ISO 11443 ASTM D3835 مقياس ريومتر الشعيرات الدموية ISO 17744 ASTM D5099 البوليمرات خصائص ريوولوجية اختبار تدفق الشعيرات الدموية ريو

مقدمة

تظهر المواد المرنة والبلاستيكية سلوكًا ريولوجيًا. الريولوجيا هي المصطلح الجماعي للتدفق والتشوه. عادةً ما تستخدم دراسة سلوك التدفق مقياسًا شعريًا، وهو جهاز مصمم لتحفيز التدفق في مصهور البوليمر تحت تأثير إجهاد القص. من خلال القياس المباشر لمعلمتين - إجهاد القص ومعدل إجهاد القص - يمكن للمرء حساب المنحنى الذي يصور كيفية اختلاف اللزوجة مع معدل القص؛ وهذا ما يُعرف بمنحنى اللزوجة. تحاكي منهجية القياس الخاصة بمقياس الجريان الشعري عمليات الإنتاج الفعلية بشكل وثيق، وبالتالي تقدم إرشادات عملية مباشرة لأبحاث المواد الصناعية وتطويرها وتصنيعها. حيث: α = لزوجة القص (Pa·s)؛ σ = إجهاد القص (Pa). تمثل اللزوجة مقاومة التدفق. اللزوجة تعتمد على كل من درجة الحرارة ومعدل الإجهاد. يمكن تحديد اعتماد اللزوجة على معدل الانفعال من دفعة واحدة من المواد في تشغيل اختباري واحد، مما ينتج عنه 8 إلى 10 نقاط بيانات عبر معدلات مختلفة. على العكس من ذلك، فإن تحديد اعتماد اللزوجة على درجة الحرارة يتطلب عادةً إجراء اختبارات متعددة في درجات حرارة مختلفة ومختلفة.

مقياس الضغط الشعري: يستخدم هذا الجهاز لقياس العلاقة بين إجهاد القص ومعدل القص في ذوبان البوليمرات المتدفقة عبر القالب الشعري؛ فهو يسمح بالفحص البصري المباشر لمورفولوجيا المادة البثق، ويتيح التحقيق في مرونة الذوبان وعدم الاستقرار عن طريق تغيير نسبة طول القالب إلى قطره، ويسهل تحديد تحولات طور البوليمر، من بين تطبيقات أخرى. لا يوفر البحث في الخصائص الريولوجية للبوليمرات معلمات المعالجة المثالية لعمليات التصنيع ويوفر البيانات المهمة لتصميم آلات معالجة البلاستيك فحسب، بل يوفر أيضًا رؤى قيمة - مثل المعلمات الهيكلية والجزيئية - التي تعتبر ضرورية لاختيار المواد وتعديل المواد الخام. علاوة على ذلك، توفر هذه الأداة نطاقًا أوسع من أوضاع محاكاة المعالجة وتغطي نطاقًا أوسع من معدلات القص.

التطبيقات

في حين يتم استخدام مؤشر تدفق الذوبان (MFI) في المقام الأول لمراقبة الجودة والفحص، فإن مقياس الضغط الشعري مخصص بشكل أساسي لأغراض البحث والتطوير.

1. توفير البيانات العلمية لإنشاء عمليات الإنتاج: تخضع عملية معالجة وتصنيع المواد الخام البلاستيكية في المقام الأول للتحكم في عاملين رئيسيين: أولاً، درجة الحرارة؛ والثانية، السرعة (على وجه التحديد، معدل القص).

1.1توفير البيانات المتعلقة بدرجات الحرارة: من خلال قياس منحنيات التدفق عند درجات حرارة مختلفة مع الحفاظ على معدل قص ثابت، يمكن للمرء استخلاص منحنى يوضح كيفية تغير لزوجة المادة استجابة لتقلبات درجات الحرارة. وهذا يسمح بتحديد حساسية درجة حرارة المادة؛ إذا كان ميل منحنى درجة حرارة التدفق حادًا (أي يُظهر تدرجًا كبيرًا)، فهذا يشير إلى أن المادة حساسة للغاية لتغيرات درجات الحرارة. على العكس من ذلك، إذا كان المنحنى الذي يصور تغيرات اللزوجة مع درجة الحرارة مسطحًا نسبيًا، فهذا يشير إلى أن المادة غير حساسة لتقلبات درجة الحرارة. وبطبيعة الحال، يسهل المنحنى تحديد درجة الحرارة المحددة التي يُظهر فيها المصهور خصائص التدفق المثالية - مما يجعله مناسبًا للمعالجة والإنتاج؛ وهذا بمثابة الأساس العلمي لإنشاء عمليات الإنتاج.

