Historia sukcesu klienta
Zrozumienie pękania stopu w przetwarzaniu polimerów za pomocą reometrów kapilarnych NETZSCH
To jest historia sukcesu klienta autorstwa Dona Fleminga. Jako założyciel firmy Fleming Polymer Testing, od 1988 roku świadczy usługi testowania polimerów na zlecenie, wykorzystując reometry kapilarne NETZSCH RH2000, RH7 i RH10.
Wprowadzenie Dona Fleminga
"Nazywam się Don Fleming. Ukończyłem inżynierię mechaniczną na Uniwersytecie Bradford, a następnie podjąłem studia doktoranckie na tym samym wydziale. Głównym obszarem moich badań było reaktywne wytłaczanie usieciowanych pianek LLDPE i PET za pomocą wytłaczania dwuślimakowego, a reometr kapilarny na wydziale był istotną częścią tej pracy, co ostatecznie zaowocowało pracą dla Rosand na początku lat 90-tych. Założyłem Fleming Polymer Testing w 1998 roku, wykorzystując reometrię kapilarną jako kamień węgielny mojej działalności, zapewniając badania kontraktowe dla przemysłu polimerowego.
Rozpoczynając działalność, było oczywiste, że reometrem będzie Rosand z podwójnym otworem, a po obejrzeniu wielu innych reometrów w terenie, nie ma wątpliwości, że Rosand był i nadal jest najlepszym instrumentem.
Firma posiada obecnie RH2000, RH7 i RH10. Wszystkie trzy instrumenty pracowały na wielu materiałach, nie tylko polimerach, a ich elastyczność i czułość pozwoliły na łatwe wykonywanie złożonych prac, takich jak opisane poniżej pękanie stopu.
Cel: rozwiązywanie rzeczywistych problemów związanych z procesami polimerowymi
Od tego czasu firma rozszerzyła się i skonsolidowała, obejmując dystrybucję pakietu oprogramowania do symulacji przepływu Compuplast, które oczywiście w dużej mierze opiera się na danych z reometru. Firma umożliwiła mi podróżowanie do wielu największych na świecie firm zajmujących się polimerami, aby prowadzić zarówno szkolenia, jak i seminaria oraz łączyć akademickie aspekty reometrii z rozwiązywaniem rzeczywistych problemów procesowych. Rutynowe elementy testowania wraz z rygorystycznymi symulacjami przepływu oznaczają, że wszystkie aspekty możliwości reometru są ćwiczone, od pęcznienia matrycy do poślizgu ścianek i pękania stopu do lepkości rozciągającej.
Zrozumienie pękania stopu i zerwania stopu w przetwarzaniu polimerów
Jednym z najbardziej intrygujących i problematycznych obszarów przetwarzania polimerów jest pękanie stopu. Pękanie stopu powoduje, że powierzchnia wytłaczanego polimeru staje się szorstka i pofałdowana, jak pokazano na rysunku 1.
Jest to niewątpliwie poważny problem, jeśli potrzebujemy, a w większości przypadków potrzebujemy, aby powierzchnia naszego produktu była gładka i wolna od wad; nikt nie chce produkować źle wyglądającego kabla, profilu lub rury! Przyczyny pękania stopionego materiału i jego siostrzanego zjawiska, pęknięcia stopionego materiału, są przedmiotem badań naukowych od dziesięcioleci, bez większego konsensusu. Jednak jednym z aspektów, który nie podlega dyskusji, jest to, że występuje ono przy określonym, krytycznym naprężeniu, a naprężenie to można zmierzyć tylko za pomocą reometru kapilarnego.
Rysunek 2 przedstawia wahania ciśnienia doświadczane przez reometr po napotkaniu polimeru pękającego w stanie stopionym. Po rozpoczęciu odkształceń powierzchni przetwornik ciśnienia z długą matrycą napotyka cykliczną falę, podczas której równowaga ciśnienia nie jest możliwa; aby obliczyć wartość naprężenia ścinającego, ciśnienie musi znajdować się w stanie równowagi.
Jeśli nie jesteśmy świadomi tego zjawiska, bardzo często tworzymy funkcję lepkości ścinania, która wygląda jak na rysunku 3, gdzie istnieje obszar plateau. To plateau nie jest prawdziwe, ale jest przejawem tego, jak reometr szuka ciśnienia równowagi, nie może go znaleźć, a następnie przechodzi do następnej szybkości ścinania. Chociaż wynik ten nie jest rzeczywisty, wskazuje na pęknięcie stopu, a wizualne badanie wytłoczyny często to potwierdza. Co więcej, krytyczne naprężenie ścinające można wyodrębnić z rysunku 3 jako naprężenie ścinające, przy którym zaczyna się plateau; w tym przypadku 500 kPa.
Prace naukowe potwierdzają, że naprężenie krytyczne jest niezależne od temperatury i średniej masy cząsteczkowej, w związku z czym napromieniowanie jest zasadniczo niemożliwe, jeśli zachowana jest przepustowość masy i/lub geometria matrycy.
Rysunek 4 przedstawia pęknięcie stopu objawiające się w 100% katalizowanym metalocenem liniowym polietylenie o niskiej gęstości (LLDPE) i wyraźnie widać, że naprężenie krytyczne wynosi około 450 kPa. Po zmieszaniu metalocenu z rosnącymi proporcjami katalizowanego gatunku Zieger Natta widać, że naprężenie krytyczne maleje; przy spadku do 60% udziału metalocenu naprężenie krytyczne zmniejsza się do około 410 kPa, zmniejszając się do około 340 kPa przy 20%.
Ten ważny wynik zapewnia jedną z niewielu metod, za pomocą których można zmniejszyć naprężenie krytyczne i jak można je wykryć i zmierzyć tylko za pomocą reometrii kapilarnej"
Podziękowania
Wielkie podziękowania dla Dona Fleminga z Fleming Polymer Testing za podzielenie się swoją wiedzą na temat pękania stopionego polimeru. Don zademonstrował, w jaki sposób można zmierzyć i zrozumieć krytyczne naprężenie ścinające - przekształcając złożone zachowanie przepływu w cenne spostrzeżenia. Jesteśmy dumni, że możemy wspierać tę ważną pracę naszymi niezawodnymi, precyzyjnymi reometrami.
