Wprowadzenie
Materiały elastomerowe i tworzywa sztuczne wykazują zachowania reologiczne. Reologia to zbiorcze określenie przepływu i deformacji. Do badania zachowania przepływu zazwyczaj stosuje się leporymetr kapilarny, urządzenie zaprojektowane do wywoływania przepływu stopu polimeru pod wpływem naprężenia ścinającego. Bezpośrednio mierząc dwa parametry – naprężenie ścinające i szybkość odkształcenia ścinającego – można obliczyć krzywą przedstawiającą zależność lepkości od szybkości ścinania; jest to znane jako krzywa lepkości. Metodologia pomiarowa leporymetru kapilarnego ściśle symuluje rzeczywiste procesy produkcyjne, oferując tym samym bezpośrednie praktyczne wskazówki dla przemysłowych badań, rozwoju i produkcji materiałów. gdzie: α = Lepkość ścinająca (Pa·s); σ = Naprężenie ścinające (Pa). Lepkość reprezentuje opór przepływu. Lepkość zależy zarówno od temperatury, jak i szybkości odkształcenia. Zależność lepkości od szybkości odkształcenia można określić na podstawie jednej partii materiału w jednym przebiegu testowym, uzyskując 8 do 10 punktów danych dla różnych szybkości. Z kolei określenie zależności lepkości od temperatury zazwyczaj wymaga przeprowadzenia wielu testów w różnych, odrębnych temperaturach.
Leporymetr kapilarny: Przyrząd ten służy do pomiaru zależności między naprężeniem ścinającym a szybkością ścinania w stopach polimerów przepływających przez dyszę kapilarną; umożliwia bezpośrednią wizualną inspekcję morfologii wytłoczyny, pozwala na badanie elastyczności i niestabilności stopu poprzez zmianę stosunku długości do średnicy dyszy, a także ułatwia określanie przejść fazowych polimerów, między innymi zastosowań. Badania właściwości reologicznych polimerów nie tylko dostarczają optymalnych parametrów przetwarzania dla operacji produkcyjnych i dostarczają krytycznych danych do projektowania maszyn do przetwarzania tworzyw sztucznych, ale także dostarczają cennych spostrzeżeń – takich jak parametry strukturalne i molekularne – które są niezbędne do wyboru materiału i modyfikacji surowców. Ponadto, przyrząd ten oferuje szerszy zakres trybów symulacji przetwarzania i obejmuje szersze spektrum szybkości ścinania.
Zastosowania
Podczas gdy Miernik Przepływu Stopu (MFI) jest wykorzystywany głównie do kontroli jakości i inspekcji, Leporymetr Kapilarny jest przeznaczony przede wszystkim do celów badawczo-rozwojowych.
1. Dostarczanie danych naukowych do ustalania procesów produkcyjnych: Przetwarzanie i produkcja surowców tworzyw sztucznych są głównie regulowane przez kontrolę dwóch kluczowych parametrów: po pierwsze, temperatury; po drugie, prędkości (w szczególności szybkości ścinania).
1.1 Dostarczanie danych związanych z temperaturą: Mierząc krzywe przepływu w różnych temperaturach przy stałej szybkości ścinania, można uzyskać krzywą ilustrującą, jak lepkość materiału zmienia się w odpowiedzi na fluktuacje temperatury. Pozwala to na określenie wrażliwości materiału na temperaturę; jeśli nachylenie krzywej przepływu-temperatury jest strome (tj. wykazuje znaczący gradient), oznacza to, że materiał jest bardzo wrażliwy na zmiany temperatury. I odwrotnie, jeśli krzywa przedstawiająca zmiany lepkości w zależności od temperatury jest stosunkowo płaska, oznacza to, że materiał jest niewrażliwy na fluktuacje temperatury. Oczywiście, krzywa ułatwia identyfikację konkretnej temperatury, w której stop wykazuje optymalne właściwości przepływu – co czyni go odpowiednim do przetwarzania i produkcji; służy to jako naukowa podstawa do ustalania procesów produkcyjnych.
