Técnicas de Medición y equipos de precisión
Reología de Polímeros
José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet
Alumnos:
Aplicación a las máquinas de Inyección
Reología de Polímeros
Diciembre de 2001
Aplicación a las máquinas de Inyección
Reología de Polímeros
José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet
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
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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)
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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)
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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
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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
Cámara de extrusión
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
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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
Cámara de extrusión
15 Tuerca de Apriete del Capilar
16 Capilar
17 Filamento extruido
18 Camisa
19 Polímero Fundido
20 Aislamiento Térmico
21 Placa Inferior
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Alumnos:
Comportamiento mecánico del grupo motor:
Comportamiento mecánico
El motor imprime el giro al tornillo por medio de una transmisión reductora.
tornillo de potencia
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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
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Datos técnicos
•sensibilidad variable con la temperatura •variando en menos de un 0.5% •presiones de 0 a 2000bar.
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Alumnos:
Transductor
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Alumnos:
Aplicación a las máquinas de Inyección
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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
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Alumnos:
Amplificador de Presión
• Rango de medida I de ±5’000... ±50’000
• Salida ± 10V, 4 ... 20mA
• Alimentación 18 ... 36V
• Data sheet 11.5039
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Alumnos:
Medida de Presión
sensor
amplificador
tarjeta PC
Programa PC
Análisis de los Datos
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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
Aplicación a las máquinas de Inyección
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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
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José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet
Alumnos:
Rresistencia de anillo
Resistencia de abrazadera
Resistencia de abrazadera
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José Antonio Giral Borao Ignacio Isasa Bonet
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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