DE2735224A1 - Kapillar-viskosimeter - Google Patents

Kapillar-viskosimeter

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DE2735224A1 DE19772735224 DE2735224A DE2735224A1 DE 2735224 A1 DE2735224 A1 DE 2735224A1 DE 19772735224 DE19772735224 DE 19772735224 DE 2735224 A DE2735224 A DE 2735224A DE 2735224 A1 DE2735224 A1 DE 2735224A1
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Horiba Jobin Yvon SAS
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Horiba Jobin Yvon SAS
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/76Measuring, controlling or regulating
    • B29C45/7646Measuring, controlling or regulating viscosity
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/02Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
    • G01N11/04Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture

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Description

  • Kapillar-Viskosimeter
  • Die Erfindung betrifft ein Kapillar-Viskosimeter (Kapillar-Rheometer) zur Messung der Viskosität von Polymeren, insbesondere zur Untersuchung ihrer Eignung für Druckguß (Spritzguß) und zur Untersuchung der optimalen Druckguß-Bedingungen.
  • Die herkömmlichen Kapillar-Viskosimeter haben einen beheizten Vorratsbehälter, in den das Polymer eingeführt und unter Druck gesetzt wird, um eine kalibrierte Kapillare zu durchfließen. Zum Viskosimeter gehört im allgemeinen ein Meßgerät wie ein Fühler zum Erfassen der Kolbenreaktionskraft, um den Druck am Kapillareinlaß zu messen, oder ein Thermometer, um die Temperatur des Polymers in der Kapillare zu messen.
  • Derartige Kapillar- oder Auslauf-Viskosimeter herkömmlichen Aufbaus arbeiten nicht immer zufriedenstellend, weil die Weichmachung des Polymers im beheizten Vorratsbehälter unvollkommen ist (wegen einer heterogenen Temperaturverteilung und eines ungeschmolzenen Rests); es ist keine homogene Wekhmachung des Polymers bei tiefer Temperatur erreichbar; die Verweilzeit des Polymers im Vorratsbehälter ist beträchtlich (man kann keine höheren Temperaturen ohne Alterung des Polymers erreichen); die Reinigung des Viskosimeters ist langwierig und kompliziert.
  • Darüber hinaus ist es unmöglich, das Polymer zu vergießen, das die Kapillare durchfließt. Schließlich kann mit den normalerweise in Gebrauch befindlichen Viskosimetern nur eine kleine Probe außerhalb der wirklichen Umwandlungsbedingungen in einer Druckgießmaschine untersucht werden.
  • Es gibt allerdings bereits eine Druckgießmaschine (vgl. FR-PS 2 246 377), in der stromauf zu einem Druckzylinder mit mittigem Druckkolben und mit einem Mundstück eine ringförmige Scherkammer geringen Querschnitts um den mittigen Druckkolben herum vorgesehen ist; der Scherkammer ist ihrerseits eine ringförmige Druckkammer vorgelagert, die ebenfalls um den mittigen Druckkolben ausgebildet und mit einem ringförmigen Druckkolben versehen ist, der den mittigen Druckkolben umgibt. In dieser Druckgießmaschine wird das in die Druckkammer eingeführte Gießgut dort durch den ringtörmigen Kolben zusammengedrückt, um in die Scherkammer zu gelangen, wo das Gießgut durch Erhitzung und durch Schereinwirkung unter der Kombination von axialer Vorwärtsbewegung infolge Zusammenpressens und einer Drehgeschwindigkeit, die durch Drehung des mittigen Kolbens erzeugt wird, weichgemacht wird. Das weichgemachte.Gießgut dringt dann in den Druckzylinder ein, und wenn es dort in einer ausreichenden Menge vorliegt, wird es zur Form durch Längsbewegung des mittigen Kolbens, der jedoch gegen Drehung gesichert ist, gedrückt.
  • Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine neuartige Anwendung dieser Druckgießmaschine zur Bildung eines Kapillar-Viskosimeters für die Untersuchung und Messung der Strömungsparameter plastischen Guts vorzusehen, und zwar mit einem Vorratsbehälter, wo das Gut unter Druck eingeführt wird, und mit einer kalibrierten Kapillare, in die das Gut verdrängt wird.
  • Erfindungsgemäß ist dem Vorratsbehälter zur Druckeinfuhr des weichgemachten Guts für dessen Verdrängen in die Kapillare eine Scherkammer vorgelagert, vor der ihrerseits eine erste Druckkammer rflrRohgut liegt, wie in der FR-PS 2 246 377 beschrieben ist.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist eine Gießform der Kapillare nachgeordnet.
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Viskosimeters, und zwar in Seitenansicht mit Teilschnitten, und Fig. 2 - 4 drei gesonderte Phasen rheologischen Meßbetriebs, der einer Weichmachung des untersuchten Guts vorangeht.
