流变学是研究材料的流动和变形的科欧洲杯线上买球学植根于提出的弹性和粘度胡克定律和牛顿在17岁欧洲杯足球竞彩th世纪。热塑性聚合物熔体被广泛使用在许多现代工业过程中制造大量的对象。
聚合物使用,因为它们是相对便宜形成复杂形状的熔融状态,因此,我们需要了解他们如何流时处理。
描述聚合物的流变特性
聚合物材料是复杂的流变特征,因为有很多因素影响他们欧洲杯足球竞彩的流动特性。因素影响流动行为的例子可能包括:加工温度;流率;停留时间等。
此外聚合物的流变特性之间的液体和固体。这导致时间依赖性流的属性和其他重要特性,其中一些在下面讨论。
熔体粘度和温度
熔体粘度是众所周知的极度依赖于温度。通过降低模具的温度,直到产生部分粗面,处理器可以学习最低温度(因此最大的树脂粘度)的过程可以运行没有表面缺陷变得明显。降低模具温度可以节省能源,减少周期时间,所以熔体粘度对温度的依赖关系的理解是非常有用的。
死膨胀
聚合物熔体被挤压时表现出模膨胀。这一现象揭示了本身的直径增加挤出物退出后死亡。的膨胀量与材料的弹性变形量在进口的死亡。进一步的事实被认为是膨胀的程度(更正确地挤出物膨胀)的长度取决于模具材料挤压在恒定时的吞吐量。
换句话说聚合物熔体展览时间依赖材料忘记弹性变形应用模具的入口处,材料花费更多的时间在死越少死膨胀。
熔体弹性的影响
熔体弹性还可以等许多其他聚合物过程产生深远的影响:
- 吹塑的壁厚吹组件取决于程度的膨胀,发生在挤压过程中模具之前被关闭。
- 真空成型和热成型的聚合物材料必须保持一定程度的弹性,防止下垂之前拉着冷成型模真空。如果材料没有足够的弹性可能会接触到冷死在真空或压力。聚合物加工性能也取决于润滑剂的浓度、增塑剂、填充剂和其他组件的复合处理。从这简短介绍一个可以欣赏,适当的聚合物熔体流动行为的描述可能需要复杂的和通用的仪器。
组件的热塑性流变学
从流变学家聚合物流动行为的观点可以方便地分为三个部分:剪切和张性流动特征的相应的粘度和弹性行为的特点是测量模量或膨胀比率。
仪器为热塑性流变学特征
完全描述材料,仪器已提取的能力需要这些参数通过一系列温度和剪切/扩展率。现代实验室流变试验装置可分为两大类的旋转流变仪和毛细管挤出流变仪。
旋转流变仪
这些工具通常需要一个小样品的材料测试磁盘的形式——典型的尺寸是25毫米直径1毫米厚。一对平行板之间的样本被放置或上锥和下盘的温度可以由外部加热装置如吹烤箱或电加热的盘子。
现代旋转流变仪有能力的测试类型,允许充分表征材料在一系列温度和流速。可用的类型的测试类型的例子是:
- 流动的曲线
- 蠕变测试
- 应力松弛试验
- 小幅度正弦振荡测试
流动的曲线
流动曲线测量剪切粘度与剪切速率和剪切应力。在足够低的剪切速率粘度将会达到一个常数值。
这个所谓的零剪切粘度可以依赖于聚合物的平均分子量和高原的长度(前率多高粘度降低)是反映分子量分布的宽度。软件包可用于确定平均分子量和分子量分布等数据。
图1所示。流量曲线在190°C显示为低密度聚乙烯粘度低剪切率高原。零剪切粘度的大小取决于聚合物的平均分子量。
蠕变测试
的恒定应力蠕变测试(应用程序定义的时间内)允许的一个可供选择的方法,确定零剪切粘度。当结合恢复测试(压力的)这些测试使弹性在样本的数量来衡量,因为材料将与弹性反冲和试图恢复原来的形状。
图2。蠕变曲线(蓝色)&复苏(红色)聚丙烯在190ºC允许确定零剪切粘度和平衡可恢复的遵从性。
应力松弛试验
应力松弛测试应用瞬时变形(应变)样品和记录的时间相关的应力随时间迅速衰减。压力的衰减速度取决于聚合物的粘弹性测试温度。数据通常是显示为松弛模量和时间。集成模量与时间的函数是一个经常被遗忘,但快速的方法确定零剪切粘度,因此平均分子量。模量/时间函数的微分产生连续的弛豫时间分布曲线。这个相当复杂函数原则上包含相关信息的分子量分布聚合物。
图3。应力松弛数据低密度聚乙烯190°C。弛豫时间分布曲线包括aboput聚合物的分子量分布的信息。
小幅度正弦振荡测试
小振幅测试频率的正弦振荡测试功能是快速和常用方法测量同时粘性和弹性的聚合物。两个参数通常报道——存储(弹性)弹性模量和粘性模量(G(损失)”),表示材料的相对度恢复(弹性响应)或流(粘性响应)分别作为变形(测试频率)的速度变化。
的典型响应聚合物熔体表现出弹性主导行为在高频率和粘性主导行为在低频率。这意味着有一个临界频率的两个反应都是平等的。这显然是一个良好定义的点和方便地这种“交叉”频率和模量取决于分子量和分子量分布的线性聚合物。
潜在的优势,利用这一点作为质量控制工具的交叉弹性和粘性模发生频率显著高于剪切粘度的点一个常量值。测试时间可能因此大大减少相比,进行流量曲线测量或执行蠕变测试。
图4。频率扫描聚丙烯在190ºC。是由一个交叉点的平均分子量和分子量分布。
