Spannversuch mit Polymerschmelze

Versuch P3 Spannversuch mit Polymerschmelze

Ablauf • Theorie • Begriffe • Lineare/Nichtlineare Viskoelastizität • Abbildungsrelationen • Materialien und Methoden • Resultate • Diskussion

Begriffe • Rheologie • Von griech. rhei „fliessen“ und logos „Lehre“ • Lehre des Verformungs- und Fliessverhalten • Viskoelastizität • Viskoses und elastisches Verhalten • Dominierendes Verhalten hängt von Verformungsgeschwindigkeit ab • Rheologisch einfache Flüssigkeit: • Gehorchen dem Zeit-Temperaturverschiebungsprinzip

Lineare Viskoelastizität (LVE) • Kleine Deformationsgeschwindigkeiten • Kräftegleichgewicht • Strömung verursacht Orientierung der Teilchen und damit Spannung • Reptationsbewegung wirkt spannungsabbauend • Reptationszeit: Durch physikalische Verschlaufungen dauert es eine Zeit τd bis zum GG • Funktion der Zeit

LVE: Mathematisch • Gleichgewichtsscheranlaufkurve: • Schernullviskosität: • Normalspannungskoeffizient: • Grenzfall:

Nichlineare Viskoelastizität • Hohe Deformationsgeschwindigkeiten • Maximum • Starke Abnahme für hohe Deformationsgeschwindigkeiten (weniger Verschlaufungen) • Beide Werte konvergieren für t→∞ ( = const) gegen einen Gleichgewichtswert

Abbildungsrelationen • Cox-Merz-Regel • Viskosität aus dynamischen Messungen ergeben GG-Werten bei hohen • Frequenzversuch bei hohen ω einfacher • Gleissle Spiegelrelation • GG-Werte bei bei hohen ergeben sich aus der Scheranlaufkurve • Ermöglichen Vorhersage von nichtlinearen Daten aus linearen Experimenten

Materialien • Probe: PDMS (Polydimethylsiloxan, 04A006) • Apparatur: MCR 300 (Physica, Modular Compact Rheometer) ARES

Methoden Messapparatur • MCR 300 • Kegelwinkel α= 6° • Probenradius R= 12,83 mm • Tourenzahl n

Methoden-Formeln • Schergeschwindigkeit [1/s] • Schubspannung [Pa] n= Tourenzahl M= Drehmoment R=Radius α=Kegelwinkel

Methoden-Formeln • Normalspannungsdifferenz N1 F= Kraft R=Radius

Experiment • Kugel formen, wiegen • Auf Rheometerplatte, Masse und Dichte eingeben • Kegel auf die Probe hinunterlassen • Probe equilibrieren, 5 Minuten stehen lassen • Messung durchführen • Scherrheometer : misst Drehmoment M Normalkraft F. • Schubspannung p21 und Normalspannungsdierenz N1 berechnen

Versuch MCR 300

Versuch ARES

Resultate • Diskretes Relaxationszeitenspektrum von PDMS 04A006 bei 25°C • Berechnung: • Einhüllenden • Gleissle Spiegelung • Cox-Merz Relation

1 Scherviskosität η+(γ,t)

Linear viskoelastische Einhüllende

2 Erste Normalspannung ψ1+(γ,t)

3 Scherviskosität η0(1/t) & die 5 GG-Werte Gleissle Spiegelung

4 komplexe Viskosität und 5 GG-Werte Cox-Merz Relation

5 Schubspannung & 1. Normalspannung p21(γ) N1(γ)

6 komplexe Viskosität und Scherviskosität n0(t) lη*l(ω)

Diskussion • Viskositäten bei höheren Schergeschwindigkeiten weichen mehr von der Gleichgewichtsscheranlaufkurve ab • Maxima • P21unter LVE Bedingungen linear und N1 quadratisch mit Schergeschwindigkeit

Diskussion • Cox-Merz-Regel erfüllt • Geissle Spiegelungsrelation bestätigt

Spannversuch mit Polymerschmelze