Termoplastiklerin Kapiler Reolojisi: Genel Bir Bakış

Termoplastikler, moleküler yapı ve bunun işleme özelliklerini nasıl etkilediği hakkında bilgi edinmek gerektiğinde Kinexus Rotasyonel Reometre kullanılarak karakterize edilebilir. Bu, Rosand Kapiler Re ometre ile daha fazla araştırılabilir. Daha fazlasını aşağıda okuyun!

Kapiler reometre nasıl çalışır?

Yüksek basınçlı kapiler reometreler, çıkışında kapiler kalıplarla donatılmış bir veya daha fazla hassas delik içeren sıcaklık kontrollü bir namluya sahiptir. Eriyik basınç transdüserleri, polimer eriyiği kalıplardan programlanmış akış hızlarında ekstrüde edilirken basınç düşüşünü kaydetmek için kalıpların hemen üzerine monte edilir. Bir kılcal kalıp ve bir "orifis" veya "sıfır uzunluk" kalıbı kullanılarak, bir polimer eriyiğinin kesme ve uzama viskoziteleri, kesme ve uzama hızlarına karşı aynı anda belirlenebilir.

Lazer taramalı bir gösterge vasıtasıyla kalıp şişmesini ve/veya polimer şeridini bir dizi hız kontrollü kıstırma silindirinden geçirerek ve çekme hızının bir fonksiyonu olarak kuvveti (eriyik gerilimi) kaydederek ekstrüde eriyik mukavemetini kaydetmek için ek aksesuarlar mevcuttur [1].

Rosand Kapiler Reometrenin canlı bir gösterimini görmek ister misiniz? Videomuzu buradan izleyin!

Kapiler reometreler = Daha yüksek kayma hızları

Genel olarak kapiler reometreler, rotasyonel reometrelere kıyasla daha yüksek kayma hızlarında eriyik özelliklerini ölçmek için kullanılır ve tipik işleme koşulları altında akış davranışının belirlenmesine olanak tanır. Özellikle önemli bir husus, diğer tekniklere kıyasla daha yüksek uzama hızlarında ve daha da önemlisi, bir işleme hattında karşılaşılan uzama hızlarında uzama (uzama) özelliklerini ölçme yeteneğidir.

Şekil 1 ve 2, önemli ve genellikle ihmal edilen bir noktayı gösteren hem kesme hem de uzama verilerini göstermektedir: İki polimer neredeyse aynı kesme akış davranışına sahip olabilir, ancak önemli ölçüde farklı uzama özellikleri sergileyebilir. Daha önce belirtildiği gibi, birçok polimer prosesi (elyaf eğirme, şişirme) esasen uzama prosesleridir ve bu nedenle uzama viskozitesinin belirlenmesi, kesme viskozitesinin ölçülmesinden daha önemlidir [1].

Termoplastiklerin işleme davranışının incelenmesi

Malzemelerin reolojik özelliklerinin belirlenmesine ek olarak, kapiler reometreler genellikle işleme davranışını incelemek için kullanılır: İki örnek, akış kararsızlığı bölgelerinin belirlenmesi ve duvar kayması veya kritik gerilimin ölçülmesini içerir.

Akış kararsızlığı

Akış istikrarsızlığı genellikle eriyik large kesitinden smaller kesitine akarken oluşan gerilme stresinin bir sonucudur. Çekme gerilimi yeterince artarsa large eriyik kırılır. Kalıp uzunluğu arttıkça ve kalıp sıcaklığı yükseldikçe eriyik kırılmasının etkisi daha az fark edilir hale gelir. Kalıp uzunluğunun artması, kalıbın girişindeki kesit değişikliklerinin etkisini azaltırken, sıcaklığın artması aynı kesme hızında viskoziteyi ve gerilimi azaltır. Bir kapiler reometrede, eriyik kırılma bölgesi aşağıda gösterildiği gibi eriyik basınç sinyalinin düzenli bir salınımı olarak ortaya çıkar. Eriyik etkili bir şekilde kırılır ve daha sonra, bitişik elemanların farklı uzama geçmişlerine maruz kalması ve dolayısıyla kalıptan çıktıktan sonra farklı şekilde şişmesi etkisiyle yeniden oluşur [1].

