PL104875B1 - Sposob oceny przetwarzalnosci tworzyw termoplastycznych na podstawie wlasciwosci plyniecia w stanie stopionym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oceny prze¬ twarzali nosc i tworzyw termoplastycznych na, pod¬ stawie wlasciwosci plyniecia w stanie stopionym, znajdujacy zastosowania w kontroli jakosci polime¬ rów, przy optymalizacji parametrów procesu wy¬ twarzania i przetwórstwa oraz przy doborze twór rzywa do konkretnego' zastosowania.

Zasadnicza wlasciwoscia tworzywa jest jego zdol¬ nosc do przetwarzania w rózne formy uzytkowe.

Dotychczas proces przetwórstwa byl rozpatrywany z punktu widzenia wplywu parametrów konstruk¬ cyjnych maszyn przetwórczych i parametrów tech¬ nologicznych, natomiast wlasnosci tworzywa, albo. niie byly brane pod uwage, albo dla danej grupy polimerów byly przyjmowane jako niezimienine. W stosowanych dotychczas sposobach kwalifikacji tworzywa na odmiany podstawe stanowi gestosc i wskaznik plyniecia mierzony iloscia masy two¬ rzywa wyplywajacego w znormalizowanych wa¬ runkach przez dysze o okreslonej srednicy.

Sporadycznie, jako parametry uzupelniajace sto¬ suje sie wskaznik specznienia mierzony stosun¬ kiem srednicy wytloczonego tworzywa do sredni¬ cy dyszy. Parametry te nie wystarczaja jednak do oceny wlasnosci przetwórczych stanowia one je¬ dynie podstawy podzialu na odmiany handlowe.

Przetwarzalnosc tworzyw termoplastycznych oce¬ niano dotychczas próba technologiczna na maszy¬ nach produkcyjnych.

Uzyskana partie próbna poddawano próbom ja¬ kosciowym tj., badano funkcjonalnosc wyrobu np. wybrane wlasciwosci wytrzymalosciowe, takie jak wytrzymalosc na rozciaganie, wydluzenie przy zer¬ waniu, udarnosc itp. tolerancje wymiarowa, mini- muim wad powierzchniowych, wlasnosci optyczne, takie jak przepuszczalnosc swiatla, zmetnienie, po¬ lysk itp. Próba technologiczna wymaga duzych ilosci surowca, od kilkudziesieciu do. kilkuset kilo¬ gramów, wysaczenia maszyny z normalniej pro- duikcji, jest dlugotrwala i kosztowna.

Odtworzenie w mniejszej skali droga modelo¬ wania rzeczywistych warunków wystepujacych w urzadzeniu produkcyjnym jest w przypadku sto¬ pionych polimerów, jako sprezystej cieczy nienew- !5 tonowskiej, bardzo- trudne. Ponadto modelowanie procesu zaklada powtarzalnosc wlasnosci polime¬ rów, co jest praktycznie wykluczone, bowiem jak wykazaly badania opisane przez L. L. Chappey'a w EJhed. Acta, 8 497 (1969) oraz przez K. Shiraya- ma w Kobunoshdi Kagaku 28, 156 (197.-1), na przy¬ klad polietyleny nawet tej samej odmiany han¬ dlowej, o bardzo zblizonych wlasnosciach znamio¬ nowych, takich jak wskaznik plyniecia czy ge¬ stosc, w siposób istotny róznia sie podczas proce- su przetwórstwa. Wszelkie wiec zabiegi podejmo¬ wane przez konstruktorów maszyn, i technologów przetwórców sa ograniczone wlasciwosciami lep- koisprezystytmii tworzywa zmieniajacymi sie pod wplywem parametrów technologicznych. O prze- twarzalnosci tworzyw termoplastycznych decydu- 1048753 104875 4 ja wlasnosci* plyniecia i sprezystosci stopionego polimeru przejawiajace sie podczas scinania i roz¬ ciagani aw Wyznaczanie w bezposrednim pomiarze podat¬ nosci na. rozciaganie polimerów w stanie stopio¬ nym, w zakresie szybkosci odksztalcania wystepu¬ jacych w rzeczywistych procesach przetwórstwa bylo*wedlug dotychczas znanych metod niemozli¬ we.

