PL100512B1 - Sposob oceny przetwarzalnosci tworzyw termoplastycznych na podstawie wlasciwosci sprezystych w stanie stopionym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oceny przetwarzalnosci tworzyw termoplastycznych na podstawie wlasciwosci sprezystych w stanie stopionym znajdujacy zastosowanie w kontroli jakosci polimerów, przy opty¬ malizacji parametrów procesu wytwarzania i przetwórstwa oraz przy doborze tworzywa do konkretnego zastoso¬ wania.

Zasadnicza wlasciwoscia tworzywa jest jego zdolnosc do przetwarzania w rózne formy uzytkowe. Dotych¬ czas proces przetwórstwa byl rozpatrywany z punktu widzenia wplywu parametrów konstrukcyjnych maszyn przetwórczych i parametrów technologicznych, natomiast wlasnosci tworzywa albo nie byly brane pod uwage, albo dla danej grupy polimerów byly przyjmowane jako niezmienne.

W stosowanych dotychczas sposobach kwalifikacji tworzywa na odmiany podstawe stanowi gestosc i wska¬ znik plyniecia mierzony iloscia masy tworzywa wyplywajacego w znormalizowanych warunkach przez dysze o okreslonej srednicy. Sporadycznie, jako parametry uzupelniajace stosuje sie wskaznik specznienia mierzony stosunkiem srednicy wytloczonego tworzywa do srednicy dyszy. Parametry te nie wystarczaja jednak do oceny wlasnosci przetwórczych, stanowia one jedynie podstawy podzialu na odmiany handlowe.

Przetwarzalnosc tworzyw termoplastycznych oceniano dotychczas próba technologiczna na maszynach produkcyjnych. Uzyskana partie próbna poddawano próbomjakosciowym tj. badano funkcjonalnosc wyrobu np. wybrane wlasciwosci wytrzymalosciowe, takie jak wytrzymalosc na rozciaganie, wydluzenie przy zerwaniu, udarnosc itp. tolerancje wymiarowa, minimum wad powierzchniowych, wlasnosci optyczne, takie jak przepusz¬ czalnosc swiatla, zmetnienie, polysk itp. Próba technologiczna wymaga duzych ilosci surowca od kilkudziesieciu do kilkuset kilogramów, wylaczenia maszyny z normalnej produkcji, jest dlugotrwala i kosztowna. Odtworzenie w mniejszej skali droga modelowania rzeczywistych warunków wystepujacych w urzadzeniu produkcyjnym jest w przypadku stopionych polimerów, jako sprezystej cieczy nienewtonowskiej bardzo trudne. Ponadto modelowa¬ nie procesu zaklada przetwarzalnosc wlasnosci polimerów, co jest praktycznie wykluczone, bowiem jak wykaza¬ ly badania opisane przez L.L.Chappoy'a w Rheol. Acta, 8, 497 (1969) oraz przez K.Shirayama wKobunshi Kagaku 28, 156 (1971), na przyklad polietyleny nawet tej samej odmiany handlowej, o bardzo zblizonych2 100512 wlasnosciach znamionowych, takich jak wskaznik plyniecia czy gestosc, w sposób istotny róznia sie podczas proog&u przetwórstwa. Wszelkie wiec zabiegi podejmowane przez konstruktorów maszyn i technologów przetwór¬ ców sa ograniczone wlasciwosciami lepkosprezystymi tworzywa zmieniajacymi sie pod wplywem parametrów technologicznych- O przetwarzalnosci tworzyw termoplastycznych decyduja wlasnosci plyniecia i sprezystosci stopionego polimeru przejawiajace sie podczas scinania i rozciagania.

Do oceny wlasciwosci sprezystych polimerów termoplastycznych stosowany byl dotychczas wskaznik speczniania-mierzony stosunkiem srednicy wytloczyny tworzywa do srednicy dyszy. W znanych metodach stoso¬ wano krótkie kapilary o dlugosci (1) rzedu kilku srednic (d), jak to wynika z publikacji A.Plochockiego, Polimery 17, 328 (1972); w standardowych przyrzadach do oznaczania wskaznika plyniecia l/d = 3,8.

Niedogodnoscia tych metod jest, jak to podano w pracy T.Broniewskiego iin., Metody badan i ocena wlasnosci tworzyw sztucznych, WNT 1970 (str. 432 i 438), zaleznosc tak otrzymanych wskazników speczniania od temperatury.

Sposobem wedlug wynalazku, przy uzyciu zbiornika zkapilara ocenia sie wlasnosci sprezyste stopionej próbki posrednio.

