Введение
Реологические свойства полимерных расплавов лежат в основе процессов формования и переработки. С помощью капиллярного реометра можно исследовать изменения вязкости полимерного расплава при различных температурах и скоростях сдвига, а также эффективно прогнозировать поведение полимеров при переработке, что обеспечивает прочную научную основу для переработки и контроля качества полимерных материалов.
Как правило, реологические свойства полимерных материалов исследуются с помощью одноцилиндровой системы, что требует значительного времени для испытания различных типов или партий полимерных образцов в разных условиях. Поэтому для повышения эффективности испытаний проверенным методом является использование двухцилиндрового капиллярного реометра для одновременного тестирования двух образцов, что позволяет эффективно сократить время ожидания стабилизации температуры между испытаниями. В данной работе была проанализирована осуществимость двухцилиндрового испытания путем проведения серии испытаний на полиэтилене (ПЭ) и полипропилене (ПП) с использованием двухцилиндрового капиллярного реометра Rosand RH10 компании « NETZSCH » (рис. 1).
Условия измерения и метод испытаний
Условия проведения измерений подробно изложены в таблице 1. После установки матриц под левым и правым цилиндрами и стабилизации температуры на уровне 200 ± 0,1 °C гранулы ПЭ или ПП поочередно медленно загружались в левый и правый цилиндры, прессувались до давления 1 МПа, а затем предварительно нагревались при постоянной температуре в течение 8 минут. Измерение начиналось после завершения этапа сжатия.
Таблица 1: Условия измерения
| Прибор | NETZSCH Rosand RH10 |
| Образцы | ПЭ, ПП |
Датчик датчик давления | 10 000 psi и 5 000 psi |
| Характеристики матрицы | L = 16 мм, D = 1 мм |
| Испытательная температура | 200 °C |
| Диапазон скорости сдвига | 10 ~ 10 000 с⁻¹ |
Результаты измерений и обсуждение
На рисунке 2 представлены кривые сдвиговой вязкости одного и того же материала из полиэтилена (ПЭ), испытанного при температуре 200 °C и скорости сдвига 10 ~ 10 000 с⁻¹, с использованием двухцилиндровой системы, в которой левый и правый цилиндры работали с матрицей с соотношением длины к диаметру (L/D) 16/1, а также датчики давления 10 000 psi и 5 000 psi соответственно.
Данные испытаний и значения отклонений приведены в таблице 2. Как видно из рисунка 2, кривые сдвиговой вязкости, полученные при испытаниях с использованием левого и правого цилиндров, демонстрируют очень хорошую повторяемость. Кроме того, как показано в таблице 2, отклонения значений сдвиговой вязкости, полученных при различных скоростях сдвига, составляют менее 1 %. Таким образом, точные результаты можно получить при проведении испытаний как с использованием левого, так и правого цилиндра.
Таблица 2: Данные испытаний и отклонение PE в левом и правом цилиндрах при 200 °C
| Скорость сдвига (с⁻¹) | Сдвиговая вязкость (Пa·с) | Среднее значение (Па·с) | Отклонение (%) | |
| Левый цилиндр | Правый цилиндр | |||
| 10 | 2259,40 | 2241,22 | 2250,31 | 0,40 |
| 21,5 | 1583,38 | 1558,92 | 1571,15 | 0,78 |
| 46,42 | 1079,93 | 1059,68 | 1069,81 | 0,95 |
| 100 | 727,73 | 716,45 | 722,09 | 0,78 |
| 215,32 | 493,07 | 492,14 | 492,61 | 0,09 |
| 464,63 | 308,37 | 305,36 | 306,86 | 0,49 |
| 999,96 | 188,81 | 189,83 | 189,32 | -0,27 |
| 2155,44 | 114,09 | 114,57 | 114,33 | -0,21 |
| 4642,62 | 68,74 | 68,74 | 68,74 | 0,01 |
| 10001,14 | 41,09 | 40,92 | 41,01 | 0,20 |
На рисунке 3 представлены кривые кажущейся сдвиговой вязкости ПЭ (левый цилиндр, черный) и ПП (правый цилиндр, красный), испытанных с помощью системы с двумя цилиндрами при температуре 200 °C и скорости сдвига 50–3000 с⁻¹, при этом левый и правый цилиндры использовались с матрицей с соотношением L/D 16/1 и датчиками давления 10 000 psi и 5 000 psi соответственно. Как видно на рисунке 3, сдвиговая вязкость ПП значительно ниже, чем у ПЭ, при той же скорости сдвига. Таким образом, испытание с использованием двухцилиндровой системы позволяет не только одновременно получить данные о сдвиговой вязкости двух материалов, но и сразу же после испытания наглядно сравнить их вязкости.
Сдвиговая вязкость — это свойство материала, характеризующее степень сопротивления жидкости деформации при сдвиге.
Кажущаяся вязкость при сдвиге — это значение вязкости, которое измеряется или рассчитывается при определенной скорости сдвига, особенно для жидкостей, вязкость которых изменяется в зависимости от условий течения.
Капиллярный реометр Rosand с двойным проходом позволяет учитывать поправки, связанные с неньютоновским поведением и эффектами входного сечения, для прямого определения вязкости при сдвиге.
Заключение
В данной работе реологические свойства материалов PE и PP исследовались в различных условиях с использованием оборудования Rosand RH10 компании « NETZSCH ». Для одного и того же материала можно получить очень точные результаты испытаний как при использовании левого, так и правого цилиндра. При испытании различных материалов с помощью двухцилиндровой системы можно не только повысить эффективность испытаний и существенно сократить время их проведения, но и провести очень наглядное сравнение результатов по окончании испытаний.