Técnicas de Medición y equipos de precisión Reología de Polímeros José Antonio Giral Borao...

Técnicas de Medición y equipos de precisión

Reología de Polímeros

José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet

Alumnos:

Aplicación a las máquinas de Inyección


Diciembre de 2001




Alumnos:

•La inyección es el principal método de fabricación con plásticos•Termoplásticos :polímeros que se vuelven plásticos tras un aporte de calor

suficiente.

•Fundamento:introducir un polímero fundido en

un molde cerrado y frío, donde

solidifica para dar el producto




Alumnos:

•En los polímeros no podemos asegurar que la viscosidad de una determinada

muestra de material va a coincidir con lo esperado por datos obtenidos de tablas

aparato que determine las viscosidades

d

A

FΛL

Lo

•Esfuerzo de corte:

2mNA

F

•Velocidad de corte (Shear-Rate)

sgd

V1

•Parámetros proporcionales

22

1

msgN

sg

mN

segundos Pascal (Pas)




Alumnos:

Viscosidades de algunos sustancias

Sustancia Viscosidad [Mpas]

Resinas para combinaciones Resina / Vidrio 50

Poliuretanos líquidos 102-103

Polímeros fundidos 102-106

Brea 109

Vidrio 1021

Agua 10-3




Alumnos:

•La relación entre esfuerzo cortante y velocidad de corte (Shear-Rate) no es lineal

Comportamiento no Newtoniano

Fluidonewtoniano

Fluidopseudoplástico

Fluidodilatante

Velocidad de corte γ

Esfuerzo cortante τ

Comportamiento más común entre los polímeros

la viscosidad no es constante, sino que depende de la velocidad de corte

viscosidad aparente (ηap)




Alumnos:

Fluidonewtoniano

Fluidopseudoplástico

Fluidodilatante

Velocidad de corte γ

Viscosidad aparente ηap

Reograma : Viscosidad aparente – Velocidad de corte

Para obtenerlo hay que medir la viscosidad en una amplia gama de velocidades de corte.

Sirve para caracterizar polimeros

Reómetro




Alumnos:

Los aparatos de medida de viscosidades

•capaces de generar una determinada velocidad de corte

•medir el esfuerzo cortante que se origina

Viscosímetro:

Genera una única velocidad de corte y mide el esfuerzo cortante.

Solo sirve para fluidos Newtonianos.

Reómetro:

Genera suficientes velocidades de corte para elaborar un reograma.

Uso con pseudoplásticos




Alumnos:

Tipos de Reómetros:

•Reómetro Placa-cono , placas paralelas

•Reómetro Cilíndrico

•Reómetro Capilar

Con cada uno se obtiene la viscosidad aparente en un rango de velocidades de corte.

Se necesitan al menos dos para obtener un reograma completo




Alumnos:

Reómetro de Placa-cono y de placas paralelas:

El fundido se encuentra entre una placa fija y otra que gira a una velocidad angular constante, .

Calcula para velocidades de corte de entre 10-3 y 1 s-1

= /, el ángulo del cono

= 3M / 2Rc3 , Rc radio

de la parte cilíndrica

viscosidad




Alumnos:

Proporciona al material un flujo rotacional en el espacio intersticial de dos cilindros concéntricos que giran a diferente velocidad (normalmente uno fijo y otro móvil).

Reómetro cilíndrico:

Esfuerzo necesario Velocidades de giro viscosidad

Velocidad de corte entre 0.004 y 4000 s-1

Incertidumbre entorno al ±0.5% del campo de medida.




Alumnos:

Reómetro Capilar

Velocidad de corte entre 1 y 105 s-1

Cilindro con calentamiento en cuyo extremo existe un pequeño dado capilar a través del cual se extruye el plástico fundido.

Medida de presion

Velocidad de corteviscosidad

La incertidumbre depende del modelo y sobre todo de la utilización del capilar adecuado.




Alumnos:

Forma de aplicación

de los esfuerzos

Maquina

Inyectora

Reómetro

capilar

Rango de velocidades

de corte

En ambas maquinas se cumplen las mismas ecuaciones referentes al paso de un fluido en canales cilíndricos.




Alumnos:

Para canales cilíndricos de longitud L, radio del canal R, caída de presión P y caudal Q, se tiene:

Esfuerzo de corte en la pared cilíndrica:

Velocidad de corte en la pared:

Viscosidad aparente:

“ecuación de Poiseuille”

L

RP

2

3

4

R

Q

QL

RPap

8

4




Alumnos:

Método de medición:

Se hace bajar el pistón a velocidad constante forzando al plástico fundido a pasar a través del capilar y se mide la fuerza que es necesario aplicar al pistón. También se mide la presión.