Dla materiałów, których krzywe przepływu są bardzo wrażliwe na temperaturę – takich jak nylon – utrzymanie precyzyjnej kontroli temperatury jest kluczowe dla zapewnienia jakości produktu. W przeciwieństwie do tego, dla materiałów, które są stosunkowo niewrażliwe na temperaturę, prosta regulacja temperatury będzie miała niewielki wpływ na jakość produktu.
1.2 Dostarczanie danych dotyczących szybkości ścinania: Mierząc krzywą przepływu w różnych szybkościach ścinania przy stałej temperaturze, można uzyskać krzywą ilustrującą, jak lepkość materiału zmienia się w odpowiedzi na szybkość ścinania. Materiały, których lepkość pozostaje zasadniczo stała niezależnie od szybkości ścinania, klasyfikuje się jako płyny Newtonowskie; materiały, których lepkość maleje wraz ze wzrostem szybkości ścinania (zjawisko znane jako „rozrzedzanie ścinające”), klasyfikuje się jako płyny pseudoplastyczne – a większość stopów polimerów należy do tej kategorii rozrzedzania ścinającego.
Istnieje również trzecia kategoria: materiały wykazujące „zagęszczanie ścinające” (lepkość rośnie wraz ze wzrostem szybkości ścinania). Analizując wykres, można zidentyfikować konkretny zakres szybkości ścinania, który zapewnia optymalne właściwości przepływu i jest tym samym najlepiej dopasowany do produkcji i przetwarzania. W rzeczywistych środowiskach produkcyjnych szybkość ścinania jest zazwyczaj regulowana poprzez zmianę prędkości obrotowej silnika.
Dlatego też istotne jest zwrócenie szczególnej uwagi na charakterystykę przepływu występującą w konkretnym zakresie szybkości ścinania odpowiadającym wybranej metodzie produkcji.
2. Dostarczanie podstaw naukowych do rozwoju nowych materiałów
2.1 Podczas opracowywania nowych materiałów lub poszukiwania sposobów poprawy wydajności istniejących, badacze zazwyczaj stosują nowe formulacje i proporcje składu, lub wprowadzają do matrycy materiału specyficzne wypełniacze, dodatki i podobne środki. Dla każdego materiału – niezależnie od jego konkretnych składników (formulacji) lub dokładnych proporcji tych składników (proporcji składu) – leporymetr kapilarny służy do pomiaru jego krzywej przepływu. Pomiar ten stanowi obiektywną podstawę do oceny wydajności materiału, określenia jego ogólnej jakości i weryfikacji, czy spełnia wymagane specyfikacje. Jeśli wydajność materiału nie spełnia wymagań, badacze mogą próbować ją poprawić poprzez wprowadzenie specyficznych dodatków. Używając leporymetru kapilarnego do pomiaru krzywych przepływu *przed* i *po* dodaniu dodatku – a następnie porównując uzyskane krzywe – można precyzyjnie określić konkretny wpływ każdego dodatku na właściwości przepływu materiału.
2.2 Dla materiałów tego samego typu, ich krzywe przepływu (lepkość vs. szybkość ścinania) mogą się różnić; niektóre wykazują szybkie zmiany w odpowiedzi na szybkość ścinania, podczas gdy inne zmieniają się bardziej stopniowo. Dlaczego tak się dzieje? Znaczącym czynnikiem przyczyniającym się do tego jest prawdopodobnie znaczna różnica w rozkładzie masy cząsteczkowej materiałów.
Funkcje i cechy sprzętu
1. Leporymetr kapilarny: Przyrząd ten jest inteligentnym, sterowanym komputerowo leporymetrem kapilarnym o stałym ciśnieniu. Jest zdolny do pracy zarówno w trybie stałego ciśnienia, jak i stałej prędkości, wykorzystując komputerowe systemy pomiarowe do określania szybkości wytłaczania – dla różnych specyfikacji dysz kapilarnych i pod różnymi ciśnieniami – w zmiennych temperaturach i szybkościach nagrzewania. Za pośrednictwem interfejsu komputerowego rejestrowana jest prędkość wytłaczania, ciśnienie i temperatura nagrzewania. Dane te są automatycznie przetwarzane w celu obliczenia wartości lepkości. Ponadto, system generuje krzywe graficzne i drukuje kompleksowy raport z testu.
