Reómetro capilar con extrusora de alimentación "CONTIFEED"

Introducción al reómetro capilar

Un reómetro capilar permite realizar una caracterización precisa del material que se va a procesar mediante la determinación de parámetros que influyen en el procesamiento. Sobre la base de estos parámetros se puede optimizar el proceso de tratamiento del compuesto de moldeo.
Con un reómetro capilar pueden medirse viscosidades y tensiones de cizallamiento en función de la velocidad de cizalla y de la temperatura. Los valores determinados se convierten en datos útiles para la optimización del proceso mediante modelos y procedimientos de corrección, como p. ej. la corrección de Rabinowitsch-Weissenberg o la corrección de Bagley.
El principio de medición es el siguiente. El material que se va a analizar se llena en un canal cilíndrico, se compacta con un pistón y se plastifica. Después de un tiempo de permanencia definido, el material se comprime con una velocidad del pistón constante a través de un capilar circular. A continuación se determinan los datos mediante instrumentos de medición.
Le ofrecemos reómetros capilares en diferentes versiones, como p. ej. con uno, dos o tres sistemas de canales o con cámara de contrapresión. Por lo demás, tiene la opción de instalar módulos adicionales, denominados como "complementos", en las instalaciones que le permitirán determinar otras propiedades específicas de los materiales.
Un inconveniente en la plastificación del material dentro del canal es que de este modo no se simulan las condiciones reales del proceso. En los procedimientos de procesamiento de plástico, como la extrusión o el moldeo por inyección, se plastifica el material antes del procesamiento, lo cual aquí no es el caso. Como consecuencia pueden producirse mediciones erróneas y, por lo tanto, también previsiones incorrectas sobre el comportamiento de flujo que pueden dar lugar a un fallo de la producción y a un rechazo del material. Por lo tanto, para una medición lo más cercana posible a la realidad deberá plastificarse el material previamente. Esto se puede realizar mediante "CONTIFEED", un complemento para el reómetro capilar.

[Translate to Spanisch:] Abbildung 1: Prinzip eines Kapillarrheometers

La CONTIFEED como complemento

La CONTIFEED es una combinación de una extrusora de laboratorio y un reómetro capilar de uno o dos canales. La extrusora de laboratorio debe plastificar y homogeneizar el material previamente, antes de que sea inyectado posteriormente en la instalación. Esto resulta especialmente ventajoso con los elastómeros, ya que estos se mezclan a menudo con ceras y plastificantes para modificar su comportamiento deslizante. Estos efectos de los lubricantes no se tienen en cuenta durante la medición sin plastificación previa. Los efectos tixotrópicos tampoco se tienen en cuenta, ya que el material fluidificado no se mezcla en el canal. El uso de la CONTIFEED no solo se limita a los elastómeros, sino que también es adecuado para todos los demás tipos de plásticos termoplásticos. Podrá encontrar más información sobre la CONTIFEED y sus ventajas en el informe "Un reómetro capilar con alimentación continua" en nuestra página web, en el punto "Aplicaciones y conocimientos", Rheo-información para reómetros capilares.


Instalación de la CONTIFEED

La CONTIFEED se conecta mediante una derivación con el reómetro capilar directamente a través de la boquilla (figura 2). Esta estructura permite una rutina de llenado y de medición totalmente automática. El tiempo de permanencia puede reducirse en hasta un 50 % mediante la alimentación totalmente automática del canal. La figura muestra una combinación con un sistema de dos canales. En ambos canales se realiza la inyección al mismo tiempo. Adicionalmente se puede escoger entre una unidad de llenado para caucho y para polvo. La unidad de llenado para caucho tiene una zona de entrada refrigerada y ranurada y dispone de un tornillo sin fin especial para la plastificación de caucho. La unidad de llenado para polvo está disponible con zonas de entrada y tornillos sin fin universales.


