeriche. Esse possono scivolare l'una contro l'altra, facilitando lo scorrimento e spiegando la diminuzione della viscosità di taglio.
Conclusione
Grazie alla combinazione unica di misure reometriche rotazionali e capillari offerta da NETZSCH, è possibile ottenere intervalli di velocità di taglio molto ampi. Questo è importante, ad esempio, per i polimeri, perché il loro comportamento dipende fortemente dalla velocità di taglio a cui sono sottoposti.