Капиллярный реометр ISO 11443 ASTM D3835, испытатель реологических свойств полимеров ISO 17744 ASTM D5099, капиллярный реометр

Введение

Эластомерные и пластичные материалы проявляют реологическое поведение. Реология — это собирательный термин для течения и деформации. Для изучения поведения при течении обычно используется капиллярный реометр — устройство, предназначенное для создания потока в расплаве полимера под действием сдвигового напряжения. Непосредственно измеряя два параметра — сдвиговое напряжение и скорость сдвига — можно построить кривую, показывающую зависимость вязкости от скорости сдвига; это называется кривой вязкости. Методология измерения капиллярного реометра тесно имитирует реальные производственные процессы, тем самым предлагая прямое практическое руководство для промышленных исследований, разработок и производства материалов. где: α = Сдвиговая вязкость (Па·с); σ = Сдвиговое напряжение (Па). Вязкость представляет собой сопротивление течению. Вязкость зависит как от температуры, так и от скорости деформации. Зависимость вязкости от скорости деформации может быть определена по одной партии материала за один тестовый прогон, давая 8-10 точек данных при различных скоростях. Напротив, определение зависимости вязкости от температуры обычно требует проведения нескольких тестов при различных дискретных температурах.

Капиллярный реометр: Этот прибор используется для измерения зависимости между сдвиговым напряжением и скоростью сдвига в расплавах полимеров, протекающих через капиллярную фильеру; он позволяет проводить прямой визуальный осмотр морфологии экструдата, исследовать упругость расплава и нестабильность путем изменения соотношения длины фильеры к диаметру, а также определять фазовые переходы полимеров, среди прочих применений. Исследование реологических свойств полимеров не только обеспечивает оптимальные параметры переработки для производственных операций и поставляет критически важные данные для проектирования оборудования для переработки пластмасс, но и дает ценные сведения — такие как структурные и молекулярные параметры — которые необходимы для выбора материалов и модификации сырья. Кроме того, этот прибор предлагает более широкий диапазон режимов моделирования процессов и охватывает более широкий спектр скоростей сдвига.

Применение

В то время как вискозиметр расплава (MFI) в основном используется для контроля качества и инспекции, капиллярный реометр в основном предназначен для целей исследований и разработок.

1. Предоставление научных данных для установления производственных процессов: Переработка и производство сырья для пластмасс в основном регулируются контролем двух ключевых параметров: во-первых, температуры; и во-вторых, скорости (в частности, скорости сдвига).

1.1 Предоставление данных, связанных с температурой: Измеряя кривые течения при различных температурах при постоянной скорости сдвига, можно получить кривую, иллюстрирующую, как вязкость материала изменяется в ответ на колебания температуры. Это позволяет определить температурную чувствительность материала; если наклон кривой течение-температура крутой (т.е. имеет значительный градиент), это указывает на то, что материал очень чувствителен к изменениям температуры. Напротив, если кривая, показывающая изменение вязкости с температурой, относительно плоская, это указывает на то, что материал нечувствителен к колебаниям температуры. Естественно, по кривой легко определить конкретную температуру, при которой расплав проявляет оптимальные свойства течения — делая его пригодным для переработки и производства; это служит научной основой для установления производственных процессов.

Для материалов, чьи кривые течения очень чувствительны к температуре — таких как нейлон — поддержание точного контроля температуры имеет решающее значение для обеспечения качества продукции. В отличие от этого, для материалов, которые относительно нечувствительны к температуре, простое изменение температуры мало повлияет на качество продукции.

1.2 Предоставление данных о скорости сдвига: Измеряя кривую течения при различных скоростях сдвига при постоянной температуре, можно получить кривую, иллюстрирующую, как вязкость материала изменяется в ответ на скорость сдвига. Материалы, вязкость которых остается практически постоянной независимо от скорости сдвига, классифицируются как ньютоновские жидкости; материалы, вязкость которых уменьшается с увеличением скорости сдвига (явление, известное как «сдвиговое утоньшение»), классифицируются как псевдопластичные жидкости — и большинство расплавов полимеров относятся к этой категории сдвигового утоньшения.

Существует также третья категория: материалы, которые проявляют «сдвиговое загустение» (вязкость увеличивается со скоростью сдвига). Анализируя график, можно определить конкретный диапазон скоростей сдвига, который обеспечивает оптимальные свойства течения и поэтому лучше всего подходит для производства и переработки. В реальных производственных условиях скорость сдвига обычно регулируется изменением скорости вращения двигателя.

Поэтому важно уделять пристальное внимание характеристикам течения, проявляющимся в конкретном диапазоне скоростей сдвига, соответствующем выбранному методу производства.

