De basis van capillaire reometrie

Welke gegevens kunnen worden verkregen met een capillaire reometer?

• Smeltviscositeit

Viscositeit kan worden gezien als de vloeibaarheid van een vloeistof, of hoeveel weerstand het biedt tegen stroming. Viscositeit, η, wordt uitgedrukt als de verhouding tussen schuifspanning (kracht per oppervlakte-eenheid) en schuifsnelheid (snelheidsverandering van schuifrek). [2]

• Gedrag bij hoge afschuifsnelheid

De afschuifsnelheid is de snelheid waarmee een vloeistof afschuift of vervormt tijdens de stroming. In meer technische termen is het de snelheid waarmee vloeistoflagen langs elkaar heen bewegen. Als iemand bijvoorbeeld snel een heel dun laagje zalf, crème of lotion op de huid wrijft, dan is de afschuifsnelheid veel hoger dan wanneer dat materiaal langzaam uit de tube wordt geknepen. [3]

• Uitrekbare eigenschappen

Extensiestroming treedt op wanneer het materiaal niet in contact is met vaste grenzen, zoals het geval is bij het trekken van filamenten, vezels, films, vellen of het opblazen van bellen. Convergerende stromingen bij de inlaten van matrijzen zijn ook extentioneel van aard. [4] Extensie-eigenschappen zijn onder andere extensie-reksnelheid en extensie-viscositeit.

• Smeltfractuur (stromingsinstabiliteit)

Smeltfractuur wordt gedefinieerd als het fenomeen dat veroorzaakt wordt door overmatige schuifspanning uitgeoefend op de gesmolten hars die leidt tot ruwheid in het extrudaat. [5] Het is een ongewenst oppervlakte-effect dat ook de eigenschappen van het onderdeel kan beïnvloeden. Omdat het optreedt bij hoge afschuifspanningen voor het onderzochte materiaal, kan het verminderd of geëlimineerd worden door de verwerkingscapaciteit te verlagen.

• Spanningsrelaxatie (relatief)

Spanningsrelaxatie is een tijdsafhankelijke afname van spanning onder een constante rek. Dit karakteristieke gedrag van het polymeer wordt bestudeerd door een vaste hoeveelheid vervorming aan te brengen op een proefstuk en de belasting te meten die nodig is om deze vervorming in stand te houden als functie van de tijd. [6]

• Smeltsterkte

Smeltsterkte kan worden beschreven als de weerstand van een polymeer tegen uitrekken. De smeltsterkte van een materiaal is gerelateerd aan de moleculaire ketenverstrengeling van het polymeer en de weerstand tegen ontwarring onder rek. De eigenschappen van het polymeer die de weerstand tegen ontwarren beïnvloeden, zijn het moleculaire gewicht, de verdeling van het molecuulgewicht (MWD) en de vertakking van de moleculen. Naarmate elke eigenschap toeneemt, verbetert de smeltsterkte bij lage afschuifsnelheden. [7] Het is een belangrijke eigenschap voor succesvolle extrusie van kunststof materialen.

• Opzwellen

Matrijszwelling treedt op wanneer een materiaal uit de capillaire matrijs stroomt. Eén manier om uitzetting te verklaren is het vermogen van de polymeermelt om zijn stromingsgeschiedenis te onthouden. Het idee is om een vloeibaar element dat vanuit het reservoir in een capillaire matrijs stroomt, voor te stellen als een korte, dikke cilinder die in een lange, slanke cilinder wordt geperst. Als de verblijftijd van het vloeistofelement in de matrijs korter is dan de tijd van het vervagende geheugen (relaxatietijd), zal het proberen terug te keren naar zijn oorspronkelijke vorm en het zweleffect veroorzaken. [8]

• pvT-gedrag en samendrukbaarheid

pvT onderzoekt de relatie tussen druk en volume in een materiaal. Het geeft ook een indicatie van hoe samendrukbaar een polymeermelt is. Omdat polymeren bij hoge temperaturen en drukken worden verwerkt, is de relatie tussen druk, volume en temperatuur van groot belang.