2. Leporymetr kapilarny jest przeznaczony do określania właściwości przepływu i szybkości utwardzania materiałów polimerowych. Mierzy lepkość i energię aktywacji przepływu lepkiego stopów polimerów, a także może być wykorzystywany do badania parametrów procesu dla zastosowań przędzenia stopów.
3. Leporymetr kapilarny jest zdolny do określania różnych parametrów wydajności polimerów, w tym punktów mięknienia, punktów topnienia, punktów płynięcia, lepkości i energii aktywacji przepływu lepkiego, a także temperatur utwardzania materiałów termoutwardzalnych.
4. System kontroli temperatury i metodologia sterowania charakteryzują się doskonałą wydajnością, ułatwiając pomiar zmian w materiałach polimerowych – i ich powiązanych właściwościach – w różnych zakresach temperatur. Przyrząd jest sterowany komputerowo; rysuje krzywe testowe w czasie rzeczywistym, wizualnie wyświetlając dynamiczne zmiany podczas testu, i generuje dane na podstawie równań takich jak Hagen-Poiseuille, Rabinowitsch i Szybkość Przepływu Stopu (MFR).
5. Leporymetr kapilarny wykorzystuje mechanizm przykładania obciążenia o racjonalnej konstrukcji. Pod kontrolą komputera wykonuje ciągłe przykładanie obciążenia z wysoką precyzją i doskonałą stabilnością. Przyrząd może rysować krzywe naprężenie-odkształcenie i krzywe plastyfikacji dla materiałów polimerowych, a także określać temperatury odpowiadające punktowi mięknienia, punktowi topnienia i punktowi płynięcia. Na koniec generuje krzywe graficzne i drukuje kompletny raport z testu.
Funkcje i metody testowania
1. Test stałej szybkości ścinania: Zdolny do określania krzywych naprężenie ścinające vs. szybkość ścinania, a także krzywych lepkość ścinająca vs. szybkość ścinania.
2. Test stałego ciśnienia ścinania: Zdolny do określania krzywych lepkość ścinająca vs. szybkość ścinania.
3. Test stopniowej szybkości ścinania: Umożliwia ustawienie różnych szybkości ścinania; zdolny do określania krzywych naprężenie ścinające vs. szybkość ścinania i krzywych lepkość ścinająca vs. szybkość ścinania. Ponadto, podczas eksperymentu, umożliwia ocenę warunków pękania stopu, a także określenie minimalnego ciśnienia przepływu i szybkości ścinania stopu, na podstawie obserwowanych zmian na krzywych.
3.1 Przepływ/Brak przepływu Test: Określa zależność między lepkością a temperaturą, umożliwiając precyzyjne określenie minimalnej temperatury przepływu.
3.2 Pękanie stopu i niestabilność przepływu: Bada zjawiska niestabilności przepływu, w tym pękanie stopu i rozerwanie stopu.
4. Test przyrostu temperatury: Określa zmianę lepkości stopu wraz ze wzrostem temperatury.
5. Test przyrostu temperatury przy stałym ciśnieniu: Mierzy punkt mięknienia materiału.
Obowiązujące normy testowe
GB/T 25278-2010: *Tworzywa sztuczne – Oznaczanie płynności tworzyw sztucznych za pomocą leporymetrów kapilarnych i szczelinowych*
HG/T 4300-2012: *Oznaczanie właściwości reologicznych gumy – Metoda z użyciem leporymetru kapilarnego typu tłokowego*
ISO 11443-2021: *Tworzywa sztuczne – Oznaczanie płynności tworzyw sztucznych za pomocą leporymetrów kapilarnych i szczelinowych*
ISO 17744-2004: *Tworzywa sztuczne – Oznaczanie płynności tworzyw sztucznych za pomocą leporymetrów kapilarnych i szczelinowych*
ASTM D3835-16: *Standardowa metoda badania właściwości materiałów polimerowych za pomocą leporymetru kapilarnego*
ASTM D5099-08: *Standardowa metoda badania właściwości mieszania i przetwarzania gumy za pomocą leporymetru kapilarnego*
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!
Polish
