Blog

Krzywa przepływu topnienia polimerów lub krzywa lepkości (zależność naprężenia ścinającego od szybkości odkształcenia ścinania w skali log-log) ma dwa odrębne zachowania, które są opisane przez prawo Newtona i prawo potęgowe. Przy bardzo niskich prędkościach ścinania dominuje zachowanie Newtona, gdzie lepkość jest niezależna od szybkości odkształcenia ścinania i zbliża się do tego, co zostało nazwane lepkością zerowej prędkości. Następnie lepkość zaczyna spadać przy pewnej krytycznej prędkości ścinania (y0). Przy wyższych prędkościach ścinania dominuje zachowanie zgodnie z prawem mocy, gdzie lepkość zmniejsza się wraz ze wzrostem szybkości odkształceń ścinania o ujemnym nachyleniu (n-1). Parametr n został nazwany Indeksem Zachowania Newtona.

Obrázek 1: Typická toková křivka polymerní taveniny

Jak pokazano na rysunku 1, krzywa przepływu stopionych polimerów jest związana dwoma szczelinami ograniczającymi (liniami przerywanymi), które określają wartość lepkości z zerową szybkością odkształcenia ścinania (n00 i wartość wskaźnika zachowania Newtona (n)). Służy do obliczania masy cząsteczkowej (Mw) i szerokości rozkładu masy cząsteczkowej (MWD). Temperatura, ciśnienie, dodatki, wypełniacze i smary to inne czynniki, które mogą wpływać na kształt krzywej lepkości/prędkości ścinania.

Istnieje kilka zależności ilościowych, które reprezentują zależność szybkości odkształcenia ścinającego i lepkości materiałów polimerowych, takich jak model prawa mocy, model Bird-Carreau-Yasuda, model Cross i model Cross-WLF. Model prawa mocy pokazano poniżej jako równanie:

gdzie k jest wskaźnikiem spójności (Pa-s), a n jest indeksem zachowania Newtona. Zazwyczaj topnienia polimerów mają wartość n w zakresie od 0,2 do 0,6, w zależności od rodzaju polimeru i jego struktury chemicznej. Model prawa potęgowe spełnia tylko części o krzywych i jest przydatny do sterowania procesami. Jednak obszar newtonowskiej części krzywej nie może być opisany jako taki. Zazwyczaj dane z reometru kapilarnego mieszczą się w zakresie naprężeń ścinających i można je idealnie regulować za pomocą modelu prawa potęgowego. Rysunek 2 przedstawia analizę adaptacji modelu prawa energetycznego (przy użyciu oprogramowania LabKars) na dwóch rodzajach materiałów polietylenowych (PE) przy użyciu reometru kapilarnego Dynisco LCR7001.

Rys. 2. Analiza i stosowanie prawa mocy

Model Crossa został wyrażony jako równanie poniżej:

Lepkość ścinająca (Pa-s), gdzie t jest krytycznym naprężeniem ścinającym (Pa) lub naprężeniem przerwania krzywej i jest wskaźnikiem Power-Law. Rysunek 3 przedstawia zmodyfikowaną analizę modelu krzyżowego (z oprogramowania LabKars) na dwóch rodzajach materiałów PE przy użyciu reometru kapilarnego Dynisco LCR7001.

Figure 3. Analiza i zastosowanie modelu Cross

Model ten łączy prawo potęgowe i regiony Newtona, aby przedstawić pełniejszy opis krzywej przepływu. Jest to przydatny model do przechwytywania wartości lepkości zerowego napięcia.

Zdroj čerpání:

• J.M. Dealy, and K.F. Wissbrun, Melt Rheology and its Role in Plastics Processing: Theory and Applications, Van Nostrand Reinhold, New York (1990).
• C.L. Rohn, Analytical Polymer Rheology, Hanser (1995).