Sposobem wedlug wynalaizku, przy uzyciu zbior¬ nika z kapiiara ocenia sie podatnosc polimeru na rozciaganie w stanie stopionym.

Przy ocenie przetwarzalnosci tworzyw termopla¬ stycznych sposobem wedlug wynalaizku wnioskuje sie o podatnosci polimeru na rozciaganie w stanie stopionym na podstawie wyznaczanej krzywej ply¬ niecia podczas scinania i odpowiednich obliczen.

W tym celu mierzy sie ilosc wyplywajace z kapi¬ lary w jednostce czasu masy tworzywa. Pomiar przeprowadza sie przy co najmnij osmiu wartos¬ ciach cisnienia w zakresie 20—300 kG om-2 i przy uzyciu co. najmniej trzech kaipilair o róznym sto¬ sunku dlugosci do srednicy wynoszacym powyzej oraz przy co najmniej trzech róznych tempera¬ turach rózniacych sie o wiecej niz 10°C, z prze¬ dzialu 160—300°C. Na tej podstawie wykresla sie izotermiczne krzywe plyniecia podczas scinania wedlug znanego modelu paraboli logarytmicznej.

Ig P12 = A + B Igy + C lgay gdzie: P12 — naprezenie styczne z uwzglednieniem poprawki Bagley'a Y — szyibkosc scinania z uwzglednieniem poprawki Rabinowitsioha A, B, C — wyznaczone stale charakteryzujace po¬ limer.

Obliczenia mozna przeprowadzic przy wykorzy¬ staniu odpowiednich programów na EMC. Dla okreslenia przetwarzalnosci wykorzystuje sie war¬ tosc wspólczynnika C krzywej plyniecia dobrze przetwarzalnych termoplastów. Róznice w wartos¬ ciach wspólczynnika C krzywej plyniecia, podczas scinania wyznaczonej w róznych temperaturach nie powinny przekraczac 50*/o. Wykorzystujac te same wyniki pomiarów mozna uzupelnic kryteria przetwarzalnosci tworzywa termoplastycznego przeiz wyznaczenie izotermicznej krzywej strat cisnienia na wlocie do kapilary (P0) w zaleznosci od szyb¬ kosci scinania w temperaturze 160^3i00oC wedlug znanego modelu paraboli logarytmicznej: / lig A P0 = A0 + B0 lig y + C0 lg2Y gdzie y ma wyzej podane znaczenie, a A0, B0, CQ maja znaczenie podane dla A, B, C.

Obliczenia mozna przeprowadzac przy wykorzy¬ staniu EMC. W wyniku przeprowadzonych badan i obliczen stwierdzono, ze charakter przebiegu krzy¬ wej strat cisnieniia na wioci do kapilary odpo¬ wiada krzywej plyniecia podczas Rozciagania,. Dla tworzyw termoplastycznych dobrze przetwarzal¬ nych w zakresie temperatury i szybkosci scinania odpowiadajiacych warunkom przetwórstwa, izoter- miczny przebieg strat cisnienia na wlocie do ka¬ pilary powinien byc monotoniozny, korzystnie ro¬ snacy. Równiez straty cisnienia w funkcji tempe¬ ratury powinny zmieniac sie w sposób mionoto- niczny, ale korzystnie malejacy.

'Sposób wedlug wynalazku pozwala ocenic prze- twarzalnosc tworzyw termoplastycznych na ma¬ lych, okolo- 200 g próbkach, przy uzyciu jednego prostego aparatu. Sposolb oceny przetwarzalnosci tworzyw jest uzyteczny zarówno w procesie ich wytwarzania, jak i przetwarzania, oraz do syste¬ matycznej kontroli wlasnosci przetwórczych, jak równiez dla oceny nowootrzymanych surowców.

