آزمون آهنگ شارش مذاب
در این مقاله، در ابتدا رابطه میان آهنگ شارش مذاب (MFR) و یا شاخص مذاب (MFI) و متوسط جرم مولکولی بیان شده، سپس حساسیت دستگاه اندازه گیری MFR و علت اختلافات در نتایج آن توضیح داده شده است.
رابطه مقدار MFR و متوسط جرم مولکولی
رابطهی شناخته شدهای بین جرم مولکولی متوسط وزنی بسپار و گرانروی در برش صفر وجود دارد. معادلهی کلی که در مقالات یافت میشود به صورت زیر است:
در این رابطه، گرانروی در برش صفر، Mw جرم مولکولی متوسط وزنی و k ثابتی است که مخصوص بسپار میباشد. بهطور کلی، توان 4/3 همیشه صدق نمیکند و میتواند در محدوده 2/3 و 9/3 باشد. در هر صورت، این رابطه به وضوح نشان میدهد زمانیکه گرانروی در آهنگ برشی بسیار کم اندازهگیری شود، تغییرات کم جرم مولکولی موجب تغییرات زیادی در گرانروی مذاب میشود.
آهنگ برشی صفر، تنها یک مفهوم ریاضی است. در عمل، نمیتوان گرانروی در آهنگ برشی صفر را اندازه گیری کرد، زیرا گرانروی اندازهای از مقاومت در برابر شارش است. بنابراین برای اندازه گیری مقاومت در برابر شارش باید بسپار شارش (جریان) یابد و با این کار، آهنگ برشی دیگر صفر نیست. اما منحنی های نمودارهای لگاریتمی گرانروی بر حسب آهنگ برش تمایل دارند در آهنگ برشی نزدیک به صفر، به سطح صاف برسند. بنابراین میتوان منحنی را در محور y برون یابی کرد تا به مقدار گرانروی در برش صفر رسید (شکل 1).
شکل 1: نمودار گرانروی برحسب آهنگ برش
[EasyDNNGallery|18948|Width|400|Height|400|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]
شکل 2 منحنی گرانروی برحسب آهنگ برشی را برای هم بسپار استال تجاری با MFR 9 گرم بر 10 دقیقه نشان میدهد. آهنگ برشی از s-1 4/1 تا s-1 1400 اندازه گیری شد. تا پیش از ورود به بخشی از منحنی که به عنوان غیرنیوتنی شناخته شده، گرانروی تغییر قابل توجهی نکرده است (آهنگهای برشی بین s-1 4/1 و s-1 7). آزمون MFR در نقطه ای بسیار نزدیک به سطح صاف (در آهنگ برشی حدود s-1 20)، یعنی نقطه برش صفر روی منحنی، انجام شده است (شکل 2).
شکل 2: گرانروی برحسب آهنگ برش برای هم بسپار استال در دمای 220 درجه سانتیگراد
[EasyDNNGallery|18947|Width|400|Height|400|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]
از آنجایی که آزمون MFR در آهنگهای برشی نسبتا کم انجام میشود، با وجود اینکه آهنگ برشی کنترل نمیشود، نتایج نزدیک به گرانروی در برش صفر میشود. اینکه آهنگ برشی در آزمون MFR کنترل نمیشود بدین معنی است که آزمون تفاوت واقعی در گرانروی مذاب را که به صورت تابعی از جرم مولکولی رخ میدهد، نشان نمیدهد.
این مسئله را میتوان با مشاهده مجدد منحنیهای گرانروی برحسب آهنگ برشی برای دو پلی پروپیلن که در بخش اول مقاله نشان داده شد، بررسی نمود.MFR اغلب به صورت معیاری از گرانروی ماده تفسیر میشود، برای مثال گرانروی بسپار با MFR 4، 5/5 برابر گرانروی بسپار با MFR 22 تلقی میگردد. با این حال، اگر گرانروی این دو ماده در آهنگ برشی خاص مقایسه شود، میتوان دید که چنین تفسیری درست نیست. بزرگترین تفاوت گرانروی بین دو ماده در کمترین آهنگ برشی مشاهده میشود و حتی در این نقطه، نسبت دو گرانروی دقیقا 1 : 5/3 (44/3 = 1005 / 3460) نیست.
توجه داشته باشید با افزایش آهنگ برشی، تفاوت گرانروی بین دو ماده کاهش مییابد. در بیشترین آهنگ برشی (s-1 10000) در نمودار شکل 1، نسبت دو گرانروی تا مقدار 38/1 کاهش یافته است. هر چه مواد سریعتر شارش یابند، گرانروی آنها شبیه تر به نظر میرسد. این به علت جهت گیری زنجیره های بلند بسپار است، پدیدهای که اغلب به روان شوندگی برشی اشاره میشود. این رفتار به فرایندکار اجازه میدهد تا مذاب بسپار در مسیرهای طولانی از طریق راه های جریان به نسبتمحدود، به ویژه در قالبگیری تزریقی، حرکت کند.
تفاوت بزرگتر اندازههای گرانروی نشان میدهد آهنگ برشی برای دو آزمون MFR یکسان نبوده است. پیکان ها در شکل 3 آهنگهای برشی را که در آن آزمون MFR برای دو مواد انجام شده است، نشان میدهد.
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 179 ام ماهنامه بسپار که در نیمه مردادماه منتشر شده است بخوانید.
بخش اول این مقاله در شماره تیرماه بسپار به چاپ رسیده است.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های 02177523553 و 02177533158 داخلی 3 سرکارخانم ارشاد تماس بگیرید. امکان اشتراک آنلاین بر روی صفحه اصلی همین سایت وجود دارد.