2. Предоставление научной основы для разработки новых материалов

2.1 При разработке новых материалов или поиске путей улучшения характеристик существующих, исследователи обычно используют новые рецептуры и соотношения компонентов, или включают специфические наполнители, добавки и аналогичные агенты в матрицу материала. Для любого данного материала — независимо от его конкретных составляющих компонентов (рецептуры) или точных пропорций этих компонентов (соотношения компонентов) — капиллярный реометр используется для измерения его кривой течения. Это измерение служит объективной основой для оценки характеристик материала, определения его общего качества и проверки соответствия требуемым спецификациям. Если характеристики материала не соответствуют требованиям, исследователи могут попытаться улучшить его, добавив специфические добавки. Используя капиллярный реометр для измерения кривых течения *до* и *после* добавления добавки — и последующего сравнения полученных кривых — можно точно определить конкретное влияние каждой добавки на свойства течения материала.

2.2 Для материалов одного типа их кривые течения (вязкость против скорости сдвига) могут различаться; некоторые проявляют быстрые изменения в ответ на скорость сдвига, в то время как другие изменяются более постепенно. Почему это происходит? Значительным фактором, вероятно, являются существенные различия в распределении молекулярной массы материалов. 

Функции и особенности оборудования

1. Капиллярный реометр: Этот прибор представляет собой интеллектуальный, управляемый компьютером капиллярный реометр с постоянным давлением. Он способен работать как в режимах постоянного давления, так и постоянной скорости, используя компьютерные системы измерения для определения скорости экструзии — при различных спецификациях капиллярной фильеры и при различных приложенных давлениях — при различных температурах и скоростях нагрева. Через компьютерный интерфейс записываются скорость экструзии, давление и температура нагрева. Эти данные автоматически обрабатываются для расчета значений вязкости. Кроме того, система генерирует графические кривые и печатает полный отчет об испытаниях.

2. Капиллярный реометр предназначен для определения свойств течения и скоростей отверждения полимерных материалов. Он измеряет вязкость и энергию активации вязкого течения расплавов полимеров, а также может использоваться для исследования параметров процесса для применений в области экструзии расплава.

3. Капиллярный реометр способен определять различные параметры производительности полимеров, включая точки размягчения, точки плавления, точки текучести, вязкость и энергию активации вязкого течения, а также температуры отверждения термореактивных материалов.

4. Система контроля температуры и методология управления обладают превосходными характеристиками, облегчая измерение изменений в полимерных материалах — и связанных с ними свойствах — в диапазоне температур. Прибор управляется компьютером; он строит кривые испытаний в реальном времени, визуально отображая динамические изменения во время испытания, и генерирует данные на основе таких уравнений, как закон Хагена-Пуазейля, закон Рабиновича и показатель текучести расплава (MFR).

5. Капиллярный реометр использует механизм приложения нагрузки с рациональной конструкцией. Под управлением компьютера он осуществляет непрерывное приложение нагрузки с высокой точностью и отличной стабильностью. Прибор может строить кривые напряжение-деформация и кривые пластификации для полимерных материалов, а также определять температуры, соответствующие точкам размягчения, плавления и текучести. Наконец, он генерирует графические кривые и печатает полный отчет об испытаниях.

Функции и методы испытаний

1. Испытание при постоянной скорости сдвига: Способность определять кривые сдвиговое напряжение против скорости сдвига, а также кривые сдвиговая вязкость против скорости сдвига.

2. Испытание при постоянном давлении: Способность определять кривые сдвиговая вязкость против скорости сдвига.

3. Пошаговое испытание скорости сдвига: Позволяет устанавливать различные скорости сдвига; способен определять кривые сдвиговое напряжение против скорости сдвига и кривые сдвиговая вязкость против скорости сдвига. Кроме того, во время эксперимента он позволяет оценивать условия разрушения расплава, а также определять минимальное давление и скорость сдвига расплава на основе наблюдаемых изменений на кривых.

3.1 Течение/Отсутствие течения Испытание: Определяет зависимость вязкости от температуры, позволяя точно определить минимальную температуру течения.

3.2 Разрушение расплава и нестабильность течения: Исследует явления нестабильности течения, включая разрушение расплава и разрыв расплава.

4. Испытание с температурным подъемом: Определяет изменение вязкости расплава при увеличении температуры.

5. Испытание с температурным подъемом при постоянном давлении: Измеряет точку размягчения материала.

Применимые стандарты испытаний

GB/T 25278-2010: *Пластмассы — Определение текучести пластмасс с использованием капиллярных и щелевых реометров*

HG/T 4300-2012: *Определение реологических свойств резины — Метод капиллярного реометра с поршнем*

ISO 11443-2021: *Пластмассы — Определение текучести пластмасс с использованием капиллярных и щелевых реометров*

ISO 17744-2004: *Пластмассы — Определение текучести пластмасс с использованием капиллярных и щелевых реометров*

ASTM D3835-16: *Стандартный метод испытаний для определения свойств полимерных материалов с помощью капиллярного реометра*

ASTM D5099-08: *Стандартный метод испытаний для определения свойств компаундирования и переработки резины с использованием капиллярного реометра*

LISO 11443 ASTM D3835 Капиллярный реометр ISO 17744 ASTM D5099 Тестер реологических свойств полимеров Капиллярный реометр