Sposobem wedlug wynalazku próbke stopionego tworzywa wytlacza sie przez kapilare, której stosunek dlugosci do srednicy jest wiekszy od 45. Zastosowanie tak dlugiej kapilary umozliwia osiagniecie stanu czystego scinania podczas prowadzenia wytlaczania przy malej szybkosci scinania wynoszacej y = 0,5 - lOs""*1. Podatnosc na odksztalcanie sprezyste tworzywa termoplastycznego wedlug wynalazku mierzy sie stosunkiem srednicy wytloczyny do srednicy kapilary. Wytloczyne ogrzewa sie najpierw przez co najmniej 1,5 godziny woleju silikonowym w temperaturze powyzej 120°C, a nastepnie chlodzi ze stala szybkoscia 5° na godzine do tempera¬ tury pokopwej. Okazalo sie, ze okreslona w ten sposób podatnosc tworzywa na odksztalcenie sprezyste nie zalezy w szerokim przedziale rzedu kilkudziesieciu stopni od temperatury wytlaczania. Umozliwia to wyznacze¬ nie jednoznacznej dla danego tworzywa tenr^plastycznego wartosci podatnosci na odksztalcenie sprezyste.

Stwierdzono, ze na przyklad dla dobrze przetwarzalnych polietylenów o róznej gestosci, polipropylenu i ich mieszanin, wartosc ta powinna zawierac sie w granicach 1,25-1,55, dla polistyrenu 1,4—1,8 a dla poliwegla¬ nu jest równa lub mniejsza od 1,45. Poza tymi przedzialami uwaza sie, ze dane tworzywo jest niepowtarzalne.

Sposób wedlug wynalazku pozwala ocenic przetwarzalnosc tworzyw termoplastycznych na malych, okolo 200 g próbkach, przy uzyciu jednego prostego aparatu.

Sposób oceny przetwarzalnosci tworzyw jest uzyteczny zarówno w procesie ich wytwarzania, jak i przetwa¬ rzania oraz do systematycznej kontroli wlasnosci przetwórczych, jak równiez dla oceny nowo otrzymanych surowców.

Sposób wedlug wynalazku jest takze przydatny przy modelowaniu procesu technologicznego, przewidywa¬ niu wlasnosci gotowego wyrobu oraz przy projektowaniu maszyn przetwórczych i oprzyrzadowania.

Sposób wedlug wynalazku wydatnie zmniejsza ilosc odpadów, skraca czas produkcji rozruchowej oraz optymalizuje parametry procesu.

Ponizsze przyklady blizej wyjasniaja sposób wedlug wynalazku nie ograniczajac jego zakresu.

Przyklad I. Do pojemnika reometru kapilarnego ogrzanego do temperatury 150°C i wyposazonego w kapilare o dlugosci równej 52 srednicom nasypuje sie granulki polietylenu w takiej ilosci, aby wysokosc wypelniania zbiornika wynosila 50 mm. Po 10 minutach przebywania polietylenu w zbiorniku zamyka sie wlot zbiornika kulka stalowa. Do zbiornika reometru doprowadza sie azot z butli i poprzez kulke stalowa wywiera sie na stopiony polietylen takie nadcisnienie, aby szybkosc plyniecia w kapilarze wynosila 0,5 s"1. W tych warun¬ kach wytlacza sie prety polietylenowe o dlugosci 3 cm. Otrzymane prety umieszcza sie w zbiorniku z olejem silikonowym o temperaturze 120°C. Po 90 minutach rozpoczyna sie chlodzenie próbki z szybkoscia 5deggodz_1. Po ochlodzeniu do temperatury pokojowej wykonuje sie po 3 pomiary srednicy kazdego preta (w srodku i na obu koncach). Obliczona na tej podstawie podatnosc na odksztalcenie sprezyste jako stosunek sredniej wartosci wytloczyny do srednicy kapilary wynosi 140± 6%. Na tej podstawie uznano, ze przetwarzal¬ nosc badanego polietylenu jest zadowalajaca.

Przyklad II. W sposób opisany w przykladzie I bada sie mieszanine polietylenów o róznym stopniu rozgalezienia z ta róznica, ze zbiornik napelnia sie do 80 mm. Pomiary prowadzi sie przy dlugosci kapilary równej 46 srednicom i szybkosci scinania 10 s"1. W tych warunkach okreslona podatnosc na odksztalcenia sprezyste wyniosla 1,85 i na tej podstawie przetwarzalnosc badanego polietylenu okreslono jako zla.

Przyklad III. W sposób opisany w przykladzie I bada sie poliweglan z ta róznica, ze wytlaczanie przeprowadza sie w temperaturze 300°C, a temperatura kapieli z olejem silikonowym wynosi 150°C. Wyznaczo¬ na podatnosc na odksztalcenie sprezyste wynosi 1,65 i na tej podstawie przetwarzalnosc badanego poliweglanu uznaje sie jako niedostateczna.100512 3

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób oceny przetwarzalnosci tworzyw termoplastycznych na podstawie wlasciwosci sprezystych wsta¬ nie stopionym, polegajacy na wyznaczaniu wskaznika specznienia mierzonego stosunkiem wartosci srednic wytloczyny do kapilary, przez która wytlacza sie stopiony termoplast, znamienny ty m, ze termoplasty wytlacza sie przy szybkosci scinania 0,5-1 Os-1 przez kapilare, której stosunek dlugosci do srednicy jest wiekszy od 45, tak wyznaczona wartosc wskaznika speczniania porównuje sie z wartosciami wzorcowymi charaktery¬ stycznymi dla termoplastów dobrze przetwarzalnych.