Influencia de la plastificación termomecánica sobre el comportamiento de flujo de termoplásticos complejos en el reómetro capilar

En el ensayo estandarizado con el reómetro capilar, la muestra de medición se funde solo de forma estática-térmica. En este caso se asume que el estado de la masa fundida alcanzado de este modo es comparable con el comportamiento de flujo del polímero en el proceso de tratamiento correspondiente.
Mediante la siguiente medición de ejemplo debe explicarse la influencia de la plastificación sobre el resultado de medición.

[Translate to Spanisch:] Abbildung 2: CONTIFEED

Las mediciones para ello se realizaron en un reómetro capilar del tipo RG75. En el caso de los polímero disponibles, se trataba de un HDPE altamente cristalino.
Primero se fundió el material de forma estática-térmica dentro del canal del reómetro capilar, como se realiza normalmente. Después de la realización de la medición y de la corrección de los datos mediante la corrección de Bagley, Mooney y Rabinowitsch-Weissenberg, se demuestra que los tres procedimientos de corrección mencionados no son aplicables, lo que también puede observarse en el diagrama. Las curvas de flujo no se describen completamente en este caso (figura 2).

[Translate to Spanisch:] Abbildung 2: Bagley und Mooney Korrektur unvollständig durchgeführt

Por lo tanto, a partir de la corrección de Mooney solo se obtiene una imagen completa de la velocidad de resbalamiento como función de la tensión de cizallamiento. De este modo, el comportamiento del material no puede evaluarse con caudales o presiones más altas (figura 3).

[Translate to Spanisch:] Abbildung 3: Gleitgeschwindigkeit über die Mooney Korrektur ermittelt – nur partiell möglich

La razón de que los procedimientos de corrección conocidos no se puedan aplicar son los polímeros cada vez más complejos. Este aumento de la complejidad se produce debido al uso de aditivos, como p. ej. plastificantes, estabilizadores y agentes protectores contra la luz, que modifican la estructura del polímero. Esto da lugar, entre otras cosas, a un peso molecular más alto con una cristalinidad más intensa y una resistencia mejorada. Debido a que los modelos de corrección mencionados proceden del principio de la tecnología de polímeros y se basan en las cadenas de polímeros más simples de entonces, a menudo fracasan en los polímeros claramente más complejos del presente.
La solución para este problema es la CONTIFEED, un complemento para nuestros reómetros capilares que permite una plastificación homogénea y térmica-mecánica del material. Mediante el efecto de mezcla del tornillo sin fin de la CONTIFEED se homogeneízan mejor las cadenas de polímeros. La prueba de que la plastificación térmica-mecánica influye de manera decisiva en el resultado de medición se demuestra en el siguiente diagrama (figura 4).

[Translate to Spanisch:] Abbildung 4: Bagley, Mooney und Rabinowitsch-Weissenberg Korrektur - erfolgreich durchgeführt

Después de que se hayan realizado correctamente todas las correcciones, también se puede determinar la velocidad de resbalamiento en el rango de medición completo (figura 5).

[Translate to Spanisch:] Abbildung 5: Gleitgeschwindigkeit über die Mooney Korrektur ermittelt über den gesamten Messbereich

Para la medición, se plastificó el material de forma térmica-mecánica mediante la CONTIFEED. El método de carga basado en tornillos sin fin de la CONTIFEED permite ahora la aplicación de los tres procedimientos de corrección, lo que demuestran las dos curvas de flujo completas. Sobre la base de estos datos se pueden determinar las propiedades de fluidez de manera precisa.


Conclusión

En resumen, se puede decir que la nueva homogeneización térmica-mecánica mediante la CONTIFEED representa una mejora importante para la realización de una comprobación del material cercana a la realidad, precisamente debido a las estructuras de los polímeros que cada vez son más complejas. La aplicación correcta de los procedimientos de corrección clásicos, como Bagley, Mooney y Rabinowitsch-Weissenberg, son la prueba de que el modo de plastificación en el ensayo con el reómetro capilar no se puede considerar como un hecho trivial.

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