بالنسبة للمواد التي تكون منحنيات تدفقها حساسة للغاية لدرجة الحرارة - مثل النايلون - فإن الحفاظ على التحكم الدقيق في درجة الحرارة أمر بالغ الأهمية لضمان جودة المنتج. في المقابل، بالنسبة للمواد غير الحساسة نسبيًا لدرجة الحرارة، فإن مجرد ضبط درجة الحرارة لن يكون له تأثير يذكر على جودة المنتج.

1.2توفير بيانات معدل القص: من خلال قياس منحنى التدفق بمعدلات قص مختلفة مع الحفاظ على درجة حرارة ثابتة، يمكن للمرء الحصول على منحنى يوضح كيفية تغير لزوجة المادة استجابة لمعدل القص. يتم تصنيف المواد التي تظل لزوجتها ثابتة بشكل أساسي بغض النظر عن معدل القص على أنها سوائل نيوتونية؛ يتم تصنيف المواد التي تنخفض لزوجتها مع زيادة معدل القص (ظاهرة تعرف باسم "ترقق القص") على أنها سوائل بلاستيكية زائفة - وتندرج غالبية ذوبان البوليمرات ضمن فئة ترقق القص هذه.

هناك أيضًا فئة ثالثة: المواد التي تظهر "سماكة القص" (تزداد اللزوجة مع معدل القص). من خلال تحليل الرسم البياني، يمكن تحديد نطاق معدل القص المحدد الذي ينتج خصائص التدفق الأمثل وبالتالي فهو الأنسب للإنتاج والمعالجة. في بيئات الإنتاج الفعلية، يتم ضبط معدل القص عادةً عن طريق تغيير سرعة دوران المحرك.

ولذلك، فمن الضروري إيلاء اهتمام وثيق لخصائص التدفق المعروضة ضمن نطاق معدل القص المحدد المطابق لطريقة الإنتاج المختارة.

2. توفير الأساس العلمي لتطوير المواد الجديدة

2.1عند تطوير مواد جديدة أو السعي إلى تحسين أداء المواد الموجودة، يستخدم الباحثون عادة تركيبات ونسب تركيبية جديدة، أو يدمجون مواد مالئة معينة، وإضافات، وعوامل مماثلة في مصفوفة المواد. بالنسبة لأي مادة معينة - بغض النظر عن مكوناتها المحددة (الصياغة) أو النسب الدقيقة لتلك المكونات (النسبة التركيبية) - يتم استخدام مقياس الجريان الشعري لقياس منحنى التدفق الخاص بها. ويعد هذا القياس بمثابة الأساس الموضوعي لتقييم أداء المادة وتحديد جودتها الشاملة والتحقق من استيفائها للمواصفات المطلوبة. إذا كان أداء المادة أقل من المتطلبات، فقد يحاول الباحثون تحسينه عن طريق دمج إضافات محددة. باستخدام مقياس الجريان الشعري لقياس منحنيات التدفق *قبل* و *بعد* إضافة مادة مضافة - ومن ثم مقارنة المنحنيات الناتجة - يمكن للمرء أن يحدد بدقة التأثير المحدد لكل مادة مضافة على خصائص تدفق المادة.

2.2بالنسبة للمواد من نفس النوع، قد تختلف منحنيات التدفق (اللزوجة مقابل معدل القص)؛ يظهر بعضها تغيرات سريعة استجابة لمعدل القص، بينما يتغير البعض الآخر بشكل تدريجي. لماذا هذا؟ من المحتمل أن يكون أحد العوامل المساهمة المهمة هو الاختلافات الكبيرة في توزيع الوزن الجزيئي للمواد.

وظائف وميزات المعدات

1. مقياس الضغط الشعري: هذا الجهاز عبارة عن مقياس شعري ذكي ذو ضغط ثابت يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر. إنها قادرة على العمل في ظل أوضاع الضغط الثابت والسرعة الثابتة، وذلك باستخدام أنظمة القياس المعتمدة على الكمبيوتر لتحديد معدلات البثق - عبر مواصفات القالب الشعري المختلفة وتحت ضغوط مطبقة مختلفة - عند درجات حرارة ومعدلات تسخين متفاوتة. من خلال واجهة الكمبيوتر، يتم تسجيل سرعة البثق والضغط ودرجة حرارة التسخين. تتم معالجة هذه البيانات تلقائيًا لحساب قيم اللزوجة. علاوة على ذلك، يقوم النظام بإنشاء منحنيات رسومية وطباعة تقرير اختبار شامل.

