SUCCESVERSLAG VAN KLANT
Inzicht in smeltbreuk in polymeerverwerking met NETZSCH capillaire ruismeters
Dit is een succesverhaal van Don Fleming. Als oprichter van Fleming Polymer Testing levert hij sinds 1988 contracttestdiensten aan de polymeerindustrie met behulp van de NETZSCH capillaire reometers RH2000, RH7 en RH10.
Introductie van Don Fleming
"Mijn naam is Don Fleming. Ik ben afgestudeerd als werktuigbouwkundig ingenieur aan de Bradford University voordat ik mijn PhD behaalde op dezelfde afdeling. De belangrijkste gebieden van mijn onderzoek waren de reactieve extrusie van vernet LLDPE- en PET-schuimen via dubbelschroefextrusie en de capillaire reometer van de afdeling was een essentieel onderdeel van dit werk, wat er uiteindelijk toe leidde dat ik begin jaren negentig voor Rosand ging werken. In 1998 richtte ik Fleming Polymer Testing op met capillaire reometrie als hoeksteen van mijn bedrijf, dat testwerk op contractbasis uitvoert voor de polymeerindustrie.
Toen ik met het bedrijf begon, stond het vast dat de reometer de Rosand twin bore zou worden en na het zien van vele andere reometers in het veld, is er geen twijfel mogelijk dat de Rosand het belangrijkste instrument was en nog steeds is.
Het bedrijf heeft nu een RH2000, RH7 en RH10. Alle drie de instrumenten hebben gewerkt op een reeks materialen, niet alleen polymeren, en de flexibiliteit en gevoeligheid hebben het mogelijk gemaakt om complexe werkzaamheden, zoals de hieronder beschreven smeltfractuur, met gemak uit te voeren.
Het doel: polymeerprocesproblemen uit de praktijk oplossen
Sindsdien is het bedrijf uitgebreid en geconsolideerd tot het distributeurschap van de Compuplast suite van vloeisimulatiesoftware, die natuurlijk sterk steunt op gegevens van de reometer. Het bedrijf heeft me in staat gesteld om naar veel van 's werelds grootste polymeerbedrijven te reizen om trainingen en seminars te geven en om de academische aspecten van reometrie te combineren met het oplossen van echte procesproblemen. De routinematige elementen van het testen in combinatie met de strenge eisen van de stromingssimulatie betekenen dat alle aspecten van de mogelijkheden van de reometer worden getest, van het opzwellen van de matrijs tot het slippen van de wand en van smeltfractuur tot extensieviscositeit.
Inzicht in smeltbreuk en smeltbreuk bij de verwerking van polymeren
Een van de meest intrigerende en problematische aspecten van de verwerking van polymeren is smeltfractuur. Smeltfractuur heeft tot gevolg dat het oppervlak van het geëxtrudeerde polymeer ruw en golvend wordt, zoals te zien is in figuur 1. Dit is duidelijk een ernstig probleem als we, en dat is in de meeste gevallen zo, een glad en defectvrij oppervlak willen hebben.
Dit is duidelijk een ernstig probleem als we willen, en in de meeste gevallen willen we dat, dat het oppervlak van ons product glad en vrij van defecten is; niemand wil een slecht uitziende kabel, profiel of buis produceren! De oorzaken van smeltbreuk en zijn zusterfenomeen, smeltbreuk, worden al tientallen jaren door wetenschappers onderzocht, zonder dat er aantoonbaar veel consensus is. Eén aspect waarover echter geen discussie bestaat, is dat het optreedt bij een specifieke, kritische spanning en deze spanning kan alleen worden gemeten op de capillaire reometer.
Figuur 2 toont de drukschommelingen die de reometer ervaart wanneer hij in aanraking komt met een smeltend polymeer. Zodra de oppervlaktevervorming begint, krijgt de drukopnemer met lange matrijs te maken met een cyclische golving waarbij geen drukevenwicht mogelijk is; om een schuifspanningswaarde te berekenen, moet de druk in een evenwichtstoestand zijn.
Als we ons niet bewust zijn van dit fenomeen, produceren we heel vaak een afschuifviscositeitsfunctie die eruitziet als die van figuur 3, waar een plateaugebied bestaat. Dit plateau is niet echt, maar een uiting van hoe de reometer een evenwichtsdruk zoekt, deze niet kan vinden en dan verder gaat met de volgende afschuifsnelheid. Hoewel dit resultaat niet echt is, is het wel een indicatie van smeltfractuur en een visueel onderzoek van het extrudaat zal dit vaak bevestigen. Verder kan de kritische schuifspanning uit figuur 3 worden afgeleid als de schuifspanning waarbij het plateau begint; 500kPa in dit geval.
Het academische werk bevestigt dat de kritische spanning onafhankelijk is van de temperatuur en het gemiddelde gewicht van de moleculen, waardoor het in wezen onmogelijk is om te bestralen als de massadoorvoer en/of de geometrie van de matrijs behouden blijft.
Figuur 4 toont smeltfractuur in een 100% metalloceen gekatalyseerd lineair polyethyleen met lage DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid (LLDPE) en het is duidelijk dat de kritische spanning rond 450 kPa ligt. Wanneer het metalloceen wordt vermengd met een stijgend aandeel Zieger Natta gekatalyseerde kwaliteit, is het duidelijk dat de kritische spanning afneemt; wanneer het aandeel metalloceen daalt tot 60%, daalt de kritische spanning tot ongeveer 410 kPa en tot ongeveer 340 kPa bij 20%.
Dit belangrijke resultaat biedt een van de weinige methoden waarmee de kritische spanning kan worden verlaagd en hoe deze alleen kan worden gedetecteerd en gemeten met behulp van capillaire reometrie."
Erkenning
Hartelijk dank aan Don Fleming van Fleming Polymer Testing voor het delen van zijn expertise over smeltfracturen bij het verwerken van polymeren. Don heeft laten zien hoe kritische schuifspanning kan worden gemeten en begrepen - waardoor complex stromingsgedrag wordt omgezet in waardevolle inzichten. We zijn er trots op dat we dit belangrijke werk kunnen ondersteunen met onze betrouwbare, zeer nauwkeurige reometers.