完整的分子参数和加工性能之间的关系的讨论已经超出了这篇简短的文章的范围,但是下面的例子说明了聚合物的粘弹性特征如何解决实际处理问题:
- 管和仪表管在挤压过程的可变性
- 减少纤维纺纱属性不一致
管和仪表管在挤压过程的可变性
在低频振荡测试(低于0.1赫兹)显示材料的弹性模量不同批次之间的差异。显然管规将取决于经济复苏的程度被挤压后的聚合物,所以毫不奇怪,高计的管道和管有更大的弹性模量。
图5。频率扫描数据为两个HDPE管道。样本具有较高弹性模量产生更大的规管。
减少纤维纺纱属性不一致
低频振荡测试能够显示不同批次的材料的弹性性质的差异。没有观察到的粘度差异,表明分子量的物质是一致的。
弹性较低频率的差异与不同分子量分布(随钻测量)和更广泛的随钻测量的结果导致增加分子链缠结,阻碍了减少纤维纺纱过程的过程。这反过来导致最终产品不一致。
图6。复杂的粘度作为频率的函数对PP纤维样品的好坏。请注意,没有明显的区别是显而易见的。
图7。储能模量作为频率的函数,好的和坏的PP纤维样品。坏的样品有更多的弹性造成纤维直径不一致。
毛细管挤出流变仪
先进的毛细管挤出流变仪组成一个温度控制桶中加入一个或多个精密孔安装毛细管死在出口处。熔体压力传感器安装上面立即死亡记录压降为聚合物熔体通过模具挤压在程序流率。
通过使用毛细管的死,一个“口”或“零长度”死聚合物熔体的剪切和拉伸粘度可能决定同时对剪切和延伸率。
额外的配件可用于记录死亡增加意味着如果一个激光扫描测量,或挤出物熔体强度通过聚合物链通过一系列的速度控制夹辊和记录的力(熔体张力)撤退速度的函数。
毛细管和旋转流变仪之间的区别
作为一般规则,毛细管流变仪是用来测量融化属性在剪切率高于旋转流变仪和允许流测定典型处理条件下的行为。
一个特别重要的考虑因素是衡量外延的能力(拉伸)属性扩展率高于其他技术(如计数器旋转轮设备),更重要的是在扩展率遇到处理线。
剪切和张性数据
8和9的数据显示剪切和张性数据,这说明了一个重要且常被忽视的一点:两个聚合物可能几乎相同的剪切流的行为,但可能表现出明显不同的外延属性。
如前所述,许多聚合物过程(纤维纺丝、吹塑)本质上是具体的流程,所以确定外延的粘度比测量剪切粘度更重要。
图8。剪切粘度与剪切速率。两个橡胶的数据是不可区分的。
图9。外延的粘度和扩展速率相同的材料如图8所示。欧洲杯足球竞彩张性有明显差异。
流不稳定和熔体破裂
流不稳定或融化骨折通常是拉应力的结果当熔体流从一个大截面较小的一个。如果拉应力变得足够大,熔体骨折。
熔体破裂的影响变得不那么明显的死的长度增加,如模具温度增加。增加模具长度呈现出入口处的截面变化的影响的死和增加温度降低了粘度和压力在同一剪切率。
熔体在毛细管流变仪地区断裂显示为常规熔体压力信号的振荡,如下所示。融化有效裂缝,然后改革与相邻元素经历了不同的具体的历史的作用,所以在退出模具将膨胀不同。
图10。熔体破裂的证据表明振荡压力信号。材料是聚丙烯以190ºC。
行为的热塑性塑料毛细管的死亡
一个基本假定在计算流变特性与毛细管流变仪是材料在毛细管死的墙壁是静止的,这就是所谓的条件。在实践中聚合物熔体偏离这一情况的临界压力和物质流组合剪切流叠加到塞流。
墙滑和决心的临界应力进行分析毛细管流变仪测量的流量曲线在同一温度至少三套毛细管长度直径比相同的死去。材料不经历墙滑相同的剪切应力与剪切速率概要文件将生成。
对于墙发生滑动,剪切应力会降低模具直径在恒定剪切速率增加。分析流的数据允许“滑移速度”和临界压力决定。这些参数通常是计算流体动力学软件所需的剪切和外延的粘度数据预测的融化在模具和挤压配置文件。
上面的两个例子展示了一个毛细管挤出流变仪可以用来帮助预测聚合物熔体的加工性能。其他的测试机制也可能:测定聚合物降解由多个流曲线测量或粘度与时间;临界温度的测量流量恒定开始挤压压力;应力松弛后流停止;融化压缩在恒定温度等。
图11。HDPE的流变图200ºC。的恒定应力显示墙滑的证据。
图12。滑移速度和剪切速率对HDPE 200ºC。穆尼滑移速度计算的方法。
结论
聚合物熔体流变学是一个复杂的主题,需要仔细的实验设计,以获得所需的信息以满足研究者的需求。旋转流变仪是首选要求时获取信息关于分子结构以及这如何影响加工的特点。
特别是,可以轻松提取信息的平均分子量和分子量分布测量的粘弹性性质使旋转流变仪一个强大的工具。毛细管流变仪扩展了剪切速率范围内实现在实验室之外,可用旋转仪器并允许流属性是典型的加工条件下测量。
此外,能够容易确定剪切和外延属性在现实生活条件下聚合物生产商和处理器提供的信息是至关重要的成功使用聚合物熔体。最后,毛细管流变仪可以处理问题调查在一个被控制的环境中,而不需要在工厂停止生产。
.png)
这些信息已经采购,审核并改编自莫尔文Panalytical提供的材料。欧洲杯足球竞彩
在这个来源的更多信息,请访问莫尔文Panalytical。