Máy đo lưu biến mao dẫn ISO 11443 ASTM D3835 Máy kiểm tra tính chất lưu biến polymer ISO 17744 ASTM D5099 Máy đo lưu biến dòng chảy mao dẫn

Giới thiệu

Vật liệu đàn hồi và nhựa thể hiện hành vi lưu biến. Lưu biến là thuật ngữ chung cho dòng chảy và biến dạng. Nghiên cứu hành vi dòng chảy thường sử dụng máy đo lưu biến mao dẫn, một thiết bị được thiết kế để tạo ra dòng chảy trong polymer nóng chảy dưới tác động của ứng suất cắt. Bằng cách đo trực tiếp hai thông số—ứng suất cắt và tốc độ biến dạng cắt—người ta có thể tính toán đường cong biểu thị sự thay đổi độ nhớt theo tốc độ cắt; điều này được gọi là đường cong độ nhớt. Phương pháp đo của máy đo lưu biến mao dẫn mô phỏng chặt chẽ các quy trình sản xuất thực tế, do đó cung cấp hướng dẫn thực tế trực tiếp cho nghiên cứu, phát triển và sản xuất vật liệu công nghiệp. trong đó: α = Độ nhớt cắt (Pa·s); σ = Ứng suất cắt (Pa). Độ nhớt biểu thị khả năng chống chảy. Độ nhớt phụ thuộc vào cả nhiệt độ và tốc độ biến dạng. Sự phụ thuộc của độ nhớt vào tốc độ biến dạng có thể được xác định từ một lô vật liệu duy nhất trong một lần chạy thử nghiệm, cho ra 8 đến 10 điểm dữ liệu ở các tốc độ khác nhau. Ngược lại, việc xác định sự phụ thuộc của độ nhớt vào nhiệt độ thường yêu cầu thực hiện nhiều thử nghiệm ở các nhiệt độ riêng biệt khác nhau.

Máy đo lưu biến mao dẫn: Thiết bị này được sử dụng để đo mối quan hệ giữa ứng suất cắt và tốc độ cắt trong polymer nóng chảy chảy qua khuôn mao dẫn; nó cho phép kiểm tra trực quan trực tiếp hình thái của vật liệu đùn, cho phép nghiên cứu độ đàn hồi và tính không ổn định của vật liệu nóng chảy bằng cách thay đổi tỷ lệ chiều dài trên đường kính của khuôn, và tạo điều kiện xác định các chuyển pha của polymer, cùng với các ứng dụng khác. Nghiên cứu về tính chất lưu biến của polymer không chỉ cung cấp các thông số xử lý tối ưu cho hoạt động sản xuất và cung cấp dữ liệu quan trọng cho thiết kế máy móc xử lý nhựa, mà còn mang lại những hiểu biết có giá trị—như các thông số cấu trúc và phân tử—là điều cần thiết cho việc lựa chọn vật liệu và sửa đổi nguyên liệu thô. Hơn nữa, thiết bị này cung cấp một phạm vi rộng hơn các chế độ mô phỏng xử lý và bao phủ một phổ rộng hơn các tốc độ cắt.

Ứng dụng

Trong khi Máy đo chỉ số chảy nóng chảy (MFI) chủ yếu được sử dụng để kiểm soát chất lượng và kiểm tra, Máy đo lưu biến mao dẫn chủ yếu dành cho mục đích nghiên cứu và phát triển.

1. Cung cấp dữ liệu khoa học để thiết lập quy trình sản xuất: Việc xử lý và sản xuất nguyên liệu thô bằng nhựa chủ yếu được điều chỉnh bởi việc kiểm soát hai thông số chính: thứ nhất, nhiệt độ; và thứ hai, tốc độ (cụ thể là tốc độ cắt).

1.1 Cung cấp dữ liệu liên quan đến nhiệt độ: Bằng cách đo đường cong dòng chảy ở các nhiệt độ khác nhau trong khi duy trì tốc độ cắt không đổi, người ta có thể suy ra một đường cong minh họa cách độ nhớt của vật liệu thay đổi theo biến động nhiệt độ. Điều này cho phép xác định độ nhạy nhiệt độ của vật liệu; nếu độ dốc của đường cong dòng chảy-nhiệt độ dốc (tức là, thể hiện một gradient đáng kể), điều đó cho thấy vật liệu rất nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ. Ngược lại, nếu đường cong biểu thị sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ tương đối phẳng, điều đó cho thấy vật liệu không nhạy cảm với biến động nhiệt độ. Tất nhiên, đường cong giúp dễ dàng xác định nhiệt độ cụ thể mà tại đó vật liệu nóng chảy thể hiện các đặc tính dòng chảy tối ưu—làm cho nó phù hợp để xử lý và sản xuất; điều này phục vụ như là cơ sở khoa học để thiết lập quy trình sản xuất.

