Polimerek reológiája

Hasonló dokumentumok
Polimerek reológiája

Műanyagok és kompozitok anyagvizsgálata 1.

Reológia Mérési technikák

POLIMERTECHNIKA Laboratóriumi gyakorlat

Beugró kérdések. a b c

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

merevség engedékeny merev rugalmasság rugalmatlan rugalmas képlékenység nem képlékeny képlékeny alakíthatóság nem alakítható, törékeny alakítható

Anyagok az energetikában

12. Polimerek anyagvizsgálata 2. Anyagvizsgálat NGB_AJ029_1

Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságai

Polimerek fizikai, mechanikai, termikus tulajdonságai

Polimerek vizsgálatai 1.

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Határfelületi reológia vizsgálata cseppalak analízissel

Kúszás BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK POLIMEREK IDŐFÜGGŐ MECHANIKAI TULAJDONSÁGAI

Vérkeringés. A szív munkája

A beton kúszása és ernyedése

3. POLIMEREK DINAMIKUS MECHANIKAI VIZSGÁLATA (DMA )

A gyógyszertechnológia reológiai alapjai Bevezetés. Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológiai és Biofarmáciai Intézet

Transzportfolyamatok. összefoglalás, általánosítás Onsager egyenlet I V J V. (m/s) áramvonal. turbulens áramlás = kaotikusan gomolygó áramlás

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

Szilárd testek rugalmas alakváltozásai Nyú y j ú tás y j Hooke törvény, Hooke törvén E E o Y un un modulus a f eszültség ffeszültség

MFI mérés BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK HŐRE LÁGYULÓ MŰANYAGOK FOLYÓKÉPESSÉGÉNEK VIZSGÁLATA

Előadó: Érseki Csaba

Polimerek fizikai, mechanikai, termikus tulajdonságai

Mechanika IV.: Hidrosztatika és hidrodinamika. Vizsgatétel. Folyadékok fizikája. Folyadékok alaptulajdonságai

Polimerek vizsgálatai

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Molekulák, folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2012/13-es tanév I. félév

Kecskeméti Főiskola GAMF Kar. Poliolefinek öregítő vizsgálata Szűcs András. Budapest, X. 18

MFI mérés BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR POLIMERTECHNIKA TANSZÉK HŐRE LÁGYULÓ MŰANYAGOK FOLYÓKÉPESSÉGÉNEK VIZSGÁLATA

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2.

Reológia, a koherens (nem-koherens) rendszerek tulajdonságai

A végeselem módszer alapjai. 2. Alapvető elemtípusok

Anyagvizsgálatok. Mechanikai vizsgálatok

Szilárd testek rugalmassága

TÁMOP F-14/1/KONV Élelmiszeripari műveletek gyakorlati alkalmazásai

Folyadékáramlás. Orvosi biofizika (szerk. Damjanovich Sándor, Fidy Judit, Szöllősi János) Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2006

egyetemi tanár Nyugat-Magyarországi Egyetem

Szent István Egyetem FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

MECHANIKA I. rész: Szilárd testek mechanikája

Felkészülést segítő kérdések Polimertechnika (BMEGEPTAMT0) 2015 ősz

A talajok összenyomódásának vizsgálata

Hidrosztatikus hajtások, BMEGEVGAG11 Munkafolyadékok

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 6.

Folyadékáramlás vérkeringés

FOLYADÉK BELSŐ SÚRLÓDÁSÁNAK MÉRÉSE

A HDPE és EPDM geomembránok összehasonlító vizsgálata környezetvédelmi alkalmazhatóság szempontjából

A= a keresztmetszeti felület cm 2 ɣ = biztonsági tényező

F. F, <I> F,, F, <I> F,, F, <J> F F, <I> F,,

Polimer anyagtudomány

5. gy. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

DR. DEMÉNY ANDRÁS-I)R. EROSTYÁK JÁNOS- DR. SZABÓ GÁBOR-DR. TRÓCSÁNYI ZOLTÁN FIZIKA I. Klasszikus mechanika NEMZETI TANKÖNYVKIADÓ, BUDAPEST

1.1 Hasonlítsa össze a valós ill. ideális folyadékokat legfontosabb sajátosságaik alapján!

KRITIKUS KÉRDÉS: ACÉL ELEMEK

Fémtechnológiák Fémek képlékeny alakítása 1. Mechanikai alapfogalmak, anyagszerkezeti változások

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem. Polimertechnika Tanszék. Polimerek. Kalanderezés és extrúzió

Kollár Veronika A biofizika fizikai alapjai

A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata

A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata

VEGYIPAR ISMERETEK ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA KÖZÉPSZINTEN SZÓBELI TÉMAKÖRÖK május - június

Gyakorlat 04 Keresztmetszetek III.