Çubuk durumu

Bir kapiler reometre ile reolojik özellikleri hesaplarken temel varsayım, kapiler kalıbın duvarındaki malzemenin sabit olduğudur - bu, çubuk koşulu olarak adlandırılır. Pratikte, polimer eriyikleri kritik bir gerilimde bu durumdan sapar ve malzeme bir tıkaç akışının üzerine bindirilmiş kayma akışının kombinasyonu olarak akar. Duvar kayması ve kritik gerilimin belirlenmesi, bir kapiler reometrede sabit ekstrüzyon basıncında (yani sabit kayma gerilimi) ve aynı sıcaklıkta, aynı uzunluk/çap oranına sahip ancak farklı kalıp deliği yarıçapına sahip en az üç kapiler kalıp seti için akış eğrilerinin ölçülmesiyle analiz edilebilir (Mooney'in yaklaşımı). Denklem 1'in kullanılması, bir polimerik malzemenin işleme sırasında kayma davranışı göstermeye eğilimli olup olmadığını ortaya çıkarmaya yardımcı olur.

Duvar kayması yaşamayan bir malzeme için (Şekil 4) aynı kayma gerilmesine karşı kayma hızı profilleri oluşturulacaktır. Duvar kaymasının meydana gelmesi durumunda, (sabit kayma geriliminde) kalıp çapı arttıkça kayma hızı azalacaktır (bkz. Şekil 4). Akış verileri üzerinde Mooney'in yaklaşımının kullanılması, eğim/4'e eşit olan ve Şekil 4'te gösterildiği gibi kayma gerilmesinin(o) artmasıyla yükselen kayma hızının belirlenmesini sağlar. Ayrıca, kritik gerilme (o c) ile ilgili bilgiler de elde edilebilir (eğim>0). Bu parametreler genellikle hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılım paketleri tarafından kalıplardaki ve ekstrüzyon profillerindeki eriyiklerin akışını tahmin etmek için kayma ve uzama viskozitesi verileriyle birlikte gereklidir.

Sonuç

Polimer eriyik reolojisi, bir araştırmacının gereksinimlerini karşılamak için gereken bilgileri elde etmek amacıyla dikkatli deneysel tasarım gerektiren karmaşık bir konudur.

Kapiler reometre, laboratuvarda ulaşılabilen kayma hızı aralığını, rotasyonel bir cihazda mevcut olanın ötesine genişletir ve akış özelliklerinin tipik işleme koşulları altında ölçülmesini sağlar. Buna ek olarak, uygulama koşulları altında hem kayma hem de uzama özelliklerinin kolayca belirlenebilmesi, polimer üreticisine ve işleyicisine bir polimer eriyiğinin başarılı bir şekilde kullanılması için hayati önem taşıyan bilgiler sağlar. Son olarak, kapiler reometre, işleme sorunlarının fabrika katında üretimi durdurmaya gerek kalmadan kontrollü bir ortamda araştırılmasını sağlar.

Yeni Kapiler Uygulama Kitabı mevcut!

Rotasyonel ve kapiler reoloji için uygulama kitaplarımızdan da yararlanın ve ürünlerin akış özelliklerinin reolojik analizleriyle nasıl belirlenebileceğini öğrenin.

Yeni kapiler kitapçık, teknolojiye ve konu alanına bir giriş sunmakta, uygulama örneklerini tartışmakta, temel malzeme özelliklerinin nasıl karakterize edileceğini göstermekte ve ileri teknikler kullanarak ölçümler sağlamaktadır.

Her iki kitap da ÜCRETSİZ olarak indirilebilir ve buradan indirilebilir.

Kaynaklar

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

[2] Literatür: Reoloji İlkeleri, Ölçümleri ve Uygulamaları, Christopher W. Macosko, ISBN: 1-56081-579-5.

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