Đối với các vật liệu có đường cong dòng chảy rất nhạy cảm với nhiệt độ—như nylon—việc duy trì kiểm soát nhiệt độ chính xác là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Ngược lại, đối với các vật liệu tương đối không nhạy cảm với nhiệt độ, việc điều chỉnh nhiệt độ sẽ ít ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

1.2 Cung cấp dữ liệu tốc độ cắt: Bằng cách đo đường cong dòng chảy ở các tốc độ cắt khác nhau trong khi duy trì nhiệt độ không đổi, người ta có thể thu được một đường cong minh họa cách độ nhớt của vật liệu thay đổi theo tốc độ cắt. Các vật liệu có độ nhớt về cơ bản không đổi bất kể tốc độ cắt được phân loại là chất lỏng Newton; các vật liệu có độ nhớt giảm khi tốc độ cắt tăng (một hiện tượng được gọi là "làm loãng cắt") được phân loại là chất lỏng giả dẻo—và phần lớn polymer nóng chảy thuộc loại làm loãng cắt này.

Ngoài ra còn có một loại thứ ba: các vật liệu thể hiện "làm đặc cắt" (độ nhớt tăng theo tốc độ cắt). Bằng cách phân tích biểu đồ, người ta có thể xác định phạm vi tốc độ cắt cụ thể mang lại các đặc tính dòng chảy tối ưu và do đó phù hợp nhất cho sản xuất và xử lý. Trong môi trường sản xuất thực tế, tốc độ cắt thường được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ quay của động cơ.

Do đó, điều cần thiết là phải chú ý chặt chẽ đến các đặc tính dòng chảy thể hiện trong phạm vi tốc độ cắt cụ thể tương ứng với phương pháp sản xuất đã chọn.

2. Cung cấp cơ sở khoa học cho phát triển vật liệu mới

2.1 Khi phát triển vật liệu mới hoặc tìm cách nâng cao hiệu suất của vật liệu hiện có, các nhà nghiên cứu thường sử dụng các công thức mới và tỷ lệ thành phần, hoặc kết hợp các chất độn, phụ gia và các tác nhân tương tự cụ thể vào ma trận vật liệu. Đối với bất kỳ vật liệu nào—bất kể thành phần cụ thể của nó (công thức) hoặc tỷ lệ chính xác của các thành phần đó (tỷ lệ thành phần)—một máy đo lưu biến mao dẫn được sử dụng để đo đường cong dòng chảy của nó. Đo lường này phục vụ như là cơ sở khách quan để đánh giá hiệu suất của vật liệu, xác định chất lượng tổng thể của nó và xác minh xem nó có đáp ứng các thông số kỹ thuật yêu cầu hay không. Nếu hiệu suất của vật liệu không đạt yêu cầu, các nhà nghiên cứu có thể cố gắng cải thiện nó bằng cách kết hợp các phụ gia cụ thể. Bằng cách sử dụng máy đo lưu biến mao dẫn để đo đường cong dòng chảy cả *trước* và *sau* khi thêm phụ gia—và sau đó so sánh các đường cong kết quả—người ta có thể xác định chính xác tác động cụ thể mà mỗi phụ gia có đối với các đặc tính dòng chảy của vật liệu.

2.2 Đối với các vật liệu cùng loại, đường cong dòng chảy của chúng (độ nhớt so với tốc độ cắt) có thể khác nhau; một số thể hiện sự thay đổi nhanh chóng theo tốc độ cắt, trong khi những vật liệu khác thay đổi dần dần hơn. Tại sao lại như vậy? Một yếu tố đóng góp đáng kể có lẽ là sự khác biệt đáng kể về phân bố trọng lượng phân tử của vật liệu. 

Chức năng và Tính năng của Thiết bị

1. Máy đo lưu biến mao dẫn: Thiết bị này là một máy đo lưu biến mao dẫn áp suất không đổi, điều khiển bằng máy tính, thông minh. Nó có khả năng hoạt động ở cả hai chế độ áp suất không đổi và tốc độ không đổi, sử dụng hệ thống đo dựa trên máy tính để xác định tốc độ đùn—trên các thông số kỹ thuật khuôn mao dẫn khác nhau và dưới các áp suất tác dụng khác nhau—ở các nhiệt độ và tốc độ gia nhiệt khác nhau. Thông qua giao diện máy tính, tốc độ đùn, áp suất và nhiệt độ gia nhiệt được ghi lại. Dữ liệu này được xử lý tự động để tính toán các giá trị độ nhớt. Hơn nữa, hệ thống tạo ra các đường cong đồ họa và in báo cáo thử nghiệm toàn diện.

