Introducere
Indicatorii de control al calității în fabrică pentru materialele polimerice includ de obicei punctul de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire, Tm, temperatura de tranziție vitroasă, Tg, și indicele de fluiditate a topiturii, MFI. Cu toate acestea, putem fi siguri că produsul nostru poate fi fabricat în mod fiabil și că procesul de producție se desfășoară fără probleme și în mod consecvent doar prin raportarea la acești indicatori? Cazul următor arată că răspunsul la această întrebare nu este neapărat afirmativ.
Client: Am mai multe loturi de policarbonat pentru filarea fibrelor, iar toți indicatorii de control al calității din fabrică sunt consecvenți. Indicele fluxului de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire este, de asemenea, același, deci cred că fluiditatea ar trebui să fie constantă. Cu toate acestea, există probleme în timpul procesării. Unele loturi de polimer pot fi filate fără probleme, în timp ce altele prezintă rupturi grave ale fibrelor și nu pot forma continuu fibre.
Toate loturile au aceleași valori MFI. În cadrul acestei metode, polimerul topit este extrudat printr-o filieră capilară la o temperatură constantă, iar viteza de curgere a materialului este măsurată într-un interval de timp stabilit (figura 1, stânga), oferind o perspectivă asupra proprietăților de curgere ale polimerului. MFI este reprezentativ pentru vâscozitatea de forfecare într-un singur punct (figura 1, dreapta). Această metodă de testare este similară reometrului capilar, dar limitată la o gamă de rate de forfecare small. Cu toate acestea, procesele de producție, cum ar fi extrudarea, turnarea prin injecție, filarea etc., se desfășoară la rate de forfecare mai mari decât cele caracterizate prin metoda MFI. Prin urmare, rezultatele testelor MFI nu pot reflecta pe deplin comportamentul de curgere al materialelor în cadrul diferitelor tehnici de prelucrare (figura 1, dreapta). În acest moment, este necesar să se stabilească o curbă de curgere cu o gamă mai largă de rate de forfecare pentru evaluarea fluidității polimerilor în condiții de prelucrare. Soluția este utilizarea reometrului capilar Rosand. Prin urmare, acesta a fost utilizat în acest studiu pentru a obține vâscozitatea de forfecare pe o gamă largă de viteze de forfecare pentru a înțelege dacă comportamentul între loturi variază la aceste viteze de forfecare mai mari relevante pentru filare.
Condiții de măsurare
Condițiile de măsurare sunt detaliate în tabelul 1.
Tabelul 1: Condiții de măsurare
| Mostră | Policarbonat PC (componentă principală) |
|---|---|
| Modul de testare | Test cu rată de forfecare constantă (curbă de curgere), un singur orificiu |
| Temperatura | 260°C |
| Senzor de presiune | 10000 psi |
| Matriță | 1:16 |
*componentele modificate sunt acum cunoscute
Rezultatele măsurătorilor
Figura 2 prezintă rezultatele curbei de curgere pentru două loturi diferite de policarbonat la 260°C. Ambele prezintă o stare fluidă de slăbire prin forfecare cu un platou de forfecare zero, în care vâscozitatea de forfecare nu se modifică în funcție de viteza de forfecare; acesta este un feedback al vâscozității probei la viteze de forfecare scăzute. Aceasta poate fi legată de vâscozitatea intrinsecă IV și există o relație liniară între vâscozitatea la forfecare zero și IV. Aceste două loturi de probe au aceeași vâscozitate la forfecare zero. Intervalul vitezei de forfecare pentru testarea MFI se încadrează exact în platoul vâscozității la forfecare zero, astfel încât se explică faptul că clientul nu a observat o diferență în MFI între cele două loturi de probe. Cu toate acestea, odată cu creșterea vitezei de forfecare, există o diferență semnificativă în comportamentul de subțiere prin forfecare. Vâscozitatea lotului 1 a scăzut lent odată cu creșterea vitezei de forfecare, în timp ce vâscozitatea lotului 2 a scăzut rapid. În funcție de parametrii de prelucrare, cum ar fi forma matriței, dimensiunea matriței și debitul volumic furnizate de client, se estimează că rata de forfecare la sediul clientului este de aproximativ 1 300 s-1. După cum se arată în figura 2, se poate observa că, deși rezultatele MFI sunt aceleași, există o diferență semnificativă în vâscozitatea de forfecare la 1300 s-1 (linia albastră), ceea ce explică problemele de prelucrare ale clientului. Deoarece au fost utilizate aceleași condiții de prelucrare, cele două loturi s-au comportat foarte diferit, ceea ce a dus la ruperi etc.
Vâscozitatea intrinsecă (IV) descrie capacitatea unui polimer de a crește vâscozitatea unui solvent [1]. Se măsoară prin determinarea vâscozității relative a mai multor soluții de polimeri la concentrații diferite [2]. Vâscozitatea intrinsecă a unui polimer este strâns legată de greutatea sa moleculară.
Concluzie
Indicele fluxului de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire, MFI, nu surprinde comportamentul de curgere al materialelor polimerice în timpul procesării, deoarece este limitat la o gamă îngustă de rate de forfecare. În schimb, testele efectuate cu ajutorul reometrului capilar Rosand generează curbe de curgere pe o gamă mai largă de viteze de forfecare, oferind informații valoroase cu privire la potențialele probleme de prelucrare a materialelor polimerice. Ca urmare, acest reometru este un instrument esențial pentru controlul calității și optimizarea condițiilor de prelucrare.