Scufundarea în elementele de bază ale reologiei termoplasticelor

Reologia este știința care studiază curgerea și deformarea materialelor, cu rădăcini în legile elasticității și vâscozității propuse de Hooke și Newton la sfârșitul secolului al^XVII-lea. Polimerele termoplastice topite sunt utilizate pe scară largă în multe procese industriale moderne pentru fabricarea unei multitudini de obiecte. Polimerii sunt utilizați pentru că sunt relativ ieftini pentru a fi transformați în forme complexe în stare topită. Cu toate acestea, trebuie să înțelegem modul în care acestea curg atunci când sunt prelucrate [1].

Factorii care influențează comportamentul de curgere al polimerilor

Polimerii sunt materiale complicate de caracterizat reologic deoarece există mulți factori care le influențează proprietățile de curgere. Exemple de factori care influențează comportamentul de curgere pot include temperatura de prelucrare, viteza de curgere, timpul de rezidență etc.

În plus, proprietățile reologice ale polimerilor se situează între cele ale unui lichid și cele ale unui solid. Acest lucru conduce la dependența de timp a proprietăților de curgere și a altor caracteristici importante, dintre care unele sunt discutate mai jos [1].

Proprietăți reologice importante ale polimerilor

Vâscozitatea topiturii este bine cunoscută ca fiind dependentă în mod critic de temperatură. Prin scăderea temperaturii unei matrițe până când piesa produsă are un finisaj mat, inginerul de proces poate afla temperatura minimă (deci vâscozitatea maximă a rășinii) la care procesul poate fi derulat fără ca defectele de suprafață să devină evidente. Reducerea temperaturii matriței economisește energie și poate reduce durata ciclurilor, astfel încât înțelegerea dependenței de temperatură a vâscozității topiturii este foarte utilă.

Se știe că topiturile polimerice prezintă umflarea matriței atunci când sunt extrudate. Acest fenomen se manifestă ca o creștere a diametrului unui produs extrudat după ieșirea din matriță. Cantitatea de umflare a filierei este legată de cantitatea de deformare elastică a materialului la intrarea în filieră. Un alt fapt care trebuie luat în considerare este faptul că gradul de umflare a filierei (mai corect, umflarea extrudatului) depinde de lungimea filierei atunci când materialul este extrudat la un debit constant. Cu alte cuvinte, topiturile polimerice prezintă o dependență de timp, deoarece materialul uită deformarea elastică aplicată la intrarea în filieră; cu cât materialul petrece mai mult timp în filieră, cu atât umflarea filierei este mai mică.

Elasticitatea topiturii poate avea, de asemenea, implicații profunde pentru multe alte procese polimerice, cum ar fi:

• Turnarea prin suflare, unde grosimea peretelui componentei suflate depinde de gradul de umflare care a avut loc în timpul procesului de extrudare înainte de închiderea formei.
• Formarea în vid sau termoformarea, unde polimerul trebuie să mențină un anumit grad de elasticitate pentru a preveni căderea materialului înainte ca acesta să fie tras prin vid peste matrița de formare la rece. Dacă materialul nu are suficientă elasticitate, este posibil să intre în contact cu matrița răcită înainte de aplicarea vidului sau a presiunii [1].

Cum se caracterizează comportamentul de curgere al topiturii polimerice

Proprietățile de prelucrare a polimerilor depind, de asemenea, de concentrația de lubrifianți, plastifianți, umpluturi și alte componente din compusul prelucrat. Din această scurtă introducere, se poate înțelege că o caracterizare adecvată a comportamentului de curgere a topiturii polimerilor va necesita probabil instrumente sofisticate și versatile.

Din punctul de vedere al reologului, comportamentul de curgere al polimerului poate fi separat în mod convenabil în trei componente: Fluxurile de forfecare și de extensie, care sunt caracterizate prin vâscozitățile corespunzătoare și comportamentul elastic, care este caracterizat prin măsurarea modulului sau a rapoartelor de umflare [1].

Instrumentația corectă este esențială

Pentru caracterizarea completă a unui material, sunt necesare instrumente capabile să extragă acești parametri într-o gamă de temperaturi și viteze de forfecare/extensie. Aparatele moderne de testare reologică de laborator pot fi împărțite în două mari categorii: reometre rotaționale Kinexus și reometre capilare Rosand. În plus, instrumentele de analiză termică precum Calorimetria diferențială cu scanare, Analiza mecanică dinamică și Analiza termomecanică permit, de asemenea, o perspectivă valoroasă asupra proprietăților materialelor.

În articolul următor, veți afla cum poate fi utilizat reometrul nostru rotațional Kinexus pentru caracterizarea termoplasticelor.

Sursa

[1] Testarea reologică a polimerilor și determinarea proprietăților utilizând reometre rotaționale și reometre de extrudare capilară (azom.com)

Mulțumim Dr. Bob Marsh (fost angajat al Malvern Panalytical) ca autor original al acestui articol!