2. Máy đo lưu biến mao dẫn được thiết kế để xác định các đặc tính dòng chảy và tốc độ đóng rắn của vật liệu polymer. Nó đo độ nhớt và năng lượng kích hoạt dòng chảy nhớt của polymer nóng chảy, và cũng có thể được sử dụng để nghiên cứu các thông số xử lý cho các ứng dụng kéo sợi nóng chảy.

3. Máy đo lưu biến mao dẫn có khả năng xác định các thông số hiệu suất khác nhau của polymer, bao gồm điểm làm mềm, điểm nóng chảy, điểm chảy, độ nhớt và năng lượng kích hoạt dòng chảy nhớt, cũng như nhiệt độ đóng rắn của vật liệu đóng rắn nhiệt.

4. Hệ thống kiểm soát nhiệt độ và phương pháp kiểm soát có hiệu suất vượt trội, tạo điều kiện đo lường sự thay đổi của vật liệu polymer—và các đặc tính liên quan của chúng—trên một phạm vi nhiệt độ. Thiết bị được điều khiển bằng máy tính; nó vẽ các đường cong thử nghiệm thời gian thực, hiển thị trực quan các thay đổi động trong quá trình thử nghiệm, và tạo dữ liệu dựa trên các phương trình như Hagen-Poiseuille, Rabinowitsch và Chỉ số chảy nóng chảy (MFR).

5. Máy đo lưu biến mao dẫn sử dụng cơ chế ứng dụng tải có thiết kế hợp lý. Dưới sự kiểm soát của máy tính, nó thực hiện ứng dụng tải liên tục với độ chính xác cao và độ ổn định tuyệt vời. Thiết bị có thể vẽ các đường cong ứng suất-biến dạng và đường cong hóa dẻo cho vật liệu polymer, cũng như xác định nhiệt độ tương ứng với điểm làm mềm, điểm nóng chảy và điểm chảy. Cuối cùng, nó tạo ra các đường cong đồ họa và in báo cáo thử nghiệm hoàn chỉnh.

Chức năng và Phương pháp Thử nghiệm

1. Thử nghiệm tốc độ cắt không đổi: Có khả năng xác định đường cong ứng suất cắt so với tốc độ cắt, cũng như đường cong độ nhớt cắt so với tốc độ cắt.

2. Thử nghiệm cắt áp suất không đổi: Có khả năng xác định đường cong độ nhớt cắt so với tốc độ cắt.

3. Thử nghiệm tốc độ cắt theo bước: Cho phép cài đặt các tốc độ cắt khác nhau; có khả năng xác định đường cong ứng suất cắt so với tốc độ cắt và đường cong độ nhớt cắt so với tốc độ cắt. Hơn nữa, trong quá trình thử nghiệm, nó cho phép đánh giá các điều kiện gãy vật liệu nóng chảy, cũng như xác định áp suất dòng chảy tối thiểu và tốc độ cắt của vật liệu nóng chảy, dựa trên những thay đổi quan sát được trên các đường cong.

3.1 Dòng chảy/Không chảy Thử nghiệm: Xác định mối quan hệ giữa độ nhớt và nhiệt độ, cho phép xác định chính xác nhiệt độ dòng chảy tối thiểu.

3.2 Gãy vật liệu nóng chảy và không ổn định dòng chảy: Nghiên cứu các hiện tượng không ổn định dòng chảy, bao gồm gãy vật liệu nóng chảy và vỡ vật liệu nóng chảy.

4. Thử nghiệm tăng nhiệt độ: Xác định sự thay đổi độ nhớt của vật liệu nóng chảy khi nhiệt độ tăng.

5. Thử nghiệm tăng nhiệt độ áp suất không đổi: Đo điểm làm mềm của vật liệu.

Tiêu chuẩn Thử nghiệm Áp dụng

GB/T 25278-2010: *Nhựa — Xác định độ chảy của nhựa bằng máy đo lưu biến mao dẫn và khuôn khe*

HG/T 4300-2012: *Xác định tính chất lưu biến của cao su — Phương pháp máy đo lưu biến mao dẫn loại pít-tông*

ISO 11443-2021: *Nhựa — Xác định độ chảy của nhựa bằng máy đo lưu biến mao dẫn và khuôn khe*

ISO 17744-2004: *Nhựa — Xác định độ chảy của nhựa bằng máy đo lưu biến mao dẫn và khuôn khe*

ASTM D3835-16: *Phương pháp thử tiêu chuẩn để xác định tính chất của vật liệu polymer bằng máy đo lưu biến mao dẫn*

ASTM D5099-08: *Phương pháp thử tiêu chuẩn để xác định tính chất trộn và xử lý cao su bằng máy đo lưu biến mao dẫn*

LISO 11443 ASTM D3835 Máy đo lưu biến mao dẫn ISO 17744 ASTM D5099 Máy đo tính chất lưu biến polymer Máy đo lưu biến dòng mao dẫn