Reológia Nagy, Roland, Pannon Egyetem

Folyadékok és gázok áramlása

MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA

tervezési szempontok (igénybevétel, feszültségeloszlás,

Ellenáramú hőcserélő

Polimer kompozitok alapanyagai, tulajdonságai, kompozitmechanikai alapok

Dinamika. p = mυ = F t vagy. = t

Fűtési rendszerek hidraulikai méretezése. Baumann Mihály adjunktus Lenkovics László tanársegéd PTE MIK Gépészmérnök Tanszék

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós

SZAKDOLGOZAT VIRÁG DÁVID

Tartószerkezetek modellezése

Alagútfalazat véges elemes vizsgálata

Folyadékáramlás vérkeringés

A tételekhez segédeszköz nem használható.

Folyadékok és gázok áramlása

A 29/2016. (VIII. 26.) NGM rendelet által módosított 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Polimerek és műanyagok

Ejtési teszt modellezése a tervezés fázisában

Ábragyűjtemény levelező hallgatók számára

Fröccsöntött alkatrészek végeselemes modellezése. Szőcs András. Budapest, IV. 29.

Az úszás biomechanikája

Vérkeringés. A szív munkája

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Műanyag ömledékek nagysebességű áramlásának tanulmányozása

Folyadékok. Molekulák: Gázok Folyadékok Szilárd anyagok. másodrendű kölcsönhatás növekszik. cseppfolyósíthatók hűtéssel és/vagy nyomással

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

MAPECRETE A repedésmentes betonok technológiája. Szautner Csaba Hídmérnöki Konferencia Eger

GEOTECHNIKA I. LGB-SE TALAJOK SZILÁRDSÁGI JELLEMZŐI

A kardiovaszkuláris rendszer élettana

Nyomdafestékek jellemzői. Viszkozitás Hígíthatóság Száradási idő

V. Moldex3D Szeminárium - econ Felhasználói Találkozó

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 8. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

PHYWE Fizikai kémia és az anyagok tulajdonságai

Nyomástartóedény-gépész Kőolaj- és vegyipari géprendszer üzemeltetője

ahol m-schmid vagy geometriai tényező. A terhelőerő növekedésével a csúszó síkban fellép az un. kritikus csúsztató feszültség τ

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7.

Átírás:

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM ANYAGISMERETI ÉS JÁRMŰGYÁRTÁSI TANSZÉK POLIMERTECHNIKA NGB_AJ050_1 Polimerek reológiája DR Hargitai Hajnalka 2011.09.28.

REOLÓGIA Az anyag deformációjának és folyásának a tudománya. rheo - a görög rheos szóból: folyam, folyás, áramlás Panta rhei: minden folyik; Hérakleitoszl i.e. VI sz.) Az anyagok folyását és deformációját tanulmányozza külső feszültségek (erők) hatására (az idő függvényében). 1929. december 9: The Society of Rheology (E. C. Bingham és M. Reiner) 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 2

Deformáció Deformáció: a test pontjainak relatív elmozdulása, két típus: 1. Folyás a deformáció irreverzibilis része: amikor a feszültség megszűnése után az anyag nem nyeri vissza az eredeti alakját (a munka hővé alakul). 2. Elasztikus vagy reverzibilis deformáció. (A munkát visszanyerjük és a test felveszi eredeti alakját.) 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 3

Reológia GYAKORLATI JELENTŐSÉGE: a polimer feldolgozási technológiáknál felmerülő problémák megoldásánál 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 4

a molekulatömegtől, A polimer láncszerkezetétől, pl. lineáris (HDPE, PP, PS) vagy elágazó (LDPE), A feldolgozás hőmérsékletétől, Nyomás, Idő, A folyási tulajdonságok alapvetően függenek: Degradáció (molekulalánc tördelődés), Nyírási sebesség. 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 5