P

Medida de la presión




Alumnos:

Ensayo:

Se realiza dando los valores de la velocidad del pistón que se deseen, la temperatura a la que se quiere realizar el ensayo y la variacion de presion que toleramos.

Tras esto el Reómetro comenzará con el ensayo calentando hasta la temperatura deseada, cuando llegue irá a la primera velocidad demandada. Una vez alcanzada esperará a que se estabilice la presión (que se mantenga dentro del margen que se le ha prefijado) y almacenará este valor para mostrarlo como resultado.A continuación el pistón acelerará hasta la siguiente velocidad y realizará la misma operación y así hasta que termine en la última velocidad demandada.




Alumnos:

Sustituyendo el caudal Q en la ecuación de Poiseuille se obtiene la viscosidad:

L

RPap

2

con :3

2

3

44

R

rV

R

Q pistón

R: radio del capilar; L: longitud del capilar; r: radio del pistón; P: presión medida por el sensor de presión; V pistón: velocidad de bajada del pistón (constante)




Alumnos:

Partes mecánicas del reómetro capilar:

12

3

4

5

6

7

89

10

1112

14151617

18

20

23

22

21

19

24

13

Grupo Motor

Cámara de extrusión

1 Encoder Óptico

2 Polea Grande

3 Tornillo

4 Columna Fija

5 Columna Móvil

6 Placa Superior

22 Motor Paso a Paso

23 Polea Pequeña

24 Correa de Transmisión




Alumnos:

Partes mecánicas del reómetro ( II ):

12

3

4

5

6

7

89

10

1112

14151617

18

20

23

22

21

19

24

13

Grupo Motor


7 Mordaza para el Pistón

8 Pistón

9 Resistencia Calefactora

10 Termopar Temperatura

11 Resistencia Calefactora 2

12 Transductor de Presión

13 Termopar Temperatura

14 Resistencia Calefactora 3




Alumnos:

Partes mecánicas del reómetro ( III ):

12

3

4

5

6

7

89

10

1112

14151617

18

20

23

22

21

19

24

13

Grupo Motor


15 Tuerca de Apriete del Capilar

16 Capilar

17 Filamento extruido

18 Camisa

19 Polímero Fundido

20 Aislamiento Térmico

21 Placa Inferior




Alumnos:

Comportamiento mecánico del grupo motor:

Comportamiento mecánico

El motor imprime el giro al tornillo por medio de una transmisión reductora.

tornillo de potencia




Alumnos:

Transductor

•sensor piezoeléctrico•alojado en el interior de la camisa •superficie está mecanizada

Nuestro modelo es un KISTLER tipo 6171B

•3,6 mm diametro•Para más de 2000 bar




Alumnos:

Datos técnicos

•sensibilidad variable con la temperatura •variando en menos de un 0.5% •presiones de 0 a 2000bar.




Alumnos:

Transductor




Alumnos:




Alumnos:

Amplificador de Presión

• la señal del transductor debe ser amplificada

• el amplificador pasa la medida de presión tomada a voltios

• de esta manera puede ser leída por la tarjeta del PC

• KISTLER tipo 5039A332

• saca el valor amplificado de la presión entre 0 y +10V




Alumnos:

Amplificador de Presión

• Rango de medida I de ±5’000... ±50’000

• Salida ± 10V, 4 ... 20mA

• Alimentación 18 ... 36V

• Data sheet 11.5039




Alumnos:

Medida de Presión

sensor

amplificador

tarjeta PC

Programa PC

Análisis de los Datos




Alumnos:

Orificio

Junta de Teflón

Ensanchamiento de la base

Capilar

• orificio de salida en la extrusión del polímero fundido

• se conocen con precisión el diámetro y la longitud

•se pueda hallar exactamente el valor de Shear-Rate en función del caudal que lo atraviesa




Alumnos:

Reguladores de Temperatura y Termopares

• Reguladores de temperatura se encargan de llevar el polímero a la temperatura deseada DIGITEK (Micro PID-3)

• Termopares miden la temperatura dentro de la cámara

• Tipo J

• rango de medida entre –210 y 1200ºC

•sensibilidad es de 1.7 μV/ºC

•precisión de 1ºC

Resistencias Calefactoras

• aportan calor a la cámara de extrusión

Borne A

Borne B

Bornes

Bornes




Alumnos:

Rresistencia de anillo

Resistencia de abrazadera

Resistencia de abrazadera




Alumnos:

Reómetros comerciales

Brookfield Engineering - Products

Porpoise Intelligent Rheometer Rheology Testing Polymer Extrusion

HAAKE Superior Quality Rheometers

REOLOGICA Instruments AB - Rheology, Viscometry

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