ỨNG DỤNG THIẾT BỊ ĐO LƯU BIẾN (Phân tích chất kết dính bị nóng chảy)

TỔNG QUAN

Chất kết dính nóng chảy là hệ thống polyme nhiệt dẻo được áp dụng ở trạng thái nóng chảy. Chúng phải chảy đều trên cả hai bề mặt và sau đó làm nguội nhanh chóng thành chất rắn kết dính, dẻo dai ở nhiệt độ phòng. Do đó, độ nhớt như một hàm của nhiệt độ là chìa khóa cho hiệu suất nóng chảy thích hợp.

KẾT DÍNH VÀ GIÒN

Nhiều chất kết dính nóng chảy được cung cấp dưới dạng viên. Hoạt động tạo viên cho một vật liệu mới có thể gặp rắc rối nếu vật liệu quá dính hoặc quá giòn. Phép đo mô đun đàn hồi (lưu trữ) G ’như một hàm của nhiệt độ có thể hướng dẫn nhà hóa chất kết dínhtrong việc điều chỉnh công thức kết dính để tối ưu hóa hoạt động tạo viên.

Hình 1 cho thấy dữ liệu thu được từ các phép đo cơ học động cho một chất đồng trùng hợp polyamit. Giá trị lớn nhất trong mỗi đường cong tan δ tương ứng với nhiệt độ chuyển thủy tinh của mẫu. Các đặc tính đàn hồi (G ’) trên nhiệt độ chuyển tiếp của thủy tinh đặc biệt thú vị. Mẫu A quá giòn và có xu hướng vỡ thành các mảnh thủy tinh trong quá trình tạo viên. Ngược lại, Mẫu C dính và tạo thành kẹo dẻo. Mẫu B là tối ưu, dẫn đến các giá trị thích hợp của nhiệt độ chuyển thủy tinh và mô đun đàn hồi với các đặc tính kết dính và tạo viên tốt.

ĐỘ NHỚT CHẤT NÓNG CHẢY

Trong quá trình xử lý, độ nhớt phải khá thấp ở nhiệt độ ứng dụng để cho phép chất nền thâm nhập tốt. Nếu nó quá thấp, nó sẽ chảy ra khỏi chất nền hoặc tạo ra một màng mỏng dẫn đến khoảng trống khi hai chất nền được nối với nhau. Độ nhớt nóng chảy phải duy trì đủ thấp để bề mặt đối diện tiếp xúc với nhau và sau đó tăng lên nhanh chóng để thiết lập liên kết trong thời gian tối thiểu. Độ nhớt nóng chảy của hầu hết các polyme kết dính (trọng lượng phân tử thấp) tỷ lệ với trọng lượng phân tử của nó.

SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA TRỌNG LƯỢNG ĐẾN ĐỘ NHỚT

Lưu biến học cung cấp chìa khóa cho các mối quan hệ giữa độ dẻo, cấu trúc phân tử và hiệu suất xử lý. Cấu trúc phân tử của hệ thống polyme, và tính lưu biến xác định hành vi trong quá trình xử lý. Có lẽ mối quan hệ được biết đến nhiều nhất giữa cấu trúc phân tử và quá trình xử lý là ảnh hưởng của trọng lượng phân tử đến độ nhớt. Độ nhớt tần số thấp giới hạn phụ thuộc nhiều vào trọng lượng phân tử. Hai chất kết dính khác nhau về khối lượng phân tử được thể hiện trong Hình 2. Khối lượng phân tử, sự phân bố khối lượng phân tử, sự phân nhánh và liên kết chéo ảnh hưởng đến độ nhớt và độ đàn hồi của chất tan chảy cũng như tính chất cơ học và xử lý polyme.

Nói chung, chất kết dính nóng chảy là tuân theo định luật Newton; nghĩa là, độ nhớt của chúng không phụ thuộc vào tần số, như thể hiện trong Hình 3 đối với chất kết dính polyamit. Những dữ liệu này cho thấy độ nhớt giống hệt nhau đối với hai mẫu chất kết dính polyamide được xử lý khác nhau. Độ đàn hồi cao hơn của Mẫu A được cho là phân nhánh nhiều hơn trong quá trình trùng hợp.

ĐỘ DẺO DAI VÀ LINH HOẠT

Một yêu cầu quan trọng khác của chất kết dính nóng chảy là độ dẻo dai và linh hoạt ở trạng thái rắn. Nó không được trở nên giòn ở nhiệt độ sử dụng dự kiến. Các phép đo cơ học động lực học cung cấp phương pháp tốt nhất để thiết lập các đặc tính kết dính này. Hình 4 cho thấy hành vi cơ học động lực học như một hàm của nhiệt độ đối với hai nóng chảy đóng sách có các đặc tính ứng dụng khác nhau (mục đích chung và đặc tính phẳng rõ rệt). Sự khác biệt về mô đun bảo quản (độ đàn hồi) cho thấy sự khác biệt về hiệu suất đáng kể ở nhiệt độ sử dụng. Mức G ’ở nhiệt độ thi công (ở nhiệt độ phòng) mô tả độ cứng và tính linh hoạt của chất kết dính. Tan δ, tỷ lệ giữa đóng góp nhớt và đàn hồi của môđun là thước đo độ bền kết dính của chất nóng chảy. Tan thấp hơn δ cho thấy sự kết dính tốt hơn. nhưng kém linh hoạt. Giá trị tan δ từ 0,1 đến 0,3 ở nhiệt độ phòng là giá trị tối ưu cho mục đích chung nóng chảy.

