Grunderna i kapillär reometri

Vilka data kan man få fram med hjälp av en kapillärreometer?

• Smältans viskositet

Viskositet kan betraktas som en vätskas flytbarhet, eller hur mycket den motstår flöde. Viskositeten, η, uttrycks som förhållandet mellan skjuvspänningen (kraft per ytenhet) och skjuvhastigheten (förändring av skjuvtöjningen). [2]

• Beteende vid höga skjuvhastigheter

Skjuvhastigheten är den hastighet med vilken en vätska skjuvas eller deformeras under flödet. I mer tekniska termer är det den hastighet med vilken vätskeskikt rör sig förbi varandra. Om någon till exempel snabbt gnider ett mycket tunt lager salva, kräm eller lotion på huden är skjuvhastigheten mycket högre än om materialet långsamt pressas ut ur sin tub. [3]

• Förlängda egenskaper

Extensionellt flöde uppstår när materialet inte är i kontakt med fasta gränser, vilket är fallet vid dragning av filament, fibrer, filmer, ark eller uppblåsning av bubblor. Konvergerande flöden vid inloppet till matriser är också extensionella till sin natur. [4] Till de extensionella egenskaperna hör extensionell töjningshastighet och extensionell viskositet.

• Smältfraktur (flödesinstabilitet)

Smältfraktur definieras som det fenomen som orsakas av överdriven skjuvspänning på det smälta hartset som leder till ojämnheter i extrudatet. [5] Det är en oönskad yteffekt som också kan påverka detaljens egenskaper. Eftersom den uppstår vid höga skjuvspänningar för det material som undersöks kan den minskas eller elimineras genom att minska genomströmningen.

• Spänningsrelaxation (relativ)

Spänningsrelaxation är en tidsberoende minskning av spänningen under en konstant töjning. Detta karakteristiska beteende hos polymeren studeras genom att applicera en fast mängd deformation på en provkropp och mäta den belastning som krävs för att bibehålla den som en funktion av tiden. [6]

• Smältstyrka

Smälthållfasthet kan beskrivas som polymersmältans motståndskraft mot sträckning. Ett materials smälthållfasthet är relaterad till polymerens molekylära kedjeförvecklingar och dess motståndskraft mot upplösning under töjning. De polymeregenskaper som påverkar motståndet mot upptrappning är molekylvikt, molekylviktsfördelning (MWD) och molekylär förgrening. När varje egenskap ökar förbättras smältstyrkan vid låga skjuvhastigheter. [7] Det är en viktig egenskap för framgångsrik extrudering av plastmaterial.

• Svällning av munstycke

Svällning av matrisen uppstår när ett material flyter ut ur kapillärmatrisen. Ett sätt att förklara svällning är att ta hänsyn till polymersmältans förmåga att minnas sin flödeshistoria. Man kan tänka sig att ett vätskeelement som rör sig från behållaren till kapillärmunstycket är som en kort, fet cylinder som pressas ihop till en lång, smal cylinder. Om vätskeelementets uppehållstid i matrisen är kortare än tiden för dess bleknande minne (relaxationstiden), kommer det att försöka återgå till sin ursprungliga form och ge upphov till matrisens svällningseffekt. [8]

• pvT-beteende och kompressibilitet

pvT undersöker förhållandet mellan tryck och volym i ett material. Det ger dessutom en indikation på hur komprimerbar en polymersmälta är. Eftersom polymerer bearbetas vid höga temperaturer och tryck är förhållandet mellan tryck, volym och temperatur av stor betydelse.