2. تم تصميم مقياس الجريان الشعري لتحديد خصائص التدفق ومعدلات المعالجة للمواد البوليمرية. إنه يقيس اللزوجة وطاقة تنشيط التدفق اللزج لذوبان البوليمر، ويمكن استخدامه أيضًا لفحص معلمات العملية لتطبيقات الغزل المصهور.

3. مقياس الجريان الشعري قادر على تحديد معاملات الأداء المختلفة للبوليمرات، بما في ذلك نقاط التليين، ونقاط الانصهار، ونقاط التدفق، واللزوجة، وطاقة تنشيط التدفق اللزج، بالإضافة إلى درجات حرارة المعالجة للمواد المتصلدة بالحرارة.

4. يتميز نظام التحكم في درجة الحرارة ومنهجية التحكم بأداء فائق، مما يسهل قياس التغيرات في المواد البوليمرية - والخصائص المرتبطة بها - عبر نطاق من درجات الحرارة. يتم التحكم في الأداة بواسطة الكمبيوتر. فهو يرسم منحنيات الاختبار في الوقت الفعلي، ويعرض التغييرات الديناميكية أثناء الاختبار بشكل مرئي، ويولد بيانات بناءً على معادلات مثل Hagen-Poiseuille، وRabinowitsch، ومعدل التدفق الذائب (MFR).

5. يستخدم مقياس الجريان الشعري آلية تطبيق الحمل التي تتميز بتصميم عقلاني. تحت تحكم الكمبيوتر، فإنه ينفذ تطبيق التحميل المستمر بدقة عالية واستقرار ممتاز. يمكن للأداة رسم منحنيات الإجهاد والانفعال ومنحنيات التلدين للمواد البوليمرية، بالإضافة إلى تحديد درجات الحرارة المقابلة لنقطة التليين ونقطة الانصهار ونقطة التدفق. وأخيرًا، يقوم بإنشاء منحنيات رسومية وطباعة تقرير اختبار كامل.

وظائف وطرق الاختبار

1. اختبار معدل القص الثابت: قادر على تحديد منحنيات إجهاد القص مقابل منحنيات معدل القص، وكذلك لزوجة القص مقابل منحنيات معدل القص.

2. اختبار القص بالضغط المستمر: قادر على تحديد لزوجة القص مقابل منحنيات معدل القص.

3. اختبار معدل القص التدريجي: يسمح بتحديد معدلات القص المختلفة؛ قادرة على تحديد إجهاد القص مقابل منحنيات معدل القص ولزوجة القص مقابل منحنيات معدل القص. وعلاوة على ذلك، أثناء التجربة، فإنه يتيح تقييم ظروف كسر الذوبان، فضلا عن تحديد الحد الأدنى لضغط التدفق ومعدل القص للذوبان، استنادا إلى التغيرات الملحوظة في المنحنيات.

3.1التدفق/عدم التدفق الاختبار: يحدد العلاقة بين اللزوجة ودرجة الحرارة، مما يتيح التحديد الدقيق لدرجة حرارة التدفق الدنيا.

3.2كسر الذوبان وعدم استقرار التدفق: يبحث في ظواهر عدم استقرار التدفق، بما في ذلك كسر الذوبان وتمزق الذوبان.

4. اختبار منحدر درجة الحرارة: يحدد التباين في لزوجة الذوبان مع زيادة درجة الحرارة.

5. اختبار منحدر درجة حرارة الضغط المستمر: يقيس نقطة تليين المادة.

معايير الاختبار المعمول بها

GB/T 25278-2010: *البلاستيك — تحديد سيولة المواد البلاستيكية باستخدام أجهزة قياس الضغط الشعري والقالب المشقوق*

HG/T 4300-2012: *تحديد الخواص الريولوجية للمطاط - طريقة مقياس الجريان الشعري من النوع المكبس*

ISO 11443-2021: *البلاستيك - تحديد سيولة المواد البلاستيكية باستخدام أجهزة قياس الضغط الشعري والقالب المشقوق*

ISO 17744-2004: *البلاستيك - تحديد سيولة المواد البلاستيكية باستخدام أجهزة قياس الضغط الشعري والقالب المشقوق*

ASTM D3835-16: *طريقة الاختبار القياسية لتحديد خصائص المواد البوليمرية عن طريق مقياس الضغط الشعري*

ASTM D5099-08: *طريقة الاختبار القياسية لتركيب المطاط وخصائص المعالجة باستخدام مقياس الضغط الشعري*

LISO 11443 ASTM D3835 مقياس الجريان الشعري ISO 17744 ASTM D5099 اختبار الخصائص الريولوجية للبوليمرات مقياس الجريان الشعري