Mô đun hao hụt G ”cho thấy mức tối đa ở nhiệt độ thấp đối với cả hai mẫu, tức là -10 oC đối với mẫu A và 0oC đối với mẫu B. Các đỉnh chuyển tiếp liên quan đến độ dẻo dai tăng lên và tương quan với dự đoán nứt lạnh. Nứt lạnh là nhiệt độ tại đó nhiệt độ nóng chảy sẽ bị hỏng dưới biến dạng uốn. Nhiệt độ nứt lạnh đối với mẫu A là từ = -15 đến -10 oC, đối với mẫu B là từ -5 đến 0 oC, tương quan tốt với các dự đoán về phản ứng đàn hồi. Trong khoảng nhiệt độ từ 0 đến 50 oC, độ tan δ của A thấp hơn đáng kể so với mẫu B cho thấy cường độ kết dính cao hơn. Tuy nhiên, mẫu A linh hoạt hơn (Modulus cao hơn) và do đó phù hợp hơn với các đặc tính phẳng. Ở 60 oC. tan δ đối với mẫu A tăng nhanh do sự nóng chảy của cấu trúc tinh thể còn lại. Việc thiếu điểm nóng chảy rõ ràng trong mẫu B là bằng chứng cho thấy hàm lượng sáp và tinh thể thấp hơn nhiều.

CÀI ĐẶT THỜI GIAN, THỜI GIAN MỞ, CHỤP

Cài đặt và thời gian mở của nhiệt độ nóng chảy liên quan đến đường cong làm mát. Thời gian đông kết  

được xác định bằng thời gian, độ nhớt vẫn đủ thấp để các chất nền tiếp xúc với nhau trước khi tăng lên để thiết lập liên kết. Thời gian đông kết cho một hợp chất liên kết boook có thể được coi là thời gian để quá trình nóng chảy đạt đủ độ cứng trước khi thực hiện bước quy trình tiếp theo. Một độ cứng tới hạn, G ’xấp xỉ 107 Pa, ứng dụng đóng sách điển hình không đủ độ bền cao và thu được đối với mẫu A ở 49oC và mẫu B ở 22oC. (Hình 4) Mẫu B có thời gian đông kết lâu hơn mẫu A trong các điều kiện hoạt động giống hệt nhau.

Thời gian mở là một thông số hiệu suất khác, có thể dễ dàng xác định được từ phép đo độ nhớt. Lớp nóng chảy mở ra, miễn là có khả năng chảy và làm ướt chất nền. Sau khi làm nguội, khi đã đạt đến độ cứng nhất định, cùng với độ bền kết dính, sự nóng chảy không còn mở nữa. Điểm tới hạn đối với sự nóng chảy tương quan tốt với giao nhau của G ’và G” tức là tan δ = 1. Đối với mẫu A, giá trị này thu được ở 65 oC, đối với mẫu B ở 54 oC. Như vậy mẫu B có thời gian mở lâu hơn trong cùng điều kiện xử lý.

Độ nhớt của chất kết dính nóng chảy phải ổn định ở nhiệt độ xử lý. Nhựa thường được giữ trong vài giờ trong thùng hở trong thiết bị phân tán Thời gian mà độ nhớt không thay đổi đáng kể được gọi là tuổi thọ của nồi. Hình 5 cho thấy độ nhớt so với thời gian của nhựa polyamit. Độ nhớt giảm ban đầu do khối lượng phân tử giảm do hấp thụ nước và sau đó tăng chậm đối với mẫu A. Điều này được cho là do liên kết chéo oxy hóa chậm. Một công thức mới (mẫu B) đã được phát triển ổn định trong hơn hai giờ ở nhiệt độ quy trình, cho phép có thể xảy ra sự cố và thay đổi trong dây chuyền đóng gói của khách hàng.

PHẦN KẾT LUẬN

Chất kết dính nóng chảy phải có độ chảy tốt trong quá trình thi công và có thể nguội nhanh để tạo thành một chất kết dính cứng. Các yếu tố quyết định chất kết dính tốt là những yếu tố ảnh hưởng đến tính lưu biến của chất kết dính, bao gồm trọng lượng phân tử và các đặc điểm cấu trúc hóa học khác của vật liệu. Các phép đo lưu biến có thể dẫn đến sự phát triển của chất kết dính nóng chảy cải tiến và dự đoán hiệu suất của chúng.

Bảng một số thông số kỹ thuật sản phẩm lưu biến kế Rheometer của TA Instruments