Skluz polymerní taveniny jako jev nepříznivě ovlivňující evaluaci tokových dat získaných pomocí kapilárního viskozimetru.

Pavlína Plšková

Bachelor's thesis

Polymer Melt Wall Slip as a Phenomena Perversely Affecting Capillary Viscosity Data Evaluation

Abstract:

Introduction of the role of polymer melts viscosity measurements for the flow behaviour characterization as well as outline of the possibility to evaluate viscosity data with regard of presentation of accessible experimental devices and identification of potential problems demonstrated in the form of flow instabilities, was the main target of presented Bachelor´s thesis. The wall slip was chosen as flow instability of polymer melt, which is possible to observe for certain materials as phenomenon inherence of so-called "slip-stick" behaviour, when the molecular adhesiveness at surface alternates with its desorption causing the short-term wall slip connected with more or less periodic surface failures of the material leaving the capillary exit. Finally the possible utilisation of the knowledge of polymer materials flow behaviour is presented and discussed in the form without and with different flow correction, for example for modelling of technology processes purposes, when application of apparent uncorrected viscosity values could be the reason of wrong design of processing device causing resulting production instability. Theoretic presentation of viscosity data evaluation was verified in practical part of the Bachelor theses using selected polymer melts flow behaviour description. Their characterization was carried out employing high-pressure capillary viscometer Goettfert Rheograph 50. Experimental setup was implemented concerning the onset and development of flow instabilities caused by polymer melt slip on the capillary wall. Attending failures of adhesive and cohesive forces on the polymer melt and capillary surface interface negatively affects results of experimental evaluation of shear and elongational viscosities wall slip was determined via Mooney correction. Its evaluation was presented on three various types of polyolefin materials high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE) and linear low density polyethylene (LLDPE), as typical representatives of polymer melts having molecular structure promoting or suppressing the tendency to slip. Two measuring modes available on the capillary rheometer used were applied in order to determine shear viscosity controlled shear rate and controlled pressure and these were compared.

Abstract:

Cílem bakalářské práce bylo představit roli viskozitních měření polymerních tavenin pro popis jejich tokového chování a spolu s nastíněním možností evaluace viskozitních dat pomocí dostupných experimentálních zařízení identifikovat možné problémy projevující se v podobě tokových nestabilit. Za zvolenou a sledovanou nestabilitu toku polymerních tavenin byl vybrán skluz na stěně, který je možno u některých materiálů pozorovat např. v projevech tzv. "slip-stick" chování, kdy se přilnavost molekuly k povrchu střídá s jejím utržením a dochází tak ke vzniku krátkodobého skluzu na stěně, což se na materiálu opouštějícím ústí kapiláry projevuje jako více či méně pravidelná povrchová porucha. V neposlední řadě je zde prezentována a diskutována možnost využití tokových vlastností polymerních materiálů v podobě bez nebo s aplikací různých korekcí toku, např. pro účely modelování technologických procesů, kdy použití nekorigovaných hodnot viskozity může být důvodem špatného designu zpracovatelského zařízení způsobující následnou nestabilitu výroby. Teoretické představení možného vyhodnocení viskozitních dat bylo v praktické části bakalářské práce ověřeno pomocí popisu tokového chování vybraných polymerních tavenin. Pro jejich charakterizaci bylo využito vysokotlakého kapilárního viskozimetru Goettfert Rheograph 50. Experimentální charakterizace byla provedena s ohledem na vznik a průběh tokových nestabilit zapříčiněných skluzem polymerní taveniny na stěně kapiláry. Projevující se poruchy adhezních a kohezních sil působících na rozhraní polymerní taveniny a povrchu kapiláry, a negativně ovlivňující výsledky experimentálního stanovení smykové i elongační viskozity skluzu na stěně byly sledovány pomocí Mooneyho korekce. Jeho evaluace byla představena na třech různých polyolefinických materiálech vysoko-hustotním polyetylenu (HDPE), nízko-hustotním polyetylenu (LDPE) a lineárním nízko-hustotním polyetylenu (LLDPE), jako typických zástupcích polymerních tavenin, jejichž makromolekulární struktura podporuje či potlačuje tendenci ke skluzu. Pro určení smykové viskozity byly použity dva módy měření dostupné na kapilárním viskozimetru měření při kontrolované rychlosti smykové deformace a při kontrolovaném tlaku, a tyto byly srovnány.

Keywords

smyková viskozita, skluz na stěně, kapilární viskozimetr, polymerní tavenina

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 5. 2015

Accessible from:: 26. 5. 2015

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Tomáš Sedláček, Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Bachelor programme / field:
Chemistry and Materials Technology / Polymeric Materials and Technology