  • Das Viskosimeter besteht in der Hauptsache aus einem in einem Säulengestell angeordneten Zylinderblock 1 mit einem Fülltrichter 2, der in eine Druckkammer 3 (Fig. 2 - 4) mündet. Die Druckkammer 3 ist an eine andere Kammer 4 geringeren Durchmessers angeschlossen, die eine Scher- und Weichmachungskammer darstellt. Die Kammer 4 ist ihrerseits durch eine andere Kammer 5 verlängert, die einen Vorratsbehälter für weichgemachtes Gut bildet und mit einem Druckmundstück 6 abschließt. Ein Block 22, der auf seiner Achse eine kalibrierte Kapillare zur Viskositätsmessung trägt, ist am Block 1 mit der Kapillare auf der Achse des Mundstücks 6 gesichert.
  • Auf der Achse des Blocks 1 ist ein Evakuier-Kolben 7 mit etwas kleinerem Durchmesser als die Kammer 5 und mit ausreichender Länge, um bis zum Boden der Kammer 5 verschoben werden zu können, vorgesehen. Die Bewegung des Kolbens 7 wird durch die eines Kolbens 11 eines Druckmittelzylinders gesteuert, der sich am Oberteil des Viskosimeters befindet und dessen Betätigung in für sich bekannter Weise erfolgt. Der Evakuier-Kolben 7 ist auch mit einem Drehantrieb verbunden, der unabhängig vom axialen Translationsantrieb und durch einen Motor 9 gebildet ist, der ein Zahnradpaar 10 antreibt.
  • Das Viskosimeter hat außerdem einen ringförmigen Kolben 8, der den Kolben 7 umgibt und einen etwas kleineren Durchmesser als die Kammer 3 aufweist. Seine Verschiebung in der Kammer 3 wird durch das Querstück 12 gesteuert, das auf Säulen 13 und 14 verschiebbar angeordnet und durch Druckmittelzylinder 15 und 15a antreibbar ist.
  • Verschiedene Meßeinrichtungen 18, 19, 20, 21 und 23 sind bei Bedarf in den verschiedenen Kammern oder nahe der Kapillare angeordnet, um alle Messungen oder Ablesungen vorzunehmen, die zur Untersuchung notwendig sind.
  • Das beschriebene Viskosimeter arbeitet wie folgt: Unbehandeltes plastisches Gut (Kunststoff) wird in den Fülltrichter 2 eingefüllt und strömt von dort in die Druckkammer 3. Der abwärtsgehende Druckkolben 8 verdrängt das Gut in die Kammer LI kleineren Querschnitts und unterhält dort den Druck. Der Kolben 7 wird dann axial so positioniert, daß sein freies unteres Ende sich nahe dem Einlaß der Kammer 5 befindet, wobei jedoch nur ein kleiner Kanal in Form eines schmalen Spalts freigelassen wird, der eng genug eingestellt wird, damit er nur von hinreichend fluidem Gut durchsetzt wird.
  • Der Kolben 7 wird dann in Drehungen versetzt, wie in Fig. 2 angedeutet ist, so daß es zu einer Abscherung des Guts in der Kammer 4, zu seiner Aufheizung und zu seiner Weichmachundkommt. Wenn das Gut eine ausreichende Fließfähigkeit bzw. Plastizität erreicht hat, wird es unter dem Druck vom Druckkolben 8 zunehmend in die Vorratskammer 5 verdrängt.
  • Wenn die Menge des im Vorratsbehälter 5 angesammelten weichgemachten Guts groß genug ist, wird die Drehung des Kolbens 7 angehalten, und man kann auch den Druck auf den Kolben 8 abstellen, wie in Fig. 3 angedeutet ist.
  • Es wird nun der Kolben 7 für eine axiale Bewegung mittels des Druckmittelzylinders 11 betätigt, so daß er das weichgemachte Gut aus der Vorratskammer 5 in die Kapillare des Blocks 22 #erdrängt. In dieser letzten Phase erkennt man den normalen Betrieb eines Kapillar-Viskosimeters.
  • Es ist ersichtlich, daß das so ausgebildete erfindungsgefäße Viskosimeter durch Scherwirkung in der Kammer 4 eine homogene Weichmachung gestattet, die zudem temperaturgesteuert ist. Außerdem sind die Verweilzeiten sehr kurz, so daß höhere Temperaturen selbst bei empfindlichem Gut erhalten werden können. Schließlich kann die Reinigung des Viskosimeters sehr einfach durch Spülen unter hohem Druck erfolgen.
  • Das beschriebene erfindungsgemäße Viskosimeter gestattet die Ermittlung der genauen rheologischen Bedingungen, unter denen ein Werkstück zu vergießen ist. Es erlaubt rheologische Messungen mit verschiedenem Schergrad, weil das Vorscheren des Guts zwischen dem Kolben 7 und der Wand der Kammer 4 genau über die Kenntnis der Geschwindigkeit und der Dauer der Drehung des Kolbens gesteuert wird und weil dieses Vorscheren einen Einfluß auf den Verwirrungszustand der Moleküle hat. Damit wird auch erstmalig sein Einfluß auf die rheologischen Messungen erfaßt.
  • Das erfindungsgemäße Viskosimeter gestattet also gleichzeitig die Messung der Viskosität von Polymeren in einem ausgedehnten Temperaturbereich (höheren oder tieferen Temperaturen) und vor allem die Messung dieser Viskosität unter wirklichem Umwandlungsbedingungen (d. h. im Zeitpunkt des Gießens und bei bekanntem Schergrad).
  • Es ist schließlich ersichtlich, daß insbesondere bei hohem Druck eine Gießform sich an den Auslaß der Kapillare anschließen kann, wie durch eine 8trichpunktlinie 24 in Fig. 1 angedeutet ist.

