Vývoj nového postupu pro stanovení tahové viskozity na základě kapilární reometrie

Ing. Jan MUSIL

Master's thesis

Development of Improved Entrance Pressure Drop Technique for Extensional Viscosity Determination

Abstract:

In this work, novel orifice die design and pressure transducer down resolution limit calibration procedure to determine precise extensional viscosity data from entrance pressure drop measurements has been developed and tested both, theoretically (through Finite Element Analysis) and experimentally. It has been clearly demonstrated that the proposed improvements leads to much more precise extensional viscosity measurements for polymer melts in comparison with conventional procedures based on the entrance pressure drop measurements. Moreover, it has been found that for extensional strain hardening and extensional strain thinning polymer melts, the corrected Cogswell model and Binding/Gibson model should only be preferred, respectively. Otherwise, the extensional viscosity determination can be rather erroneous.

Abstract:

Při zpracování polymerů jsou tyto materiály často vystaveny velmi intenzivnímu elongačnímu toku, což může při dosažení kritických podmínek vyvolat nejrůznější typy tokových nestabilit, jež následně destabilizují celý zpracovatelský proces. Přesné stanovení elongační viskozity polymerů je pak naprosto nezbytné pro navržení optimálního designu zpracovatelských zařízení jako např. vytlačovací hlavy, vyfukovací hlavy, vstřikovací formy atd. Experimentální stanovení této velmi důležité reologické veličiny je však velmi obtížné a nepřesné, zvláště v oblasti vysokých deformačních rychlostí a teplot. Prakticky jedinou experimentální metodou pro stanovení elongační viskozity za těchto podmínek je měření vstupní tlakové ztráty při toku tavenin z širokého válce do úzké kapiláry s následnou aplikací metody dle Bindinga, Cogswella nebo Gibsona. Vzhledem k tomu, že design použité kapiláry, způsob kalibrace tlakových čidel a volba příslušné metodiky má zásadní význam na stanovení elongační viskozity, bylo cílem této práce porozumět těmto vlivům a následně navrhnout a ověřit vylepšený způsob stanovení této veličiny. Mezi nejdůležitější přínosy této práce patří navržení a experimentální ověření nového designu kapiláry s nulovou délkou (jež prokazatelně umožňuje přesnější stanovení vstupní tlakové ztráty ve srovnání s běžně používanými kapilárami) a závěr, že nejvhodnější metodikou pro stanovení elongační viskozity u rozvětvených polymerů je Cogswellův model, zatímco pro lineární polymery je to model Bindingův a Gibsonův.

Keywords

Kapilární reometr, Kalibrace tlakových čidel, Kapilára s nulovou délkou, Vstupní viskozita, Bindingův model, Cogswellův model, Gibsonův model, Elongační viskozita, modifikovaný White-Metznerův model, Numerické modelování.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 5. 2008

Accessible from:: 23. 5. 2008

Identifier: 8439

Thesis defence

• Date of defence: 4. 6. 2008
• Supervisor: prof. Ing. Martin Zatloukal, Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Master programme / field:
Process Engineering / Technological Equipment Construction