Kapilární reometry

Kapilární reometr je klíčové zařízení v oblasti reologie, která studuje deformaci a proudění polymerních materiálů v tavenině. Tyto přístroje se používají k měření smykové viskozity a elasticity viskózních materiálů při vysokých smykových rychlostech. Jsou nezbytné pro pochopení chování materiálů při procesech, jako je vytlačování, vyfukování fólie a vstřikování. Pomáhají získat důležité údaje, jako je viskozita taveniny, smyková rychlost, extenzní vlastnosti a parametry pro zpracování materiálů.

Obě metody měření určují rychlost, kterou polymer teče za definovaných geometrických a teplotních podmínek. Plastometry sice neumožňují absolutní stanovení hodnot viskozity nebo sestrojení tokových křivek, ale jsou jednoduché, rychlé a poskytují hodnoty, které vzhledem k aplikované zpracovatelské technologii vytvářejí dostatečný obraz o tokových vlastnostech zpracovávaného materiálu.

V případě plastometrů, stanovení indexu toku taveniny (MFI Melt flow index), test zahrnuje nejprve stanovení vhodné teploty pro testovaný materiál. Dalším klíčovým vstupním parametrem je hmotnost závaží. Každá podmínka vám poskytne jiný výsledek pro tentýž materiál, proto při provádění vstupních testů kontroly kvality je důležité použít stejné podmínky jako váš dodavatel materiálu. Výsledná hodnota hmotnostního indexu toku taveniny (MFR) je vyjádřena v gramech/10 min a hodnota objemového indexu toku taveniny MVR je vyjádřena v cm³/10 min.

Hmotnost závaží (vytlačování materiálu přes kapiláru) je vstupní údaj; průtok je výstupní údaj. V důsledku toho je zkouška MFI testem konstantního smykového napětí, ne testem konstantní smykové rychlosti. Je však důležité poznamenat, že smykové rychlosti jsou při této zkoušce mnohem nižší a nepředstavují smykové rychlosti, které se vyskytují při polymerech v běžných výrobních podmínkách.

Z pohledu potřeb jednotlivých technologií zpracování polymerů (např. technologie vstřikování, vytlačování plastů a kaučuku) představuje toková křivka (závislost smykového napětí na smykové rychlosti) komplexní informaci o chování polymeru během zpracování. Kapilární reometr je nejčastěji používaný přístroj na zjišťování reologických vlastností polymerů.

Princip měření spočívá v měření průtokové, resp. výtokové objemové rychlosti a ve snímání tlakového spádu podél kapiláry definované délky a průřezu. Na základě geometrických parametrů kapiláry (průměr a délka kruhové kapiláry) a snímaných veličin, lze vypočítat smykové napětí a smykovou rychlost pro sestrojení tokové křivky, resp. závislosti viskozity na smykové rychlosti. Kapilární reometry, tedy poskytují úplný obraz o vztahu mezi viskozitou a smykovou rychlostí v širokém rozsahu podmínek, které odrážejí mnoho různých procesů. Index toku taveniny (MVR / MFR) zachycuje pouze jeden bod tokové křivky. Kapilární reometr nabízí kromě měření viskozity materiálů i možnost generování dalších specifických údajů o materiálech prostřednictvím doplňků (die swell – narůstání za hubicí, detekce shark skin – efekt žraločí kůže, Rheotens – průtah polymerní taveniny přímo za kapilárou a pod.)

Měření na kapilárním reometru GÖTTFERT umožňuje získat důležité informace o viskozitě, smykové rychlosti a dalších reologických vlastnostech testovaného materiálu, což je klíčové pro optimalizaci výrobních procesů a zajištění kvality finálních produktů.

Proces testu probíhá následujícím způsobem:

1. Příprava vzorku: Materiál, který má být testován, je připraven a nadávkován do zkušebního válce reometru. V závislosti na modelu může být použit jeden nebo více válců s různými průměry
2. Nastavení teploty: Teplota válce je nastavena na požadovanou hodnotu, která může dosahovat až 400 °C (nebo volitelně i 500 °C). Teplota je kontrolována s vysokou přesností, aby bylo zajištěno konzistentní měření.
3. Proces vytlačování: Píst reometru aplikuje sílu na vzorek, čímž dochází k jeho vytlačování přes kapiláru. GÖTTFERT reometry umožňují dynamickou rychlost pístu od 0,0001 mm/s do 30 mm/s.
4. Měření tlaku a rychlosti: Během vytlačování vzorku jsou měřeny tlak a rychlost toku. Tlak je měřen s vysokým rozlišením (0,005 % z rozsahu tlakového snímače), což zajišťuje vysokou přesnost výsledků.
5. Záznam a analýza dat: Naměřená data jsou zaznamenána a analyzována pomocí softwaru, LabRheo, který umožňuje detailní vyhodnocení reologických vlastností materiálu
6. Doplňkové měření: Kapilární reometry GÖTTFERT mohou být vybaveny různými doplňky a moduly pro rozšíření možností měření

• PVT měření (isotermická nebo izobarická) – PVT měření (Pressure-Volume-Temperature) podle ISO 1744 zkoumá vztah mezi tlakem, objemem a teplotou materiálu. Tento doplněk umožňuje měření hustoty materiálu při různých teplotách a tlacích. Je užitečný pro analýzu termoplastů a elastomerů, kde je důležité pochopit tokové vlastnosti a objemovou kontrakci, tj. chování materiálu při změnách teploty a tlaku.

• Tepelná vodivost – Stanovení tepelné vodivosti polymerů podle normy ASTM D5930 bez nutnosti mechanické přestavby přístroje. Doplněk obsahuje senzor s integrovaným tepelným zařízením a možností sledování teploty. S rozsahem teploty do 450°C a tlaku do 1000 barů složí na optimalizaci doby cyklu během vstřikování plastů.

• Haul-off a Rheotens – Doplňky používané k měření extenzních vlastností polymerních tavenin. Polymerní tavenina je vytahována z extrudéru nebo kapilárního reometru a je měřena její schopnost odolávat tahovému napětí.  Tyto systémy jsou klíčové pro pochopení chování polymerů při různých výrobních procesech, jako je vytlačování a vyfukování.

• Die swell – Vysoce přesné laserové měření nárustu průměru polymeru vytlačeného z kapiláry z důvodu relaxace napětí. Slouží pro simulaci chování materiálu během vytlačování a vstřikování.

• Detekce Shark skin efektu – Přesná detekce nestability toku (efekt žraločí kůže) pro optimalizaci procesu extruze, nanášení fólie a potahování se skládá se ze štěrbinové hlavy, tří vysokofrekvenčních senzorů (frekvence až 20 kHz) a speciálního softwarového modulu.

Potřebujete kapilární reometr, ale nevíte, kde a jak začít?  Máme pro vás dobrou správu. V JD Dvořák máme dlouholeté zkušenosti, o které se s vámi rádi podělíme.  Pomůžeme vám s výběrem nejvhodnějšího typu a konfigurace reometru pro vaše aplikace.

Poradíme si s každým, i tím nejnáročnějším zadáním. Neváhejte nás kdykoli kontaktovat a připojte se k našim spokojeným zákazníkům v České i Slovenské republice ještě dnes!