Termoplastiklerin Reolojisinin Temellerine Dalış

Reoloji, ¹⁷. yüzyılın sonlarında Hooke ve Newton tarafından önerilen elastikiyet ve viskozite yasalarına dayanan malzemelerin akışını ve deformasyonunu inceleyen bilim dalıdır. Termoplastik polimer eriyikleri, birçok modern endüstriyel işlemde çok sayıda nesnenin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Polimerler, eriyik haldeyken karmaşık şekillere dönüştürülmeleri nispeten ucuz olduğu için kullanılmaktadır. Ancak, işlenirken nasıl aktıklarını anlamamız gerekir [1].

Polimer akış davranışını etkileyen faktörler

Polimerler reolojik olarak karakterize edilmesi karmaşık malzemelerdir çünkü akış özelliklerini etkileyen birçok faktör vardır. Akış davranışını etkileyen faktörlere örnek olarak işleme sıcaklığı, akış hızı, bekleme süresi vb. verilebilir.

Ayrıca, polimerlerin reolojik özellikleri sıvı ve katı reolojik özellikleri arasındadır. Bu, akış özelliklerinin ve bazıları aşağıda tartışılan diğer önemli özelliklerin zamana bağlı olmasına yol açar [1].

Polimerlerin önemli reolojik özellikleri

Eriyik viskozitesinin kritik ölçüde sıcaklığa bağlı olduğu iyi bilinmektedir. Proses mühendisi, üretilen parça mat bir finisaja sahip olana kadar bir kalıbın sıcaklığını düşürerek, yüzey kusurları belirgin hale gelmeden prosesin yürütülebileceği minimum sıcaklığı (dolayısıyla maksimum reçine viskozitesini) öğrenebilir. Kalıp sıcaklığının düşürülmesi enerji tasarrufu sağlar ve döngü sürelerini azaltabilir; bu nedenle eriyik viskozitesinin sıcaklığa bağımlılığının anlaşılması çok faydalıdır.

Polimer eriyiklerinin ekstrüde edildiğinde kalıp şişmesi sergilediği bilinmektedir. Bu olgu, bir kalıptan çıktıktan sonra ekstrüdatın çapının artması olarak kendini gösterir. Kalıp şişmesinin miktarı, kalıbın girişindeki malzemenin elastik deformasyon miktarı ile ilgilidir. Dikkate alınması gereken bir başka gerçek de, malzeme sabit verimle ekstrüde edildiğinde kalıp şişmesinin (daha doğru bir ifadeyle ekstrüde şişmesinin) derecesinin kalıbın uzunluğuna bağlı olduğudur. Başka bir deyişle polimer eriyikleri, malzeme kalıbın girişinde uygulanan elastik deformasyonu unuttuğu için zamana bağımlılık gösterir, malzeme kalıp içinde ne kadar çok zaman geçirirse kalıp şişmesi o kadar az olur.

Eriyik elastikiyeti, aşağıdaki gibi diğer birçok polimer prosesi için de derin etkilere sahip olabilir:

• Üflenen bileşenin duvar kalınlığının kalıp kapatılmadan önce ekstrüzyon işlemi sırasında meydana gelen şişme derecesine bağlı olduğu Şişirme Kalıplama.
• Polimerin, soğuk şekillendirme kalıbı üzerinden vakumla çekilmeden önce malzemenin sarkmasını önlemek için bir dereceye kadar elastikiyetini koruması gereken Vakum Şekillendirme veya Termoformlama. Malzeme yeterli elastikiyete sahip değilse, vakum veya basınç uygulanmadan önce soğutulmuş kalıpla temas etmesi muhtemeldir [1].

Polimer eriyik akış davranışı nasıl karakterize edilir?

Polimer işleme özellikleri ayrıca işlenen bileşikteki yağlayıcıların, plastikleştiricilerin, dolgu maddelerinin ve diğer bileşenlerin konsantrasyonuna da bağlıdır. Bu kısa girişten, polimer eriyik akış davranışının uygun şekilde karakterize edilmesinin sofistike ve çok yönlü enstrümantasyon gerektireceği anlaşılabilir.

Reologun bakış açısından, polimer akış davranışı uygun bir şekilde üç bileşene ayrılabilir: İlgili viskoziteler ile karakterize edilen kesme ve uzama akışları ve modül veya şişme oranlarının ölçümü ile karakterize edilen elastik davranış [1].

Doğru enstrümantasyon çok önemli

Bir malzemeyi tam olarak karakterize etmek için, bu parametreleri bir dizi sıcaklık ve kesme/uzama hızı üzerinden çıkarma kapasitesine sahip cihazlar gereklidir. Modern laboratuvar reolojik test cihazları Kinexus rotasyonel reometreler ve Rosand kapiler reometreler olmak üzere iki geniş kategoriye ayrılabilir. Ayrıca, Diferansiyel Taramalı Kalorimetri, Dinamik Mekanik Analiz ve Termomekanik Analiz gibi termal analiz cihazları da malzeme özellikleri hakkında değerli bilgiler sağlar.

Bir sonraki makalede, Kinexus Rotasyonel Reometremizin termoplastikleri karakterize etmek için nasıl kullanılabileceğini öğreneceksiniz.

Kaynak

[1] Polimerlerin Reoloji Testi ve Rotasyonel Reometreler ve Kapiler Ekstrüzyon Reometreleri Kullanılarak Özelliklerinin Belirlenmesi (azom.com)

Bu makalenin orijinal yazarı Dr. Bob Marsh'a (Malvern Panalytical'in eski çalışanı) teşekkürler!