Quando as curvas de fluxo de viscosidade de cisalhamento não são suficientes: A Viscosidade de Extensão

Introdução

O índice de fluxo de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão (MFI, também designado MFR, melt flow rate) é um método popular de medir a fluidez de polímeros termoplásticos sob condições específicas. Ele determina a quantidade de fluxo de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão de um polímero por meio de um molde padrão em 10 minutos sob uma temperatura e carga especificadas. O teste de índice de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão, MI, fornece informações sobre o comportamento do fluxo de materiais poliméricos para taxas de cisalhamento que podem não ser relevantes para o processamento (consulte nossa Nota de Aplicação 329 [1]). Uma curva de fluxo de ampla faixa de taxa de cisalhamento obtida com o reômetro capilar Rosand fornece suporte teórico para o comportamento adverso dos materiais poliméricos durante o processamento, além de orientação para o controle de qualidade do material polimérico e ajuste do processamento.

Imagine o seguinte cenário:
Cliente: Tenho vários lotes de materiais poliméricos, e todos os indicadores do controle de qualidade da fábrica são consistentes. A curva de fluxo é a mesma, portanto, a fluidez deve ser consistente. No entanto, o feedback do cliente no final do processo mostra que há problemas durante o processamento. Alguns lotes de polímeros podem ser moldados por sopro normalmente, enquanto outros apresentam sérias rupturas de sopro sob as mesmas condições de moldagem por sopro (temperatura, pressão, taxa de fluxo de ar etc.), causando grande ineficiência e desperdício.

Isso se deve ao processo de moldagem por sopro. O processo de moldagem por sopro consiste em três etapas básicas, conforme mostrado na figura 1:

• Formação do parison: A matéria-prima é processada em um parison moldado (injeção ou extrusão) e, em seguida, o parison é colocado em um molde de moldagem por sopro.
• Moldagem por sopro: O ar comprimido é injetado no parison para soprá-lo firmemente contra a parede do molde.
• Resfriamento do produto: A pressão de insuflação é mantida até que o produto esfrie e endureça.

Durante a segunda etapa da moldagem por sopro, o material apresenta um comportamento de fluxo de tração em vez de fluxo de cisalhamento, de modo que a curva de fluxo de viscosidade de cisalhamento não pode ser usada para avaliar totalmente o comportamento da moldagem por sopro. Aqui, a viscosidade de extensão é necessária.

Condições de medição - Modelo de Cogswell

Por meio do nosso reômetro capilar Rosand, podemos obter simultaneamente a viscosidade de cisalhamento e a viscosidade de tração. Quando o polímero fundido entra na matriz longa, ele é submetido a forças de cisalhamento e de tração, mas quando o polímero fundido entra na matriz zero, ele é submetido apenas à força de tração, conforme mostrado na figura 2. Nesse caso, podemos calcular a viscosidade de extensão da matriz longa e da matriz zero de acordo com o modelo de fluxo convergente de Cogswell, que pode ser usado para avaliar o comportamento de estiramento durante o processamento, inclusive durante a moldagem por sopro, a fiação e a moldagem de formação de filme de estiramento biaxial.

O modelo de Cogswell é o seguinte:

Uma amostra de grânulos de ABS (figura 3) foi investigada sob as condições de medição detalhadas na tabela 1.

Tabela 1: Condições de medição

Resultados da medição

Com o reômetro capilar de furo duplo NETZSCH Rosand, a viscosidade de cisalhamento e a viscosidade de extensão podem ser obtidas simultaneamente. A Figura 4 mostra os resultados da curva de fluxo da viscosidade de cisalhamento comum para dois lotes diferentes de amostras de ABS a 210°C. As curvas de viscosidade de cisalhamento são quase idênticas; o valor da viscosidade em uma taxa de cisalhamento específica é consistente, assim como o grau de afinamento do cisalhamento. No entanto, os dois lotes apresentaram diferentes capacidades de moldagem por sopro. O lote nº 1 era propenso à quebra por sopro sob as mesmas condições de processamento. Na curva de fluxo de viscosidade de cisalhamento, essas duas amostras não apresentaram diferença. Isso se deve ao fato de a moldagem por sopro ser uma forma de processamento que envolve mais comportamento de alongamento. Portanto, a curva de fluxo de viscosidade de cisalhamento comum não foi suficiente para avaliar completamente essa tecnologia de processamento.

A Figura 5 mostra os resultados da curva de fluxo da viscosidade de extensão para dois lotes da amostra de ABS a 210°C. Embora a viscosidade de cisalhamento seja totalmente a mesma, a viscosidade de extensão apresentou uma grande diferença. A amostra nº 1 apresentou uma viscosidade de extensão geral mais alta do que a nº 2, e é por isso que a nº 1 estava propensa a quebrar durante a moldagem por sopro. Uma viscosidade de extensão mais alta torna o material mais difícil de ser deformado sob as mesmas condições, o que significa que o material é mais elástico e a taxa de alongamento é pior. Portanto, durante o processo de moldagem por sopro, uma taxa de alongamento ruim facilita a quebra do material. A diferença entre as viscosidades de extensão pode ser afetada pelos diferentes comportamentos de ramificação e CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização (uniformidade de cargas inorgânicas, que podem afetar a taxa de nucleação de polímeros sob a temperatura específica etc.) das amostras.

Conclusão

A curva de fluxo de viscosidade de cisalhamento às vezes não consegue refletir totalmente o comportamento de fluxo dos materiais poliméricos durante determinado processamento, se esse processamento incluir comportamento de alongamento, como moldagem por sopro, fiação ou moldagem de formação de filme de alongamento biaxial. O reômetro capilar de furo duplo da NETZSCH Rosand pode fornecer curvas de fluxo de viscosidade de cisalhamento e extensão simultaneamente em um teste, e a viscosidade de extensão pode ajudar a avaliar o comportamento de alongamento durante esses processos, fornecendo assim orientação para o controle de qualidade do material polimérico e o ajuste do processamento.