Viszkozitás Viszkozitás (belső súrlódás, folyással szembeni ellenállás) egy gáz vagy folyadék belső ellenállásának mértéke a csúsztató feszültséggel szemben. Newton elmélete: Lamináris (réteges) áramlás csúsztató feszültség: nyírási sebesség 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 6

Newtoni és nem-newtoni folyadékok 5 plasztikus folyadék 4 - Bingham folyadék, 3 - Pszeudoplasztikus folyadék, 2 Newtoni folyadék, 1 dilatáns folyadék, Viszkozitás [Pas]: Víz: 10-3, Etil-alkohol: 0,248 10 3 Méz: 10, Vér: 25x 10-3 Kőolaj: 0,65 10 3 Polimer: 10 2-10 5 feldolgozás alatt 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 7

Viszkozitás Newtoni folyadékok esetén csak a hőmérséklettől függ. Nem-newtoni folyadékoknál változik a deformáció sebességével. 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 8

Melt flow index/ Folyási mutatószám MFI vagy MFR: a szabványos mérőkészülékből adott hőmérsékleten és terhelőerő mellett 10 perc alatt kifolyt anyag mennyisége. PE (ASTM D-1238): F=2,16kg, kapilláris átmérője D=2,095 mm és hossza: L=8mm. A vizsgálati hőmérséklet: 190 C. Mérése: kapilláris plasztométerrel. Kis MFI érték nagy molekulatömegű, nagy viszkozitású anyagot jelent. 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 9

Viszkoelasztikus anyagok Viszkoelasztikus hatások Kifolyási duzzadás Weissenberg hatás Kaye hatás Jelenségek Nyírási (nyomásra) vékonyodás (tixotróp anyagok) pl. festékek Nyírási vastagodás(dilatáns anyagok) 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 10

Rúdra mászás (Weissenberg hatás) http://www.youtube.com/watch?v=nx6gxoicney&nr=1 http://www.youtube.com/watch?v=hraao3fhpz4 Newtoni folyadék Viszkoelasztikus folyadék 2011.01.28 2009.09.28. Polymer Engineering POLIMERTECHNIKA - Rheology - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 11

Kifolyási duzzadás Newtoni folyadék duzzadása ~13% Viszkoelasztikus folyadék duzzadása akár 400% d D 4,00 2011.01.28 2009.09.28. Polymer Engineering POLIMERTECHNIKA - Rheology - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 12

Kifolyási duzzadás A Reynolds szám határozza meg Re Nyomaték Viszkozitás d/d 1,13 1,00 0,87 vd Re>2100 Turbolens (i.e. szabálytalan, zavaros folyás) Re<2100 Lamiáris Polimer ömledék folyása Re 10-1 -10-4 mindig lamináris 0 16 100 Re 2011.01.28 2009.09.28. Polymer Engineering POLIMERTECHNIKA - Rheology - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 13

Reynolds szám Az áramlásra jellemző dimenzió nélküli szám. Jele Re. A d átmérőjű csőben v sebességgel áramló ( sűrűségű és n belső súrlódási együtthatójú folyadék esetén Re = vd/n. Osborne Reynolds (1842-1912) brit mérnökről nevezték el. Ha a Reynolds-szám egy kritikus értéket túllép (2100), akkor az áramlás turbulenssé válik. 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 14

Kifolyási duzzadás A dugó palástján h nyírófeszültség ébred torzítja a dugót, és egy rugalmas nyíródeformációt ébreszt Kilépéskor a feszültség feloldódik, a torzult dugó visszarugózik, az ömledék megduzzad. A duzzadás mértéke csökkenthető: a kapilláris l hosszának növelésével, a hőmérséklet növelésével, a kapillárisban töltött idő növelésével, az átlagos móltömeg csökkentésével. Minél nagyobb a kapilláris hossza annál nagyobb a relaxáció, és így kisebb a duzzadás. 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 15 15

Kifolyási duzzadás hatása Extrudálásnál - korlátozza a profilkialakítás szabadságát, - a kész termékek lehűtéskor, az extrudált profilokba befagyott feszültségek később, a tartós igénybevételek során helyileg eltérő relaxációs jelenségeket, méretváltozást, torzulást, feszültségi repedezést, korai tönkremenetelt okozhatnak. 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 16

