Reologie polymerů

S polymery se dnes setkáváme na každém kroku. Kromě jeskyňky u studánky jsou dnes polymery zastoupeny v každé domácnosti. Chcete provést zateplení, rozvést vodu nebo plyn, natírat, máte v koupelně kosmetiku, pořídili jste si spotřební elektroniku nebo výpočetní techniku? Všude jsou polymery. Jedete autem, berete si košík v prodejně, máte zabalené potraviny? Chodíte na ryby, sportujete? V dnešním světě jsme zcela obklíčeni, až pohlceni polymerními výrobky. Není nám dobře? Lékařství není výjimkou.

Každý samozřejmě očekává odpovídající kvalitu těchto výrobků. Nechceme vyhodit tělové mléko již třetí den, neboť zcela zdegradovalo, nechceme vytláčet vodu z obalu na zubní pastu, chceme, aby nanovlákenné roušky byly účinné, chceme, aby naše auto funkčně tlumilo průjezd výtluky na našich silnicích.

Zdárný výrobní proces se neobejde bez znalosti tokových vlastností vstupních polymerních materiálů. Ukažme to na příkladu již zmiňovaného tělového mléka. Kromě jeho stability samozřejmě požadujeme i jeho snadnou roztíratelnost, čili konsistenci neblížící se ani vodě a na druhé straně ani medu. Je tedy nutné stanovit i správný poměr jeho výchozích složek.

Tuto optimalizaci umožní provést tzv. reologické měření. S jeho pomocí jsme schopni stanovit požadovanou viskozitu. Tokové (reologické, rhéin – téci, logos – věda) vlastnosti jsou měřeny pomocí rotačních a kapilárních reometrů umožňujících užití různých geometrií. Měřený materiál je dle jeho konzistence umístěn mezi (a) planparalelní kruhy - měření typu deska-deska, (b) kruh a mírný kužel - měření typu kužel-deska, (c) souosé válce či (d) vytlačován z kapilární hubice.

Výzkum na Ústavu pro hydrodynamiku

Ústavní výzkum má zhruba dva hlavní cíle:

1) Určit správný postup při samotné přípravě zkoumaných materiálů, navrhnout vyhovující reologická měření a získat správná experimentální data. Zcela jinak budeme analyzovat polyisobutylen sloužící k výrobě pneumatik vyznačující se pružností a tažností a zcela jinak např. čistě vazké látky, které v sobě nekumulují žádnou jim dodanou energii. Pozornost klademe i na chování látek v elektrickém či magnetickém poli.

2) Vztahově popsat chování jednotlivých reologických veličin, zejména pak hojně užívané smykové viskozity. V tomto bodě se nelze orientovat pouze na numerické proložení dat z jednotlivých měření křivkou, ale navržený vztah (tzv. konstitutivní rovnice) by měl být platný pro širší škálu měnicích se parametrů. Důraz je kladen např. na proměnlivou molekulovou hmotnost (a to i z důvodu, že její údaj deklarovaný výrobcem se zpravidla nezanedbatelně liší od reality pro jednotlivé šarže) či procentuální zastoupení jednotlivých komponent. V případě návrhu a použití empirických vztahů je optimální odvodit tzv. master curve, která nezávisí na žádném dodatečném parametru a udává bezprostředně požadovaný údaj (např. smykovou viskozitu) po zadání vstupních údajů.

Publikace:

Filip, P., Hausnerová, B., Hnátková, E. (2020). Continuous rheological description of highly filled polymer melts for material extrusion. Applied Materials Today. 20(September), 100754.

Filip, P., Hausnerová, B., Barretta, C. (2019). Master flow curves as a tool to modelling Ceramic Injection Molding. Ceramics International. 45(6), 7468-7471.

Sanétrník, D., Hausnerová, B., Filip, P., Hnátková, E. (2018). Influence of capillary die geometry on wall slip of highly filled powder injection molding compounds. Powder Technology. 325, 615–619.

Zelenková, J., Pivokonský, R., Filip, P., (2017). Two ways to examine differential constitutive equations: initiated on steady or initiated on unsteady (LAOS) shear characteristics. Polymers 9(6), 205.

Pivokonský, R., Filip, P., Zelenková, J., (2016). Flexibility of three differential constitutive models evaluated by large amplitude oscillatory shear and Fourier transform rheology. Polymer 104(8), 171-178.

Pivokonský, R., Filip, P., Zelenková, J., (2015). The role of the Gordon-Schowalter derivative term in the constitutive models - improved flexibility of the modified XPP model. Colloid and Polymer Science 293(4), 1227-1236.

Pivokonský, R., Filip, P., Zelenková, J., (2015). Visualization of elongation measurements using an SER universal testing platform. Applied Rheology 25(1).

Kategorie Dlaždice.