Reologie

Test tepelné stability může stanovit odolnost polymerní taveniny vůči změně molekulární struktury při testovacích teplotách. Výsledky tohoto testu závisí na teplotě, době zdržení při této teplotě, složení materiálu, přítomnosti vlhkosti a/nebo kontaminaci. Je známo, že reologické vlastnosti polymeru, jmenovitě smyková viskozita, jsou velmi citlivé na změny molekulové hmotnosti polymeru, a proto sledování těchto parametrů v průběhu času může poskytovat informace o tepelné stabilitě polymeru.

Zkouška tepelné stability má v plastikářském průmyslu různé využití. Tento test lze použít k ověření stability vzorku polymeru během reologického testu nebo během skutečného procesu (jako je vytlačování a vstřikování). V tomto případě se navrhuje provést zkoušku při konstantní smykové rychlosti, která odpovídá rychlosti ve skutečném procesu. Tuto zkušební metodu lze také použít k prokázání přítomnosti vlhkosti nebo reaktivní chemikálie v polymeru. Kromě toho může tento test poskytnout informace pro kinematickou analýzu k měření kinetické konstanty různých reakcí, ke kterým může dojít během procesu.

Obrázek 1 ukazuje grafy zjevné smykové viskozity v závislosti na čase pro dva různé materiály pomocí kapilárního reometru Dynisco LCR 7001.

Obrázek 1. Změny zjevné smykové viskozity v průběhu času pro dva různé polymery

Tyto grafy ukazují zřejmé změny smykové viskozity během asi 23 minut doby zdržení při konstantní rychlosti smykové deformaci 80 [1/s] a konstantní teplotě 200°C. První graf ukazuje mírné snížení smykové viskozity přibližně po 13 minutách. K tomu může dojít v důsledku degradace polymeru a možného štěpení řetězce markromolekul polymeru. Druhý graf však ukazuje stálý nárůst smykové viskozity v průběhu času. To může časem znovu opravit přítomnost chemické reakce, jako je polymerace, zesítění atd.).

Obrázek 2. Výsledky několika testů tepelné stability při různých teplotách

Jak je vidět na obrázku 2, je možné provádět testy tepelné stability při různých teplotách a/nebo různých smykových rychlostech a získat tak "okno do vašeho procesu".

Zdroje:

1. J.M. Dealy, P.C. Saucier, Rheology in Plastics Quality Control, Hanser (2000).
2. A. Farahanchi, R. Malloy, M.J. Sobkowicz, Effects of Ultrahigh Speed Twin Screw Extrusion on the Thermal and Mechanical Degradation of Polystyrene, Polym. Eng. Sci. 56, 743–751 (2016).
3. J.M. Dealy, K.F. Wissbrun, Melt Rheology and its Role in Plastics Processing: Theory and Applications, Van Nostrand Reinhold, New York (1990).
4. T. Andersson, B. Stalbom, B. Wesslen, Degradation of Polyethylene. II. Degradation of Low-Density Polyethylene, Linear Low-density Polyethylene, and High-Density Polyethylene in Film Extrusion, J. Appl. Polym. Sci. 91, 1525–1537 (2004).
5. R. Gendron, M.F. Champagne, Effect of Physical Foaming Agents on the Viscosity of Various Polyolefin Resins, J. Cell. Plast. 40, 131–143 (2004).
6. N. Cheremisinoff, Polymer Rheology and Processing, CRC, (1993).
7. P.J. Carreau, D.C.R. DeKee, R.P. Chhabra, Rheology of Polymeric Systems, Hanser, (1997).
8. C.W. Macosko, Rheology Principals, Measurements, and Applications, Wiley-VCH, (1993).
9. C.L. Rohn, Analytical Polymer Rheology, Hanser, (1995).