ISO 11443 ASTM D3835 رئومتر موی موی ISO 17744 ASTM D5099 پلیمرها خواص رئولوژیک تست کننده رئومتر جریان موی موی

مقدمه

مواد الاستومری و پلاستیکی رفتار رئولوژیکی از خود نشان می دهند. رئولوژی اصطلاح جمعی برای جریان و تغییر شکل است. مطالعه رفتار جریان معمولاً با استفاده از رئومتر مویرگی، دستگاهی که برای ایجاد جریان در مذاب پلیمر تحت تأثیر تنش برشی طراحی شده است، انجام می شود. با اندازه گیری مستقیم دو پارامتر - تنش برشی و نرخ کرنش برشی - می توان منحنی را ترسیم کرد که نشان می دهد ویسکوزیته چگونه با نرخ برش تغییر می کند؛ این به عنوان منحنی ویسکوزیته شناخته می شود. روش اندازه گیری رئومتر مویرگی به طور نزدیکی فرآیندهای تولید واقعی را شبیه سازی می کند، بنابراین راهنمایی عملی مستقیمی برای تحقیق، توسعه و تولید مواد صنعتی ارائه می دهد. که در آن: α = ویسکوزیته برشی (Pa·s)؛ σ = تنش برشی (Pa). ویسکوزیته نشان دهنده مقاومت در برابر جریان است. ویسکوزیته به دما و نرخ کرنش بستگی دارد. وابستگی ویسکوزیته به نرخ کرنش را می توان از یک دسته ماده در یک اجرای آزمایشی واحد تعیین کرد و 8 تا 10 نقطه داده را در نرخ های مختلف به دست آورد. برعکس، تعیین وابستگی دما به ویسکوزیته معمولاً نیاز به انجام چندین آزمایش در دماهای مختلف دارد.

رئومتر مویرگی: این دستگاه برای اندازه گیری رابطه بین تنش برشی و نرخ برش در مذاب های پلیمری که از طریق یک دای مویرگی جریان می یابند استفاده می شود؛ این امکان بازرسی بصری مستقیم مورفولوژی اکسترود را فراهم می کند، امکان بررسی الاستیسیته مذاب و ناپایداری را با تغییر نسبت طول به قطر دای فراهم می کند و تعیین گذارهای فاز پلیمری را در میان سایر کاربردها تسهیل می کند. تحقیق در مورد خواص رئولوژیکی پلیمرها نه تنها پارامترهای پردازش بهینه را برای عملیات تولید فراهم می کند و داده های حیاتی را برای طراحی ماشین آلات پردازش پلاستیک تامین می کند، بلکه بینش های ارزشمندی را نیز ارائه می دهد - مانند پارامترهای ساختاری و مولکولی - که برای انتخاب مواد و اصلاح مواد خام ضروری هستند. علاوه بر این، این دستگاه طیف وسیع تری از حالت های شبیه سازی پردازش را ارائه می دهد و طیف وسیع تری از نرخ های برش را پوشش می دهد.

کاربردها

در حالی که شاخص جریان مذاب (MFI) عمدتاً برای کنترل کیفیت و بازرسی استفاده می شود، رئومتر مویرگی عمدتاً به اهداف تحقیق و توسعه اختصاص دارد.

1. ارائه داده های علمی برای ایجاد فرآیندهای تولید: پردازش و تولید مواد خام پلاستیکی عمدتاً با کنترل دو پارامتر کلیدی هدایت می شود: اول، دما؛ و دوم، سرعت (به طور خاص، نرخ برش).

1.1 ارائه داده های مربوط به دما: با اندازه گیری منحنی های جریان در دماهای مختلف ضمن حفظ نرخ برش ثابت، می توان منحنی را ترسیم کرد که نشان می دهد ویسکوزیته ماده چگونه در پاسخ به نوسانات دما تغییر می کند. این امکان تعیین حساسیت دمایی ماده را فراهم می کند؛ اگر شیب منحنی جریان-دما تند باشد (یعنی گرادیان قابل توجهی را نشان دهد)، نشان می دهد که ماده به تغییرات دما بسیار حساس است. برعکس، اگر منحنی نشان دهنده تغییرات ویسکوزیته با دما نسبتاً مسطح باشد، نشان می دهد که ماده به نوسانات دما حساس نیست. به طور طبیعی، منحنی شناسایی دمای خاصی را که در آن مذاب خواص جریان بهینه را نشان می دهد - مناسب برای پردازش و تولید - آسان می کند؛ این به عنوان مبنای علمی برای ایجاد فرآیندهای تولید عمل می کند.

