Реология

Тест на температурную стабильность позволяет определить устойчивость расплава полимера к изменениям молекулярной структуры при температурах испытания. Результаты данного теста зависят от температуры, времени нахождения при данной температуре, состава материала, присутствия влажности и/или загрязнений. Известно, что реологические свойства полимера, а именно сдвиговая вязкость, очень чувствительны к изменению молекулярной массы полимера, поэтому мониторинг этих параметров с течением времени может дать информацию о тепловой стабильности полимера.

Испытание на температурную стабильность имеет различное назначение в пластмассовой промышленности. Этот тест может использоваться для проверки стабильности образца полимера во время реологического теста или во время реального процесса (такого как экструзия и инжекция). В этом случае предлагается проводить испытание при постоянной скорости сдвига, соответствующей скорости в реальном процессе. Данный метод испытаний также может использоваться для демонстрации присутствия влаги или реактивного химического вещества в полимере. Кроме того, данный тест может предоставить информацию по кинематическому анализу для измерения кинетической константы различных реакций, которые могут происходить во время процесса.

На рис. 1 показаны графики зависимости явной сдвиговой вязкости от времени для двух разных материалов при помощи капиллярного реометра Dynisco LCR 7001.

На этих графиках показаны очевидные изменения сдвиговой вязкости в течение около 23 минут периода задержки при постоянной скорости сдвиговой деформации 80 [1/с] и постоянной температуре 200 °С. На первом графике показано умеренное уменьшение сдвиговой вязкости примерно через 13 минут. Это может происходить вследствие деградации полимера и возможного расщепления цепочки макромолекул полимера. Однако на втором графике показано устойчивое увеличение сдвиговой вязкости с течением времени. Это может со временем снова скорректировать наличие химической реакции, такой как полимеризация, сшивка и т.д.)

Рисунок 2. Результаты нескольких испытаний на температурную стабильность при различных температурах

Как показано на рисунке 2, испытания на температурную стабильность могут проводиться при разных температурах и/или разных скоростях сдвига с целью получения «окна в технологический процесс».

Источники:

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).