Polymeerien reologiaa : sulamassavirta ja viskositeetti

Abstract

Opinnäytetyön taustana oli Tampereen ammattikorkeakoululle hankitun uuden sulaindeksilaitteen käyttöönotto testaamalla laitetta eri polymeereillä ja tekemällä havaintoja saaduista tuloksista. Testaaminen tapahtui yhteistyössä TAMKin opiskelijoista koostuvan projektitiimin kanssa, joka laati käyttöohjeet sulaindeksilaitteelle.

Opinnäytetyön tarkoituksena oli kartoittaa polymeerisulien virtausominaisuuksia teoriatasolla ja testata reologisten mittalaitteiden toimintaa. Opinnäytetyön tavoitteena oli luoda kokonaisuus, jota voidaan käyttää polymeerikemian teoria- ja laboratorio-opetuksen tukena. Kokeellinen osa koostui polystyreenin viskositeettimäärityksestä ja molekyylimassan selvittämisestä sekä neljän eri polymeerin sulamassavirtamittauksista.

Kokeellisen osan sulamassavirtamittauksissa määritettiin mittaustulokset neljälle eri polymeerille. Kyseiset polymeerit olivat polystyreeni, matala- ja korkeatiheyspolyeteeni sekä polypropeeni. Kaikista polymeereistä ei saatu täysin vertailukelpoisia tuloksia, koska sulaindeksilaite oli varusteltu ainoastaan 2,16 kg:n punnuksella. Osa sulamassavirtamittauksista olisi vaatinut 5,0 kg:n punnuksen. Viskositeettimittaus jouduttiin tekemään ainoastaan polystyreenille, koska muiden polymeerien liukenevuus todettiin haastavaksi.

Opinnäytetyön kokeellisen osan perusteella saatiin havainnollistettua reologisia mittauksia teorian tueksi. Sulamassavirtamittausten perusteella tultiin siihen lopputulokseen, että Tampereen ammattikorkeakoulun prosessilaboratorioon tulisi hankkia myös 5,0 kg:n punnus mahdollistamaan todenmukaisemmat ja vertailukelpoiset tulokset sulamassavirralle. Mittaustulosten perusteella pystyttiin tutkimaan molekyylirakenteen ja molekyylimassan vaikutusta sulamassavirtaan.

This bachelor’s thesis was commissioned by Tampere University of Applied Sciences. The intention was to introduce a new type of extrusion plastometer by measuring melt mass-flow rates with various polymers and analyzing results. The measuring was done in collaboration with a project team which had been assigned to write the instruction manual for the device.

The purpose of this bachelor’s thesis was to investigate rheological properties of polymer melts theoretically and to test rheological measuring devices. The objective was to create a study which can be used as an educational material or as a source of information during courses. The thesis consisted of measurements for melt mass-flow rate and viscosity.

The melt mass-flow rates were measured for four different polymers. The polymers were polystyrene, high-density polyethylene, low-density polyethylene, and polypropylene. All the measurements were not made according to the reference values since there was a lack of necessary measuring equipment. The extrusion plastometer was only provided with a 2.16 kg weight when a 5.0 kg weight would have been needed for some of the measurements. The viscosity measurement was done merely for polystyrene because rest of the polymers were too challenging to dissolve.

The results illustrated the outcome of the rheological measurements in support of the theoretical data. In conclusion, Tampere University of Applied Sciences should get the 5.0 kg weight to make the results of measurement more comparable with each other. The influence of varying molecular structure and molecular mass during melt mass-flow rate measurements were determined successfully.