Kundens framgångshistoria
Förståelse av smältfrakturer vid polymerbearbetning med NETZSCH kapillärreometrar
Detta är en framgångshistoria från Don Fleming. Som grundare av Fleming Polymer Testing har han tillhandahållit kontraktstesttjänster till polymerindustrin sedan 1988, med hjälp av NETZSCH kapillärreometrar RH2000, RH7 och RH10.
Presentation av Don Fleming
"Mitt namn är Don Fleming. Jag tog examen i maskinteknik vid Bradford University innan jag doktorerade vid samma avdelning. De väsentliga områdena för min forskning var reaktiv extrudering av tvärbundna LLDPE- och PET-skum via tvillingskruvextrudering och avdelningens kapillärreometer var en viktig del av detta arbete, vilket så småningom resulterade i att jag arbetade för Rosand i början av 1990-talet. Jag grundade Fleming Polymer Testing 1998 och använde kapillärreometri som hörnsten i mitt företag som tillhandahåller kontraktstestning till polymerindustrin.
När jag startade verksamheten var det en självklarhet att reometern skulle vara en Rosand Twin Bore, och efter att ha sett många andra reometrar på fältet råder det ingen tvekan om att Rosand var och fortsätter att vara det främsta instrumentet.
Verksamheten har nu en RH2000, RH7 och RH10. Alla tre instrumenten har använts på en rad olika material, inte bara polymerer, och deras flexibilitet och känslighet har gjort det möjligt att enkelt utföra komplexa arbeten som t.ex. det smältbrott som beskrivs nedan.
Målet: Att lösa verkliga problem i polymerprocesser
Sedan dess har verksamheten expanderat och konsoliderats till att omfatta distribution av Compuplast-sviten med programvara för flödessimulering, som naturligtvis i hög grad bygger på data från reometern. Verksamheten har gjort det möjligt för mig att resa till många av världens största polymerföretag för att hålla både utbildningar och seminarier och för att överbrygga de akademiska aspekterna av reometri med lösningen av verkliga processproblem. De rutinmässiga testmomenten tillsammans med den rigorösa flödessimuleringen innebär att alla aspekter av reometerns kapacitet utnyttjas, från svällning av munstycket till väggglidning och smältfraktur till förlängningsviskositet.
Förstå smältfrakturer och smältbrott vid polymerbearbetning
Ett av de mest spännande och problematiska områdena inom polymerbearbetning är smältsprickor. Smältsprickor leder till att ytan på den extruderade polymeren blir grov och böljande, se figur 1.
Detta är ett allvarligt problem om vi behöver, och i de flesta fall gör vi det, att ytan på vår produkt är slät och felfri; ingen vill producera en kabel, profil eller ett rör som ser dåligt ut! Orsakerna till smältsprickor och dess systerfenomen, smältbrott, har varit föremål för akademisk granskning i årtionden, utan att man kan säga att det råder någon större enighet. En aspekt som det dock inte råder någon oenighet om är att det sker vid en specifik, kritisk spänning och att denna spänning endast kan mätas med en kapillärreometer.
Figur 2 visar de tryckfluktuationer som reometern upplever när den stöter på en polymer med smältfraktur. När ytförvrängningarna börjar, stöter tryckomvandlaren med lång mantel på en cyklisk ondulering under vilken tryckjämvikt inte är möjlig; för att beräkna ett skjuvspänningsvärde måste trycket vara i ett jämviktstillstånd.
Om vi inte är medvetna om detta fenomen får vi ofta en skjuvviskositetsfunktion som ser ut som i figur 3, där det finns en platåregion. Denna platå är inte verklig, utan en manifestation av hur reometern söker efter ett jämviktstryck, inte hittar något och sedan går vidare till nästa skjuvhastighet. Även om detta resultat inte är verkligt, är det en indikation på smältfraktur och en visuell undersökning av extrudatet kommer ofta att bekräfta det. Dessutom kan den kritiska skjuvspänningen extraheras från figur 3 som den skjuvspänning där platån börjar; 500 kPa i det här fallet.
Det akademiska arbetet bekräftar att den kritiska spänningen är oberoende av temperatur och viktmedelmolekylvikt, och att det följaktligen är i princip omöjligt att bestråla om massgenomströmningen och/eller verktygsgeometrin bibehålls.
Figur 4 visar smältfraktur i en 100% Metallocene-katalyserad linjär lågdensitetspolyeten (LLDPE) och det är tydligt att den kritiska spänningen är cirka 450 kPa. När Metallocene blandas med ökande andelar av en Zieger Natta-katalyserad kvalitet är det uppenbart att den kritiska spänningen minskar; när andelen Metallocene sjunker till 60% minskar den kritiska spänningen till cirka 410 kPa och till cirka 340 kPa vid 20%.
Detta viktiga resultat ger en av de få metoder med vilka den kritiska spänningen kan minskas och hur den endast kan upptäckas och mätas med hjälp av kapillärreometri."
Erkännande
Ett stort tack till Don Fleming på Fleming Polymer Testing för att han delat med sig av sin expertis om smältfrakturer vid polymerbearbetning. Don har visat hur kritisk skjuvspänning kan mätas och förstås - vilket omvandlar komplext flödesbeteende till värdefulla insikter. Vi är stolta över att kunna stödja detta viktiga arbete med våra tillförlitliga reometrar med hög precision.
