Inledning
Vilken skjuvhastighet som är intressant för reologiska mätningar beror på tillämpningen. I en snabb process som sprutning, där materialet snabbt pressas genom en öppning, kan höga skjuvhastigheter på upp till 100.000 s-1 förekomma. Extrudering av en polymer, som har mycket högre viskositet, sker däremot vid betydligt lägre hastigheter, vanligen mer än 1000 gånger lägre. Ännu lägre skjuvhastigheter används för att beskriva mycket långsamma processer som utjämning.
Versioner av reometrar
Valet av reometer beror på vilken skjuvhastighet som krävs. Medan Kinexus, som är en rotationsreometer, är det instrument som väljs för att mäta i det låga skjuvhastighetsintervallet, kommer man att arbeta med en Rosand kapillärreometer för att nå höga skjuvhastigheter upp till 1.000.000 s-1.
I det följande erhålls viskositetskurvan för ett polypropylenmaterial under nästan 7 decennier. För detta används både en NETZSCH Kinexus rotationsreometer och NETZSCH Rosand kapillärreometer (se mätförhållandena i tabell 1).
Tabell 1: Mätförhållanden
| Instrument | Kinexus |
|---|---|
| Prov | Polypropylen |
| Geometri | platta-platta, diameter: 25 mm |
| Temperatur | 190°C |
| Spalt för mätning | 1 mm |
| Frekvens | 10-3 till 10 Hz |
| Skjuvspänning | 1 000 Pa |
| Instrument | Rosand |
|---|---|
| Temperatur | 190°C |
| Kapillär matris | Diameter: 1 mm och 0,5 mm, Längd: 16 mm |
| Noll-dyna | Diameter: 1 mm och 0,5 mm, Längd: 0,25 mm |
| Tryckomvandlare kapillär sida | 10 000 Psi (689,5 bar) |
| Tryckomvandlare nollsida | 1.500 Psi (103,4 bar) |
Anmärkningar om mätförhållandena
- Kinexus rotationsreometer
En frekvenssvepning utfördes och inte, som man kanske skulle kunna tro, en rotationsmätning. Här användes Cox-Merz-regeln som föreskriver att för ofyllda polymerer ger komplex skjuvviskositet vs frekvens samma värden som skjuvviskositet vs skjuvhastighet. Oscillationsmätningar har fördelen jämfört med rotationsmätningar att materialet mäts i vila. Polymeren utsätts därmed inte för centrifugalkrafter och kommer inte att rinna ut ur spalten, vilket kan hända vid rotationsmätningar med höga skjuvhastigheter. Du hittar mer information om detta ämne i Application Notes 236 och 243 [1, 2]. - Rosand kapillärreometer
Mynningen med en diameter på 1 mm användes för att uppnå skjuvhastigheter på upp till 10 000 s-1, medan högre skjuvhastigheter uppnåddes med mynningen med en diameter på 0,5 mm.
Resultat av mätning
Figur 1 visar den sammansatta viskositetskurvan för polypropen uppmätt med rotations- och kapillärreometrar. I området med låga skjuvhastigheter uppvisar materialet ett newtonskt beteende: Skjuvviskositeten är inte beroende av skjuvhastigheten. I denna nollskjuvningsplatå uppgår skjuvviskositeten till 4400 Pa-s.
Vid högre skjuvhastigheter är polymeren skjuvtunnande: Dess skjuvviskositet minskar med ökande skjuvhastigheter. I detta intervall är den applicerade skjuvspänningen tillräckligt hög för att lösa upp polymerkedjorna. De kan glida mot varandra, vilket underlättar flödet och förklarar minskningen av skjuvviskositeten.
Slutsats
Med denna unika kombination av rotations- och kapillärreometermätningar som erbjuds av NETZSCH uppnås mycket breda skjuvhastighetsintervall. Detta är viktigt för t.ex. polymerer, eftersom deras beteende är starkt beroende av den skjuvhastighet som de utsätts för.