お客様のサクセスストーリー
NETZSCH キャピラリーレオメーターを用いたポリマー加工における溶融破壊の理解
これは、ドン・フレミング氏によるお客様のサクセスストーリーです。Fleming Polymer Testing社の創立者として、同氏は1988年以来、NETZSCH キャピラリレオメータRH2000、RH7、RH10を使用して、ポリマー業界に受託試験サービスを提供しています。
ドン・フレミングの紹介
「私の名前はドン・フレミングです。ブラッドフォード大学の機械工学科を卒業後、同学科で博士号を取得しました。私の実質的な研究分野は、二軸押出による架橋LLDPEおよびPETフォームの反応押出で、同学科のキャピラリーレオメーターはこの研究に不可欠なものでした。1998年にフレミング・ポリマー・テスティングを設立し、キャピラリーレオメーターを事業の基盤として、ポリマー業界に受託試験業務を提供するようになりました。
事業を始めるにあたり、レオメータはロザンド社のツインボアを使用することが決まっていましたが、現場で多くのレオメータを見てきた結果、ロザンド社が最高の装置であることは疑う余地がありません。
現在では、RH2000、RH7、RH10を所有しており、この3つの装置はすべて、ポリマーだけでなく、さまざまな材料に対応しています。その柔軟性と感度のおかげで、以下に説明する溶融破壊のような複雑な作業も簡単に行うことができます。
目標：現実のポリマープロセスの問題を解決する
それ以来、この事業は拡大・統合され、レオメーターからのデータに大きく依存するコンピュプラスト社の一連の流動シミュレーションソフトウェアの販売代理店となりました。この事業のおかげで、私は世界有数のポリマー企業の多くに出向いてトレーニングやセミナーを行い、レオメーターの学術的な側面と現実のプロセス問題の解決との橋渡しをすることができました。日常的な試験と流動シミュレーションの厳しさは、ダイスウェルからウォールスリップ、メルトフラクチャー、伸長粘度に至るまで、レオメーターの能力のあらゆる側面を発揮することを意味します。
ポリマー加工における溶融破壊とメルト・ラプチャーを理解する
ポリマー加工で最も興味をそそられ、問題となる分野のひとつが、メルトフラクチャー（溶融破壊）である。 メルトフラクチャーは、図1に示すように、押し出されたポリマーの表面が粗くなったり、うねったりする。
これは、製品の表面が滑らかで欠陥がないことが必要な場合、そしてほとんどの場合そうである場合、明らかに深刻な問題です。誰も見栄えの悪いケーブル、プロファイル、パイプを製造したくはありません！メルトフラクチャーとその姉妹現象であるメルトラプチャーが発生する原因については、何十年もの間、学術的な検討が続けられてきた。しかし、1つだけ議論の余地がないのは、溶融破壊は特定の臨界応力で発生し、この応力はキャピラリーレオメーターでのみ測定できるという点です。
図2は、溶融破壊ポリマーに遭遇した際にレオメーターが経験する圧力変動を示しています。表面の変形が始まると、長尺のダイ圧力トランスデューサーは、圧力の平衡が不可能な周期的な起伏に遭遇します。
この現象に気づかないと、図3のようなプラトー領域が存在するようなせん断粘度関数を生成してしまうことがよくあります。このプラトーは現実のものではなく、レオメーターが平衡圧力を求めても見つからず、次のせん断速度に移行する様子を示すものです。この結果は現実のものではありませんが、メルトフラクチャーを示しており、押出物を目視することで確認できることがよくあります。さらに、臨界せん断応力は、プラトーが始まるせん断応力として図3から抽出することができます。
臨界応力は、温度や重量平均分子量に依存しないことが学術的に確認されており、その結果、マススループットやダイの形状を維持すれば、本質的に照射することは不可能である。
図4は、100%メタロセン触媒を使用した直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)の溶融破壊を示しており、臨界応力が約450kPaであることが明らかである。 メタロセンにZieger Natta触媒グレードの配合率を上げると、臨界応力が低下することが明らかである。メタロセンの配合率を60%まで下げると、臨界応力は約410kPaまで低下し、20%では約340kPaまで低下する。
この重要な結果は、臨界応力を減少させることができる数少ない方法の一つであり、キャピラリーレオメーターを用いてのみ検出・測定できる方法を提供するものである。"
謝辞
ポリマー加工における溶融破壊に関する専門知識を提供してくれたFleming Polymer Testing社のDon Fleming氏に感謝します。ドン氏は、臨界せん断応力を測定して理解することで、複雑な流動挙動を価値ある洞察に変えることができることを実証してくれました。当社は、信頼性の高い高精度レオメーターでこの重要な研究をサポートできることを誇りに思います。