Az ömledékfront változása kilépéskor A külső molekuláknak a kilépéskor fel kell gyorsulniuk. Ez egy húzó igénybevételt jelent rájuk nézve. 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 17

Cápabőr Ha ez a húzó igénybevétel nagyobb, mint az ömledék húzószilárdsága, akkor az ömledék felülete felszakadozik, pikkelyes, hártyás lesz. Oka: nagy extrudálási sebesség Legtöbbször fóliaextrudáláskor vagy fóliafúváskor, rontja a fólia optikai tulajdonságait. 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 18

ÖMLEDÉKTÖRÉS (LÁGYTÖRÉS) http://www.youtube.com/watch?v=2j3phvcxhum Áramlási rendellenesség A polimer ömledéket nagy keresztmetszetről kis keresztmetszetre hirtelen akarjuk összenyomni (az ömledékben ébredő nyomófeszültség meghaladja az anyag nyomószilárdságát). A polimer ömledék nehezen viseli el a hirtelen és jelentős keresztmetszet csökkenést. A lágytörés után a szűk keresztmetszetből kijövő anyag spirális alakú lesz. Általában akkor jelentkezik, ha a kapilláris falánál ébredő csúsztató feszültség 0,2-0,4 MPa. 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 19

ÖMLEDÉKTÖRÉS (LÁGYTÖRÉS) 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 20

Pszeudoplasztikus viselkedés (Nyírásra vastagodás) Newtoni: Nem-Newtoni: τ = η γ τ = K γ n Viszkozitásgörbe Folyásgörbe c n>1 dilatáns n=1 newtoni n<1 pszeudoplasztikus γ 21 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 21

Polimerek: Strukturviszkózus anyagok I. Newtoni viselkedés II. Pszeudoplasztikus viselkedés III. Newtoni viselkedés 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 22

Feszültség-deformáció kapcsolat polimer rendszereknél Reológia: Testek deformációs mechanizmusával foglalkozó tudomány A terhelés hatására az anyagokon létrejövő teljes alakváltozást komponensekre bontjuk ö pr kr Az alakváltozások időbeli lefutását leíró függvények a számítások elvégezhetősége érdekében egyszerűsített törvényeket használunk. pillanatnyi rugalmas alakváltozás: Hooke törvény késleltetett rugalmas alakváltozás: Kelvin-Voigt mozgástörvény maradó alakváltozás: Newton-törvény m 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 23

Hooke test Ideálisan rugalmas viselkedés 0 r E 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 24

Newtoni test Egyszerű folyadék (viszkózus) modell 0 0 m 1 t 0 t 0 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 25

Kelvin-Voight modell A LEGEGYSZERŰBB KÉSLELTETETT RUGALMAS MODELL ö ö E E E ( t) E ( t) 0 d dt 0 k 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 26

Polimerek időfüggő viselkedése Kúszás: állandó (konstans) feszültség mellett a deformáció idővel növekszik. Ez a molekulaláncok átrendeződésével magyarázható, azaz a szilárd műanyagok erő hatásra folynak. Feszültség relaxáció: állandó értéken tartott deformáció mellett idővel az anyagban csökken, feloldódik az anyagban ébredő feszültség. 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 27

A kúszás modellezése Burgers-féle négyparaméteres modell 0 t r t r k m 0 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 28

A feszültség relaxáció modellezése Burgers modell 0 t r k m 0 t 0 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 29

A feszültség relaxáció modellezése MAXWELL MODELL ö ö E E (t) 1 ( t) (t)dt E t E 0 e E t 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 30

Összefoglalás A műanyagok viszkozitása nemcsak a hőmérséklettől, de az igénybevételtől (nyírási sebesség) is függ. A polimerek viszkoelasztikus anyagok (nyírási vastagodás, rúdra mászás, kifolyási duzzadás, ömledéktörés, cápabőr). Tulajdonságai időfüggőek (kúszás, feszültségrelaxáció). 2009.09.28. POLIMERTECHNIKA - POLIMEREK REOLÓGIÁJA 31

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM ANYAGISMERETI ÉS JÁRMŰGYÁRTÁSI TANSZÉK POLIMERTECHNIKA NGB_AJ050_1 Köszönöm a figyelmet! hargitai@sze.hu DR Hargitai Hajnalka 2011.09.14.