Introduzione
Il comportamento reologico dei polimeri fusi costituisce la base per lo stampaggio e la lavorazione. Utilizzando un reometro capillare, è possibile analizzare le variazioni di viscosità del polimero fuso a diverse temperature e velocità di taglio e prevedere in modo efficace il comportamento dei polimeri durante la lavorazione, fornendo così una solida base scientifica per la lavorazione e il controllo di qualità dei materiali polimerici.
In genere, le proprietà reologiche dei materiali polimerici vengono testate utilizzando un sistema a singolo cilindro, il che richiede molto tempo per analizzare vari tipi o lotti di campioni polimerici in condizioni diverse. Pertanto, al fine di migliorare l’efficienza delle prove, un metodo collaudato consiste nell’utilizzare un reometro capillare a doppio cilindro per testare due campioni contemporaneamente, il che consente di ridurre efficacemente i tempi di attesa necessari per la stabilizzazione della temperatura tra una prova e l’altra. In questo lavoro, la fattibilità del test a doppio cilindro è stata analizzata conducendo una serie di prove su polietilene (PE) e polipropilene (PP) utilizzando il reometro capillare a doppio cilindro Rosand RH10 di NETZSCH (Figura 1).
Condizioni di misurazione e metodo di prova
Le condizioni di misurazione sono descritte in dettaglio nella Tabella 1. Dopo aver installato gli stampi sotto i cilindri sinistro e destro e aver stabilizzato la temperatura a 200 ± 0,1 °C, le particelle di PE o PP sono state aggiunte lentamente, a turno, nei cilindri sinistro e destro, compresse a 1 MPa e quindi preriscaldate a temperatura costante per 8 minuti. La misurazione è iniziata al termine di questa fase di compressione.
Tabella 1: Condizioni di misurazione
| Strumento | NETZSCH Rosand RH10 |
| Campioni | PE, PP |
Pressione trasduttore | 10.000 psi e 5.000 psi |
| Specifiche dello stampo | L = 16 mm, D = 1 mm |
| Temperatura di prova | 200 °C |
| Intervallo di velocità di taglio | da 10 a 10.000 s⁻¹ |
Risultati delle misurazioni e discussione
La figura 2 mostra le curve di viscosità al taglio dello stesso materiale PE testato a 200 °C e a velocità comprese tra 10 e 10.000 s⁻¹, utilizzando un sistema a doppio cilindro, in cui i cilindri sinistro e destro sono stati impiegati con una filiera avente un rapporto lunghezza/diametro (L/D) pari a 16/1, e con trasduttori di pressione rispettivamente da 10.000 psi e 5.000 psi.
I dati delle prove e i valori di scostamento sono riportati nella Tabella 2. Come si può osservare nella Figura 2, le curve di viscosità di taglio ottenute con i cilindri sinistro e destro mostrano un’ottima ripetibilità. Inoltre, come illustrato nella Tabella 2, gli scostamenti nei valori di viscosità di taglio ottenuti a diverse velocità di taglio sono inferiori all’1%. Pertanto, è possibile ottenere risultati accurati effettuando le prove sia con il cilindro sinistro che con quello destro.
Tabella 2: Dati di prova e deviazione del PE nei cilindri sinistro e destro a 200 °C
| Velocità di taglio (s⁻¹) | Viscosità di taglio (Pa·s) | Valore medio (Pa·s) | Scostamento (%) | |
| Cilindro sinistro | Cilindro destro | |||
| 10 | 2259,40 | 2241,22 | 2250,31 | 0,40 |
| 21,5 | 1583,38 | 1558,92 | 1571,15 | 0,78 |
| 46,42 | 1079,93 | 1059,68 | 1069,81 | 0,95 |
| 100 | 727,73 | 716,45 | 722,09 | 0,78 |
| 215,32 | 493,07 | 492,14 | 492,61 | 0,09 |
| 464,63 | 308,37 | 305,36 | 306,86 | 0,49 |
| 999,96 | 188,81 | 189,83 | 189,32 | -0,27 |
| 2155,44 | 114,09 | 114,57 | 114,33 | -0,21 |
| 4642,62 | 68,74 | 68,74 | 68,74 | 0,01 |
| 10.001,14 | 41,09 | 40,92 | 41,01 | 0,20 |
La figura 3 mostra le curve di viscosità apparente al taglio del PE (cilindro sinistro, nero) e del PP (cilindro destro, rosso), testati con il sistema a doppio cilindro a 200 °C e a velocità di taglio comprese tra 50 e 3000 s⁻¹, dove i cilindri sinistro e destro sono stati utilizzati con una filiera con rapporto L/D pari a 16/1 e trasduttori di pressione rispettivamente da 10.000 psi e 5.000 psi. Come si può osservare nella Figura 3, la viscosità di taglio del PP è significativamente inferiore a quella del PE a parità di velocità di taglio. Pertanto, la prova a doppio cilindro non solo consente di ottenere contemporaneamente i dati di viscosità al taglio dei due materiali, ma permette anche di confrontare intuitivamente le viscosità dei due materiali immediatamente dopo la prova.
La viscosità al taglio è una proprietà del materiale che descrive la resistenza di un fluido alla deformazione sotto l'azione di uno sforzo di taglio.
La viscosità di taglio apparente è il valore di viscosità osservato o calcolato a una determinata velocità di taglio, in particolare per i fluidi la cui viscosità varia al variare delle condizioni di flusso.
Il reometro capillare Rosand a doppio foro consente di correggere il comportamento Non newtonianoUn fluido non newtoniano è un fluido che presenta una viscosità che varia in funzione della velocità di taglio o dello sforzo di taglio applicato.non newtoniano e gli effetti di ingresso per la determinazione diretta della viscosità di taglio.
Conclusione
In questo lavoro, le proprietà reologiche dei materiali PE e PP sono state testate in diverse condizioni utilizzando l’apparecchiatura Rosand RH10 NETZSCH. Per lo stesso materiale, è possibile ottenere risultati di prova molto accurati sia utilizzando il cilindro sinistro che quello destro. Quando si testano materiali diversi utilizzando il sistema a doppio cilindro, non solo è possibile migliorare l’efficienza delle prove e ridurre efficacemente i tempi di prova, ma è anche possibile effettuare un confronto molto intuitivo dei risultati al termine della prova.