Reologia

Test stabilności termicznej może określić odporność stopionego polimeru na zmianę struktury molekularnej w temperaturach testowych. Wyniki tego badania zależą od temperatury, czasu przebywania w tej temperaturze, składu materiału, obecności wilgoci i/lub zanieczyszczenia. Wiadomo, że właściwości reologiczne polimeru, a mianowicie lepkość ścinająca, są bardzo wrażliwe na zmiany masy cząsteczkowej polimeru, a zatem monitorowanie tych parametrów w czasie może dostarczyć informacji o stabilności termicznej polimeru.

Test stabilności termicznej ma różne zastosowania w przemyśle tworzyw sztucznych. Badanie to może być wykorzystane do sprawdzenia stabilności próbki polimeru podczas badania reologicznego lub podczas rzeczywistego procesu (takiego jak wytłaczanie i formowanie wtryskowe). W takim przypadku proponuje się przeprowadzenie badania przy stałej prędkości ścinania odpowiadającej prędkości w rzeczywistym procesie. Ta metoda badawcza może być również stosowana w celu wykazania obecności wilgoci lub reaktywnej substancji chemicznej w polimerze. Ponadto test ten może dostarczyć informacji do analizy kinematycznej w celu zmierzenia stałej kinetycznej różnych reakcji, które mogą wystąpić podczas procesu.

Rysunek 1 przedstawia związane z czasem wykresy pozornej lepkości ścinania dla dwóch różnych materiałów przy użyciu reometru kapilarnego Dynisco LCR 7001.

Rys. 1. Zmiany pozornej lepkości ścinającej w czasie dla dwóch różnych polimerów

Wykresy te pokazują oczywiste zmiany lepkości ścinania podczas około 23 minut przebywania przy stałym współczynniku odkształcenia ścinającego wynoszącym 80 [1/s] i stałej temperaturze 200 °C. Pierwszy wykres pokazuje niewielki spadek lepkości ścinania po około 13 minutach. Może to nastąpić z powodu degradacji polimeru i możliwego rozszczepienia łańcucha makrocząsteczek polimeru. Jednak drugi wykres pokazuje stały wzrost lepkości ścinania w czasie. Może to z czasem skorygować obecność reakcji chemicznej, takiej jak polimeryzacja, sieciowanie itp.).

Rys. 2. Wyniki kilku testów stabilności termicznej w różnych temperaturach

Jak pokazano na rysunku 2, możliwe jest przeprowadzenie testów stabilności termicznej w różnych temperaturach i / lub różnych prędkościach ścinania, aby uzyskać "okno na proces".

Zasoby:

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).