برای موادی که منحنی های جریان آنها به دما بسیار حساس است - مانند نایلون - حفظ کنترل دقیق دما برای اطمینان از کیفیت محصول حیاتی است. در مقابل، برای موادی که نسبتاً به دما حساس نیستند، صرفاً تنظیم دما تأثیر کمی بر کیفیت محصول خواهد داشت.

1.2 ارائه داده های نرخ برش: با اندازه گیری منحنی جریان در نرخ های برش مختلف ضمن حفظ دمای ثابت، می توان منحنی را به دست آورد که نشان می دهد ویسکوزیته ماده چگونه در پاسخ به نرخ برش تغییر می کند. موادی که ویسکوزیته آنها صرف نظر از نرخ برش اساساً ثابت می ماند، سیالات نیوتنی نامیده می شوند؛ موادی که ویسکوزیته آنها با افزایش نرخ برش کاهش می یابد (پدیده ای که به عنوان "کاهش ویسکوزیته برشی" شناخته می شود) سیالات شبه پلاستیک نامیده می شوند - و بیشتر مذاب های پلیمری در این دسته کاهش ویسکوزیته برشی قرار می گیرند.

همچنین دسته سومی وجود دارد: موادی که "افزایش ویسکوزیته برشی" (ویسکوزیته با افزایش نرخ برش افزایش می یابد) را نشان می دهند. با تجزیه و تحلیل نمودار، می توان محدوده نرخ برش خاصی را که خواص جریان بهینه را به دست می دهد و بنابراین برای تولید و پردازش مناسب تر است، شناسایی کرد. در محیط های تولید واقعی، نرخ برش معمولاً با تغییر سرعت چرخش موتور تنظیم می شود.

بنابراین، توجه نزدیک به مشخصات جریان که در محدوده نرخ برش خاص مربوط به روش تولید انتخابی نشان داده می شود، ضروری است.

2. ارائه مبنای علمی برای توسعه مواد جدید

2.1 هنگام توسعه مواد جدید یا تلاش برای بهبود عملکرد مواد موجود، محققان معمولاً از فرمولاسیون های جدید و نسبت های ترکیبی استفاده می کنند، یا پرکننده ها، افزودنی ها و عوامل مشابه خاص را به ماتریس مواد اضافه می کنند. برای هر ماده معین - صرف نظر از اجزای تشکیل دهنده خاص آن (فرمولاسیون) یا نسبت دقیق آن اجزا (نسبت ترکیبی) - از یک رئومتر مویرگی برای اندازه گیری منحنی جریان آن استفاده می شود. این اندازه گیری به عنوان مبنای عینی برای ارزیابی عملکرد ماده، تعیین کیفیت کلی آن و تأیید اینکه آیا الزامات لازم را برآورده می کند، عمل می کند. اگر عملکرد ماده کمتر از الزامات باشد، محققان ممکن است سعی کنند با افزودن افزودنی های خاص آن را بهبود بخشند. با استفاده از رئومتر مویرگی برای اندازه گیری منحنی های جریان *قبل* و *بعد* از افزودن یک افزودنی - و سپس مقایسه منحنی های حاصل - می توان تأثیر خاص هر افزودنی را بر خواص جریان ماده به طور دقیق تعیین کرد.

2.2 برای مواد از یک نوع، منحنی های جریان آنها (ویسکوزیته در مقابل نرخ برش) ممکن است متفاوت باشد؛ برخی در پاسخ به نرخ برش تغییرات سریع را نشان می دهند، در حالی که برخی دیگر به تدریج تغییر می کنند. چرا اینطور است؟ یک عامل مهم احتمالاً تفاوت های قابل توجه در توزیع وزن مولکولی مواد است.

عملکردها و ویژگی های تجهیزات

1. رئومتر مویرگی: این دستگاه یک رئومتر مویرگی هوشمند و کنترل شده با کامپیوتر با فشار ثابت است. این دستگاه قادر به کار در هر دو حالت فشار ثابت و سرعت ثابت است و از سیستم های اندازه گیری مبتنی بر کامپیوتر برای تعیین نرخ های اکستروژن - در مشخصات مختلف دای مویرگی و تحت فشارهای اعمالی مختلف - در دماهای متغیر و نرخ های گرمایش استفاده می کند. از طریق رابط کامپیوتر، سرعت اکستروژن، فشار و دمای گرمایش ثبت می شوند. این داده ها به طور خودکار برای محاسبه مقادیر ویسکوزیته پردازش می شوند. علاوه بر این، سیستم منحنی های گرافیکی تولید می کند و یک گزارش آزمون جامع را چاپ می کند.