Sposób wedlug wynalaizku jest takze przydatny przy modelowaniu procesu technologicznego, prze¬ widywaniu wlasnosci gotwoego wyrobu, oraz przy projektowaniu maszyn przetwórczych i oprzyrza¬ dowania..

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

Ponizsze przyklady blizej wyjasniaja sposób we¬ dlug wynalaizku.

Przyklad I. Do pojiemnika reometru kapilar¬ nego ogrzanego do temperatury 150°C i wyposai- zonego w kapilare o. dlugosci równej 52 srednicom zasypuje sie granulki polietylenu w takiej ilosci, aby wysokosc wypelniania zbiornika wynosila TO mim. Po 10 minutach przebywania polietylenu w zbiorniku zamyka sie wlot zbiornika kulka sta¬ lowa. Do zbiornika reometru doprowadza sie azot z butli i poprzez kulke stalowa wywiera sie zmien¬ ne nadcisnienie na polietylen i mierzy za kazdym razem mase wyplywajacego z kapilary polietylenu i czas wyplywu.

Po wykonaniu pomiarów dla 8 wartosci cisnie¬ nia badania, powtarza sie podwyzszajac tempera¬ tury zbiornika reometru do. 190 i wreszcie 2i20°C.

Nastepnie zmieniaja sie kapilary w reometrze sto¬ sujac kolejno kapilary o dlugosci (1) równej 2(9, 2,1 i 14 srednic (d). Dla kazdej kapilary przepro¬ wadza sie po 8 pomiarów w temperaturze 150, 190 i 2l20°C i mierzy za kazdym razem ilosc wy¬ plywajacej z kapilary masy polietylenu i czas wy¬ plywu. Wyniki pomiarów zestawiono w tablicy I.

Tablica I L.

IP. 1 1 Tem¬ pera¬ tura °C 2 150 Kapi- lara 3 l=29d 3 .1 y 4 1 2 3 4 JS 6 7 8 Masa. wytlo¬ czyny g 0^660 0,072 0,079 0,100 0,109 0,140 0,164 0,154 Gzas plynie¬ cia t, sek. 6 193,2 136,8 126,0 W7,8 81,2 73,4 63,7 39,8 .

