Inledning
Det reologiska beteendet hos polymersmältor utgör grunden för formgjutning och bearbetning. Med hjälp av en kapillärreometer kan viskositetsförändringarna hos polymersmältan vid olika temperaturer och skjuvhastigheter undersökas, och polymerernas bearbetningsbeteende kan förutsägas på ett effektivt sätt, vilket därmed ger en stark vetenskaplig grund för bearbetning och kvalitetskontroll av polymermaterial.
Vanligtvis testas polymermaterialens reologiska egenskaper med hjälp av ett system med en enda cylinder, vilket tar lång tid att testa olika typer eller satser av polymerprover under olika förhållanden. För att förbättra testeffektiviteten är därför en beprövad metod att använda en kapillärreometer med två cylindrar för att testa två prover samtidigt, vilket effektivt kan förkorta väntetiden för temperaturstabilisering mellan testerna. I detta arbete analyserades genomförbarheten av dubbelcylindertestet genom att genomföra en testserie på polyeten (PE) och polypropen (PP) med hjälp av den dubbelcylindriga kapillärreometern Rosand RH10 från NETZSCH (Figur 1).
Mätförhållanden och provningsmetod
Mätförhållandena beskrivs i detalj i tabell 1. Efter att formarna hade monterats under den vänstra och högra cylindern och temperaturen hade stabiliserats till 200 ± 0,1 °C tillsattes PE- eller PP-partiklar långsamt i tur och ordning till den vänstra och högra cylindern, komprimerades till 1 MPa och förvärmdes därefter vid en konstant temperatur i 8 minuter. Mätningen inleddes efter detta kompressionssteg.
Tabell 1: Mätförhållanden
| Instrument | NETZSCH Rosand RH10 |
| Prov | PE, PP |
Tryck givare | 10 000 psi och 5 000 psi |
| Formspecifikation | L = 16 mm, D = 1 mm |
| Testtemperatur | 200 °C |
| Skjuvhastighetsintervall | 10 ~ 10 000 s⁻¹ |
Mätresultat och diskussion
Figur 2 visar skjuvviskositetskurvorna för samma PE-material som testats vid 200 °C och 10–10 000 s⁻¹ med hjälp av dubbla extrudercylindrar, där den vänstra och den högra cylindern användes tillsammans med en munstycke med ett längd/diameter-förhållande (L/D) på 16/1, samt tryckgivare på 10 000 psi respektive 5 000 psi.
Testdata och avvikelsvärdena framgår av tabell 2. Som framgår av figur 2 uppvisar skjuvviskositetskurvorna, som testats med den vänstra respektive den högra cylindern, mycket god repeterbarhet. Dessutom är avvikelserna i skjuvviskositetsvärdena, som erhållits vid olika skjuvhastigheter, mindre än 1 %, vilket framgår av tabell 2. Därför kan exakta resultat erhållas genom att utföra tester med både den vänstra och den högra cylindern.
Tabell 2: Testdata och avvikelse för PE i vänster och höger cylinder vid 200 °C
| Skjuvhastighet (s⁻¹) | Skjuvviskositet (Pa·s) | Medelvärde (Pa·s) | Avvikelse (%) | |
| Vänster cylinder | Höger cylinder | |||
| 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 |
| 10 001,14 | 41,09 | 40,92 | 41,01 | 0,20 |
Figur 3 visar kurvorna för den skenbara skjuvviskositeten hos PE (vänster cylinder, svart) och PP (höger cylinder, röd), testade med dubbelcylindersystemet vid 200 °C och 50–3000 s⁻¹, där den vänstra och högra cylindern användes tillsammans med en munstycke med ett L/D-förhållande på 16/1 samt tryckgivare på 10 000 psi respektive 5 000 psi. Som framgår av figur 3 är skjuvviskositeten hos PP betydligt lägre än hos PE-materialet vid samma skjuvhastighet. Därför kan testet med dubbla cylindrar inte bara ge data om skjuvviskositeten hos de två materialen samtidigt, utan också möjliggöra en intuitiv jämförelse av viskositeterna hos de två materialen omedelbart efter testet.
Skjuvviskositet är en materialegenskap som beskriver hur starkt en vätska motstår deformation vid skjuvning.
Den skenbara skjuvviskositeten är det viskositetsvärde som man observerar eller beräknar vid en specifik skjuvhastighet, särskilt för vätskor vars viskositet förändras med flödesförhållandena.
Rosands kapillärreometer med dubbla hålrumm möjliggör korrigeringar för det icke-newtonska beteendet och ingångseffekter för direkt bestämning av skjuvviskositeten.
Slutsats
I detta arbete undersöktes de reologiska egenskaperna hos PE- och PP-material under olika förhållanden med hjälp av utrustningen Rosand RH10 från NETZSCH. För samma material kan mycket exakta testresultat erhållas oavsett om man använder den vänstra eller högra cylindern. Vid testning av olika material med hjälp av systemet med dubbla cylindrar kan inte bara testeffektiviteten förbättras och testtiden effektivt minskas, utan det går även att göra en mycket intuitiv jämförelse av testresultaten vid testets slut.