2. رئومتر مویرگی برای تعیین خواص جریان و نرخ های پخت مواد پلیمری طراحی شده است. این دستگاه ویسکوزیته و انرژی فعال سازی جریان ویسکوز مذاب های پلیمری را اندازه گیری می کند و همچنین می تواند برای بررسی پارامترهای فرآیند برای کاربردهای ریسندگی مذاب مورد استفاده قرار گیرد.

3. رئومتر مویرگی قادر به تعیین پارامترهای عملکرد مختلف پلیمرها از جمله نقاط نرم شدن، نقاط ذوب، نقاط جریان، ویسکوزیته و انرژی فعال سازی جریان ویسکوز، و همچنین دماهای پخت مواد ترموست. است.

4. سیستم کنترل دما و روش کنترل دارای عملکرد برتر است و اندازه گیری تغییرات در مواد پلیمری - و خواص مرتبط با آنها - را در طیف وسیعی از دماها تسهیل می کند. دستگاه توسط کامپیوتر کنترل می شود؛ منحنی های آزمون را در زمان واقعی ترسیم می کند، تغییرات پویا را در طول آزمون به صورت بصری نمایش می دهد و داده ها را بر اساس معادلاتی مانند هاگن-پوازه، رابینویچ و نرخ جریان مذاب (MFR) تولید می کند.

5. رئومتر مویرگی از یک مکانیزم اعمال بار با طراحی منطقی استفاده می کند. تحت کنترل کامپیوتر، اعمال بار مداوم را با دقت بالا و پایداری عالی اجرا می کند. این دستگاه می تواند منحنی های تنش-کرنش و منحنی های پلاستیک سازی را برای مواد پلیمری ترسیم کند، و همچنین دماهای مربوط به نقطه نرم شدن، نقطه ذوب و نقطه جریان را تعیین کند. در نهایت، منحنی های گرافیکی تولید می کند و یک گزارش آزمون کامل را چاپ می کند.

توابع و روش های آزمون

1. آزمون نرخ برش ثابت: قادر به تعیین منحنی های تنش برشی در مقابل نرخ برش، و همچنین منحنی های ویسکوزیته برشی در مقابل نرخ برش.

2. آزمون برش فشار ثابت: قادر به تعیین منحنی های ویسکوزیته برشی در مقابل نرخ برش.

3. آزمون نرخ برش مرحله ای: امکان تنظیم نرخ های برش مختلف را فراهم می کند؛ قادر به تعیین منحنی های تنش برشی در مقابل نرخ برش و منحنی های ویسکوزیته برشی در مقابل نرخ برش. علاوه بر این، در طول آزمایش، امکان ارزیابی شرایط شکست مذاب، و همچنین تعیین حداقل فشار جریان و نرخ برش مذاب را بر اساس تغییرات مشاهده شده در منحنی ها فراهم می کند.

3.1 جریان/بدون جریان آزمون: رابطه بین ویسکوزیته و دما را تعیین می کند و امکان تعیین دقیق حداقل دمای جریان را فراهم می کند.

3.2 شکست مذاب و ناپایداری جریان: پدیده های ناپایداری جریان از جمله شکست مذاب و پارگی مذاب را بررسی می کند.

4. آزمون شیب دما: تغییرات ویسکوزیته مذاب را با افزایش دما تعیین می کند.

5. آزمون شیب دمای فشار ثابت: نقطه نرم شدن ماده را اندازه گیری می کند.

استانداردهای آزمون قابل اجرا

GB/T 25278-2010: *پلاستیک ها - تعیین سیالیت پلاستیک ها با استفاده از رئومترهای مویرگی و شکاف دار*

HG/T 4300-2012: *تعیین خواص رئولوژیکی لاستیک - روش رئومتر مویرگی از نوع پیستونی*

ISO 11443-2021: *پلاستیک ها - تعیین سیالیت پلاستیک ها با استفاده از رئومترهای مویرگی و شکاف دار*

ISO 17744-2004: *پلاستیک ها - تعیین سیالیت پلاستیک ها با استفاده از رئومترهای مویرگی و شکاف دار*

ASTM D3835-16: *روش آزمون استاندارد برای تعیین خواص مواد پلیمری با استفاده از رئومتر مویرگی*

ASTM D5099-08: *روش آزمون استاندارد برای خواص ترکیب و پردازش لاستیک با استفاده از رئومتر مویرگی*

LISO 11443 ASTM D3835 رئومتر مویرگی ISO 17744 ASTM D5099 تست کننده خواص رئولوژیکی پلیمرها رئومتر جریان مویرگی