Cisnie¬ nie p, kG cm-2 7 49,0 63,0 70,;0 83,0 95,5 108,5 H22„0 141,0 40 45 50 55 605 104875 6 Cjd Tablicy I 1 1 2 3 l~4~ 6 \l~ i 8 9 1 2 150 150 150 190 190 - ¦¦ 190 190 220 3 l=62d l=14d l=21d l=14d 1—21d l=29d l=52d l=14d 4 1 2 3 4 6 7 8 1 2 3 4 6* 7 8 1 2 3 4 6 7 1 8 ' 1 2 3 4 6 7 8 1 2 3 4 6 7 8 1 2 3 4 6 7 8 1 2 3 4 6 p^ 3 1 2 3 4 1 « 1 0,073 0,076 0,095 0,097 Ob/106 0,108 0,.H5 0,113 ! 0,043 0 071 0,405 0,135 0,141 0,147 . 0,157 0,192 0,058 0,086 0,1.11 0,105 0,137 0,160 0,149 0,137 0,102 0,120 0468 0,193 0,193 0;210 0A85 0,203 0,089 0,108 0,118 04412 0jl50 0y173 0yl©3 0^07 0,(8? 0,138 0,168 0,1314 0,159 0,165 >¦ 0,194 0430 0,114 0,122 0,132 04110 0,114 0,123 0,136 0,130 0,16(6 0,166 0492 0,191 6 216,3 (2,9 139,6 122,1 116,2 104,6 100,6 65,0 180,9 102,8 80,4 55,8 ,46,0 ,2 21,7 1/7,2 180,0 125,3 88,8 65,7 64,6 50,8 33,4 21,2 156,0 W 40,4 ,1 21,5 18,4 12,5 11,2 1912,9 90,7 49,7 ,9 31,6 ,5 ,6 •14,0 nau 106,9 77,8 56,4 46,0 36,0 29,7 ,8 185,6 1)20,7 112,0 71,9 51,8 41,9 ,6 ,0 104,8 60.^6 44,0 ,8 1 * 70,0 83,0 96,0 t 102,0 108,5 116,0 1(22,0 141,0 '21,0 ,0 49,0 63,0 70,0 83,0 95,5 108,5 ^T| 49,0 63,0 70,0 83,0 95,5 108,5 1 122,0 | 21,0 ,0 49,0 63,0 70,0 77,0 83„0 90,0 21,0 ,0 49,0 63/) 70,0 83,0 95,5 108,5 36,0 49,0 63,0 70^0 83,0 96.5 108,3 122,0 49,0 63,0 70,0 83,0 05,5 108;5 122,0 130,0 1 21,0 ,0 ,0 40,0 cd Tablicy I 1 11 12 2 220 220 220 3 l=21d l=29d 1^52d 4 i' 5 6 7 8 1 2 3 .4 6 6 7 1 2 3 4 6 7 8 1 2 3 4 6 7 6 0,226 0,241 0J263 0,273 'illllil! 31555135 II155113 6 27^2 1 17,2 14,8 12,4 121,2 99,8 58,8 33,6 (^24,5 * 21,3 211,2 13,6 139,7 ,105,6 88;o . 67,1 45,6 44,5 36,8 27,4 202,0 , 105,3 HO 53,0 46,1 36,0 . 28,8 ,6 | 7 49,0 63,0 70,0 78,5 21,0 ,0 ,0 49,0 -63,0 ' 70,0 78,5 83^5 21,0 ,0 ,0 49,0 63,0 70,0 SM ¦95,6 21,0 ,0 , 49,0 63,0 70,0 83,0 95,5 108,5 Obliczone na podstawie tych wyników wspól¬ czynniki równania krzywych plyniecia w róznych temperatur ach przedstawia, taibliica II.

TatalLca II L.

P- 1 2 3 Tem¬ per a - toura, 160 190 220 Wspólczynniki równania krzywej plyniieicia A 6,60±0,06 5yl9+0,04 '5gOO+0/)9 B 0,45+0,03 0,69±0,03 0i,l64+0,l C -M),O7+0,O2 —0,O7+0/>2 | -^0.07+0,02 Róznice w wartosciach wspólczynnika C wy- zmaiazonego- w róznych temjperaltuiraich nie przekra¬ czaja 50%, co- potwierdza doibre wlasnosci prze¬ twórcze badanego polietylenu. Nastepnie na pod¬ stawie uzyskanych wyników wyznacza sie równiez równanie strat cisnienia na wlocie do kapilary w funkcji szybkosci scinania.

Tablica III L.

P. 1 2 , 3 Temipe- irattiura °C 160 im 220 1 Wspólczynniki równania strat 1 ¦cisnienia na wlocie do kaipiilary Ao 6,07 ,38 ,19 Bo 0,84 0,20 0,62 Co 0,26 0,52 0,30104875 8 Wspólczynniki równania dla róznych temperatur przedstawia tablica III.

¦Straty cisnienia na wlocie do kapilary rosna ze wzrostem szybkosci plyniecia i maleja ze wzrostem temperatury, co stanowi kolejne ipo4jw.ierdzenie doi- brej przetwarzalnosci badanego- polietylenu.

Przyklad II. W sposób opisany w przykla¬ dzie I bada sie mieszanine polietylenów o róznym stopniu rozgalezienia., z typu, ze zbiornik napelnia sie do 80 mim. Pomiary prowadzi sie przy dlugosci kapiilary równej 46 srednicom. Wyznaczone wspól¬ czynniki równania krzywej . plyniecia przedstawia . tablica IV.