Claims (2)

  1. Ansprüche Kapillar-Viskosimeter zur Messung und zur Untersuchung der Strömungsparameter druckbeaufschlagten plastischen Guts, mit einem Vorratsbehälter für das plastische Gut einschließlich eines Evakuier-Kolbens zur Evakuierung unter Druck zu einer kalibrierten Kapillare, die in einem zum Auslaß des Vorratsbehälters benachbarten Block ausgebildet ist, und einschließlich eines Antriebs für den Evakuier-Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf zum Vorratsbehälter (5) und gleichachsig km Evakuier-Kolben (7) eine Weichmachungseinrichtung vorgesehen ist, die ihrerseits gebildet ist durch: eine ringförmige Scherkammer (4), die so angeordnet ist, daß ein einstellbarer kleiner Ringspalt zur Verbindung mit dem Vorratsbehälter (5) vorhanden ist, wenn der Evakuier-Kolben (7) zurückgefahren ist, eine ringförmige Druckkammer (3), die mit der Scherkammer (4) verbunden und mit einem Druckkolben (8) versehen ist, einen Fülltrichter (2) zum Beladen der Druckkammer (3), einen eigenen Antrieb für den ringförmigen Druckkolben (8), einen eigenen Antrieb für die Drehung des Evakuier-Kolbens (7) und Meßinstrumente (18 - ai, 23) für verschiedene Messungen.
  2. 2. Kapillar-Viskosimeter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Druckgießform (23) am Ende der Kapillare (22).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014114117B3 (de) * 2014-09-29 2016-01-14 Zwick Gmbh & Co. Kg Fließprüfmaschine und ein dazu gehörendes Messverfahren sowie ein dazugehöriges Reinigungsverfahren

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014114117B3 (de) * 2014-09-29 2016-01-14 Zwick Gmbh & Co. Kg Fließprüfmaschine und ein dazu gehörendes Messverfahren sowie ein dazugehöriges Reinigungsverfahren
DE102014114117B9 (de) * 2014-09-29 2016-02-11 Zwick Gmbh & Co. Kg Fließprüfmaschine und ein dazu gehörendes Messverfahren sowie ein dazugehöriges Reinigungsverfahren
EP3006917A2 (de) 2014-09-29 2016-04-13 Zwick GmbH&Co. Kg Fliessprüfmaschine und ein dazu gehörendes messverfahren sowie ein dazugehöriges reinigungsverfahren
US9746406B2 (en) 2014-09-29 2017-08-29 Zwick Gmbh & Co. Kg Flow test machine and an associated measurement method, as well as an associated cleaning process

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