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EuroWire – Luglio 2009
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articolo tecnico
a deformazione controllata del tipo
ARES-LS. É stato utilizzato un sistema
a piatti paralleli da 25mm con una
deformazione del 5% - valore che rientra
ampiamente nell’area viscoelastica lineare.
La frequenza è stata variata da 100rad/s a
0,01rad/s; il modulo elastico e il modulo
viscoso nonché la viscosità complessa dei
campioni sono stati generati in funzione
della frequenza. Tutte le misurazioni sono
state effettuate sotto convezione forzata
di azoto per minimizzare la degradazione.
Inoltre, è stato applicato il principio della
sovrapposizione tempo-temperatura (TTS)
e sono state generate le
master curves
.
La
Figura 1
illustra la sovrapposizione delle
master curves
della viscosità di ciascun
campione di PVDF ad una temperatura
di riferimento di 230°C. Il K2750-01 e il
K3120-50 rappresentano i campioni a
viscosità più elevata, mentre il K2500-10
e il K3120-10 rappresentano i campioni a
viscosità più bassa.
In generale, il K2500-10 evidenzia le
caratteristiche reologiche auspicabili per
un post-ritiro ridotto. Una caratteristica
importante osservata nella
master curve
del K2500-10 è costituita dalla presenza
del plateau newtoniano nell’area di taglio
inferiore. Questa caratteristica è coerente
con la riflessione secondo la quale questo
prodotto offre caratteristiche di ritiro
contenuto. Una volta trafilata la massa
fusa, questa si trova nello stato
zero-shear
.
I materiali di PVDF che esibiscono questo
plateau newtoniano tendono a fluire
meglio a gradienti della velocità di
taglio (
shear rate
) inferiori, consentendo
il rilassamento dell’allineamento del
polimero dopo la trafilatura. La presenza
del plateau newtoniano è considerata
una caratteristica importante nei prodotti
di PVDF con caratteristiche di post-ritiro
ridotte. Il K3120-10 è un campione
comparabile con una viscosità ridotta,
ma differisce dal K2500-10 esibendo
una risposta non newtoniana a valori
di
shear rate
ridotti. Si evince che tale
caratteristica reologica ritarderebbe il
rilassamento dell’orientazione molecolare
dopo il completamento dell’operazione
di trafilatura con conseguente aumento
del post-ritiro. Ciò è stato confermato
mediante
successivi
esperimenti
di
post-ritiro.
Per una migliore comprensione della
relazione tra la struttura del fluoruro di
polivinilidene e il post-ritiro, sono stati
realizzati degli esperimenti sul rilassamento
delle tensioni. Possiamo affermare che
un polimero che rilascia rapidamente
le tensioni allo stato fuso, presenterà
un minore orientamento del polimero
e conseguentemente un post-ritiro più
contenuto. Gli esperimenti sul rilassa-
mento delle tensioni sono stati effettuati
utilizzando un reometro a deformazione
controllata del tipo ARES-LS, utilizzando
un sistema a piatti paralleli da 25mm.
É stato applicato uno
step strain
del 100%
a campioni di fluoruro di polivinilidene
ed è stato registrato il decadimento del
modulo in funzione del tempo. I risultati
di questi esperimenti sono illustrati nella
Figura 2
.
Come previsto, i campioni con viscosità
superiore come il K2750-01 e il K3120-50
evidenziano una risposta al rilassamento
relativamente lenta, mentre i campioni
con viscosità inferiore come il K2500-10
e il K3120-10 evidenziano una risposta
al rilassamento rapida. La risposta al
rilassamento rapida per questi campioni
a bassa viscosità dovrebbero determinare
un allineamento del polimero ridotto
nel prodotto finale. Ai fini del presente
articolo, sono stati analizzati i tempi di
rilassamento per ciascun campione di
PVDF per raggiungere il valore arbitrario
di 100 Pa. Questi valori sono riportati nella
Tabella 2
.
Come illustrato nella
Tabella 2
, la
risposta al rilassamento per il K2500-10 è
notevolmente superiore rispetto a qualsiasi
altro prodotto testato. Una componente
significativa di questo comportamento
può essere attribuita alla struttura del
prodotto. Effettuando una comparazione
fra il K2500-10 e il K3120-10, si rileva che
la risposta al rilassamento per il K2500-10
(distribuzione casuale del copolimero)
è notevolmente più rapida che per il
K3120-10 (distribuzione non casuale del
copolimero). La risposta al rilassamento
più rapida è stata prevista dalla
master
curve
(
Figura 1
) che illustrava le differenze
reologiche rispetto a questi due prodotti
nella
shear range
inferiore.
Ai fini dell’interpretazione dei dati è
opportuno conoscere l’ambiente di
raffreddamento tipico per il trattamento
del fluoruro di polivinilidene. In un
processo di rivestimento standard per
produrre un rivestimento da 0,020 pollici
ad una velocità di 300 piedi il minuto e ad
una distanza di 6 pollici fra il serbatoio di
raffreddamento e la trafila, è stato stimato
che il tempo dalla fine della trafilatura
▲
▲
Figura 2
:
Modulo di rilassamento di campioni di PVDF a 230º
C
ID campione PVDF
Tempo (s) a 100 Pa
Viscosità (pa.s) a 80 s
–1
K2500-10
0.65
795
K3120-10
2.0
650
K2500-20
6.8
1460
K3120-15
10.0
1230
K2750-01
220
2290
K3120-50
400
2390
▲
▲
Figura 1
:
Master curve di PVDF – viscosità complessa a 230°C
▼
▼
Tabella 2
:
Rilassamento della tensione a 230º C e 100 Pa