Tablica IV L, (P- 1 2 3 Tem¬ pera¬ tura 1150 190 2120 Wspólczynniki równania, krzywej -;; plyniecia A 5J5O+0,O5 ;1(9±0,06 SjOO+0,09 B 0,45+0,03^ 0,69+0,03* >0,64±0jlO C -^0uO7+O,O3 -^0,03+0,01 —0y14±0,05 Róznice w wartosciach wspólczynnika C w róz¬ nych temperaturach przekraczaja 50%, co podob¬ nie jak w przykladzie III swiadczy o zlej prze¬ twarzalnosci badanej mieszaniny. Wspólczynniki równania strat na wlocie kapiilary w funkcji szyb¬ kosci scinania podaje taiblica V.

Tablica V L. p. 1 2 3 Tempe- natura 160 il90 220 Wspólczynniki strat na wilocie do kapilary A0 6>a5 646 6,66 B0 ,1,40 ,1,08 -n0,09 Co ^Q&2 ^0^8 0,29 (Zmiany sitrat cisnienia na wlocie do kapilary za,- równo w funkcji szybkosci scinania, jak i tempera¬ tury wykazuja ekstremum, a wiec nie spelniaja warunku monotoniiicznosci, co potwierdza, zla prze- twarzalnosc. Istotnie podczas wytlaczania tej mie¬ szaniny wystepuje rwanie sie folii, a sama folia wykazuje bardzo liczne wady optyczne powierz¬ chni, takie jak uszkodzenia typu linii srubowej, 40 45 50 chropowatosc powierzchni, smugi, zruzelki, a wspól¬ czynnik adsorpcji swiatla wynosi 95 cm-1.

Przyklad III. W sposób opisany w przy¬ kladzie I bada sie polipropylen, z ta róznica, ze stosuje sie kapiilary o> dlugosci odpowiadajacej 5, 16 i 21 srednicom, a pomiary wykonuje sie w temperaturze li80, 200, 230°C. Wyznaczone wspól¬ czynniki równania krzywej plyniecia przedstawia tablica VI.

Tablica VI L.

P- 1 2 1 3 Tem¬ per a- tuira °C 100 200 230 Wspólczynniki równania krzywej plyniecia i A »4,30+0,06 4,10+0,06 3,89+0,09 B 0,62+0,03 0^5±0,O4 0g94±0,10 C —4),09±0,02 -H0,09±0,0l2 -^0,09±0,02 Stalosc wspólczynnika C w róznych temperatur rach swiadczy o doibrej praetwarzalnosci badanego polipropylenu.

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób oceny przetwarzalnosci tworzyw termo¬ plastycznych na. podstaiwae pomiaru wlasciwosci plyniecia w stanie stopionym, polegajacy na po¬ miarze ilosci wyplywaj acego z kapilary termopla,- stu w jednostce czasu, znamienny tym, ze pomia¬ ry przeprowadza sie dla co najmniej osimiu wartos¬ ci cisnieiniia 20—000 kG cm-2 i uzywajac co- naj¬ mniej trzech kapilar o róznym stosunku dlugosci do srednicy wynoszacym powyzej 5 oraz przy co najmniej trzech róznych temperaturach w zakre^ sie 160—300°C rózniacych sie o wiecej niz 10°C i wyznacza siie izotermiczne krzywe plyniecia oraz izotermiiiczne krzywe strat cisnienia, na wlocie do kapilary w funkcji szybkosci scinania wedlug mo¬ delu paraboli lóglaryttnicznej, a nastepnie dokonu¬ je sie oceny przetwarzalnosci na podstawie po¬ równania wartosci wspólczynnika paraboli przy szybkosci scinania w najwyzszej potedze w rów¬ naniu krzywej plyniecia z wartosciami wzorcowymi charakterystycznymi dla termoplastów clabrze prze- twarzalnych oraz na podtetawie analitycznego zba>- dania tak wyznaczonych krzywych plyniecia i krzywych strat cisnienia na wlocie do kapilary pod katem ich monotonia znosci i kierunku zalez¬ nosci funkcjonalnej. Drukarnia Narodowa Zaklad Nr 6, zam. 553/79 Cena 45 zl