Giriş
Polimer eriyiklerinin reolojik davranışı, kalıplama ve işleme süreçlerinin temelini oluşturur. Bir kapiler reometre kullanılarak, farklı sıcaklık ve kesme hızlarında polimer eriyiklerinin viskozite değişiklikleri test edilebilir ve polimerlerin işleme davranışları etkili bir şekilde tahmin edilebilir; bu da polimer malzemelerin işlenmesi ve kalite kontrolü için sağlam bir bilimsel temel sağlar.
Genellikle, polimer malzemelerin reolojik özellikleri tek namlulu bir sistem kullanılarak test edilir; bu da farklı koşullar altında çeşitli tiplerdeki veya partilerdeki polimer numunelerini test etmek için uzun zaman alır. Bu nedenle, test verimliliğini artırmak amacıyla, iki numuneyi aynı anda test etmek için çift silindirli bir kapiler reometre kullanmak kanıtlanmış bir yöntemdir; bu, testler arasındaki sıcaklık stabilizasyonu için bekleme süresini etkili bir şekilde kısaltabilir. Bu çalışmada, NETZSCH Rosand RH10 çift silindirli kapiler reometre kullanılarak polietilen (PE) ve polipropilen (PP) üzerinde bir dizi test gerçekleştirilerek çift silindirli testin uygulanabilirliği analiz edilmiştir (Şekil 1).
Ölçüm Koşulları ve Test Yöntemi
Ölçüm koşulları Tablo 1’de ayrıntılı olarak verilmiştir. Sol ve sağ silindirlerin altına kalıplar takıldıktan ve sıcaklık 200 ± 0,1 °C’de sabitlendikten sonra, sol ve sağ silindirlere sırayla yavaşça PE veya PP parçacıkları eklenmiş, 1 MPa basınca sıkıştırılmış ve ardından sabit sıcaklıkta 8 dakika boyunca ön ısıtmaya tabi tutulmuştur. Ölçüm, bu sıkıştırma aşamasının ardından başlatıldı.
Tablo 1: Ölçüm koşulları
| Cihaz | NETZSCH Rosand RH10 |
| Numuneler | PE, PP |
Basınç dönüştürücü | 10.000 psi ve 5.000 psi |
| Kalıp özellikleri | L = 16 mm, D = 1 mm |
| Test sıcaklığı | 200 °C |
| Kesme hızı aralığı | 10 ~ 10.000 s⁻¹ |
Ölçüm Sonuçları ve Tartışma
Şekil 2, çift silindir kullanılarak 200 °C'de ve 10 ~ 10.000 s⁻¹ hızlarında test edilen aynı PE malzemesinin kesme viskozite eğrilerini göstermektedir; burada sol ve sağ silindirler, uzunluk/çap (L/D) oranı 16/1 olan bir kalıpla birlikte kullanılmıştır, ve sırasıyla 10.000 psi ve 5.000 psi basınç dönüştürücüleriyle kullanılmıştır.
Test verileri ve sapma değerleri Tablo 2’de gösterilmiştir. Şekil 2’de görüldüğü gibi, sol ve sağ namlularla test edilen kesme viskozitesi eğrileri çok iyi bir tekrarlanabilirlik sergilemektedir. Ayrıca, Tablo 2’de gösterildiği gibi, farklı kesme hızlarında elde edilen kesme viskozitesi değerlerindeki sapmalar %1’den azdır. Bu nedenle, hem sol hem de sağ namlu ile testler yapılarak doğru sonuçlar elde edilebilir.
Tablo 2: 200 °C’de sol ve sağ varillerde PE’nin test verileri ve sapması
| Kesme hızı (s⁻¹) | Kesme viskozitesi (Pa·s) | Ortalama değer (Pa·s) | Sapma (%) | |
| Sol varil | Sağ varil | |||
| 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 |
| 10001,14 | 41,09 | 40,92 | 41,01 | 0,20 |
Şekil 3, PE (sol silindir, siyah) ve PP (sağ silindir, kırmızı) için görünür kesme viskozitesi eğrilerini göstermektedir; Şekil 3'te, 200°C ve 50 ~ 3000 s-1'de çift silindir sistemi ile test edilen PE (sol silindir, siyah) ve PP (sağ silindir, kırmızı) malzemelerinin görünür kesme viskozite eğrileri gösterilmektedir; burada sol ve sağ silindirler, L/D oranı 16/1 olan kalıp ile birlikte kullanılmıştır ve basınç dönüştürücüler sırasıyla 10000 psi ve 5000 psi değerlerindedir. Şekil 3’te görüldüğü gibi, aynı kesme hızında PP’nin kesme viskozitesi, PE malzemesininkinden önemli ölçüde daha düşüktür. Bu nedenle, çift namlulu test sadece iki malzemenin kesme viskozitesi verilerini aynı anda elde etmekle kalmaz, aynı zamanda testten hemen sonra iki malzemenin viskozitelerini sezgisel olarak karşılaştırmaya da olanak tanır.
Kesme viskozitesi, bir akışkanın kesme kuvveti altında deformasyona ne kadar direnç gösterdiğini tanımlayan bir malzeme özelliğidir.
Görünür kesme viskozitesi , özellikle akış koşullarına bağlı olarak viskozitesi değişen akışkanlar için, belirli bir kesme hızında gözlemlediğiniz veya hesapladığınız viskozitedeğeridir .
Çift delikli Rosand kapiler reometresi, kesme viskozitesinin doğrudan belirlenmesi için Newton olmayan davranış ve giriş etkilerinin düzeltilmesine olanak tanır.
Sonuç
Bu çalışmada, PE ve PP malzemelerinin reolojik özellikleri, “ NETZSCH ” Rosand RH10 cihazı kullanılarak farklı koşullar altında test edilmiştir. Aynı malzeme için, ister sol ister sağ namlu kullanılsın, son derece doğru test sonuçları elde edilebilir. Çift namlulu sistem kullanılarak farklı malzemeler test edildiğinde, sadece test verimliliği artırılıp test süresi etkili bir şekilde kısaltılmakla kalmaz, aynı zamanda testin sonunda test sonuçları arasında son derece sezgisel bir karşılaştırma da yapılabilir.