Введение
Скорость сдвига, представляющая интерес для реологических измерений, зависит от области применения. В таких быстрых процессах, как распыление, где материал быстро проталкивается через отверстие, используются высокие скорости сдвига до 100 000 с-1. Напротив, экструзия полимера, имеющего гораздо более высокую вязкость, осуществляется при значительно меньших скоростях, обычно более чем в 1000 раз меньших. Еще более низкие скорости сдвига используются для описания очень медленных процессов, таких как выравнивание.
Версии реометра
Выбор реометра зависит от требуемой скорости сдвига. В то время как Kinexus, как ротационный реометр, является предпочтительным прибором для измерения в диапазоне низких скоростей сдвига, для достижения высоких скоростей сдвига до 1 000 000 с-1 можно использовать капиллярный реометр Rosand.
Ниже приведена кривая вязкости полипропилена за почти 7 декад. Для этого использовались как ротационный реометр NETZSCH Kinexus, так и капиллярный реометр NETZSCH Rosand (см. условия измерений в таблице 1).
Таблица 1: Условия измерений
| Инструмент | Kinexus |
|---|---|
| Образец | Полипропилен |
| Геометрия | пластина-пластина, диаметр: 25 мм |
| Температура | 190°C |
| Измерительный зазор | 1 мм |
| Частота | 10-3 - 10 Гц |
| Напряжение сдвига | 1 000 Па |
| Прибор | Розанд |
|---|---|
| Температура | 190°C |
| Капиллярная матрица | Диаметр: 1 мм и 0,5 мм, длина: 16 мм |
| Нулевой штамп | Диаметр: 1 мм и 0,5 мм, длина: 0,25 мм |
| Капиллярная сторона датчика давления | 10,000 Psi (689.5 бар) |
| Нулевая сторона датчика давления | 1 500 Psi (103,4 бар) |
Замечания по условиям измерения
- Ротационный реометр Kinexus
Была проведена частотная развертка, а не, как можно было бы подумать, измерение вращения. Здесь использовалось правило Кокса-Мерца, согласно которому для ненаполненных полимеров комплексная сдвиговая вязкость в зависимости от частоты дает те же значения, что и сдвиговая вязкость в зависимости от скорости сдвига. Измерения колебаний имеют то преимущество перед измерениями вращения, что материал измеряется в состоянии покоя. Таким образом, полимер не подвергается воздействию центробежных сил и не вытекает из зазора, как это может произойти при вращательных измерениях при высоких скоростях сдвига. Более подробную информацию по этому вопросу вы найдете в Application Notes 236 и 243 [1, 2]. - Капиллярный реометр Росанд
Матрица диаметром 1 мм используется для получения скоростей сдвига до 10 000 с-1, а более высокие скорости сдвига достигаются с помощью матрицы диаметром 0,5 мм.
Результаты измерений
На рисунке 1 представлена кривая вязкости полипропилена, измеренная на ротационном и капиллярном реометрах. В диапазоне низких скоростей сдвига материал демонстрирует ньютоновское поведение: Вязкость при сдвиге не зависит от скорости сдвига. В этом плато нулевого сдвига сдвиговая вязкость составляет 4400 Па-с.
При более высоких скоростях сдвига полимер становится сдвигово-упрочняющимся: Его вязкость при сдвиге уменьшается с увеличением скорости сдвига. В этом диапазоне приложенное напряжение сдвига достаточно велико, чтобы распутать полимерные цепи. Они могут скользить друг по другу, облегчая течение и объясняя снижение вязкости при сдвиге.
Заключение
Уникальная комбинация ротационного и капиллярного реометров, предлагаемая NETZSCH, позволяет достичь очень широкого диапазона скоростей сдвига. Это важно, например, для полимеров, поскольку их поведение сильно зависит от скорости сдвига, которой они подвергаются.