Źródła niestabilności w obróbce polimerów
Polimery odgrywają istotną i wszechobecną rolę w życiu codziennym. Nie można sobie bez nich wyobrazić współczesnego społeczeństwa, co jest o tyle niezwykłe, że są używane od zaledwie kilku dziesięcioleci. Niemniej, nieregularności lub defekty, jakie często występują na powierzchni produktów polimerowych w wyniku niestabilności topienia, sprawiają, że są one komercyjnie nie do zaakceptowania. Przy szybkości, z jaką polimery są przetwarzane, niestabilności w wytłaczaniu stopionych polimerów objawiają się w postaci albo małych, powtarzających się, albo dużych, nieregularnych zniekształceń. Aby zwiększyć wydajność produkcji, należy wyeliminować niestabilności topienia lub zapobiec im w szybszej obróbce. Taki też był cel projektu badawczego 3PI finansowanego ze środków Piątego Programu Ramowego. Partnerzy projektu 3PI przeprowadzili najbardziej staranne i wszechstronne serie eksperymentów za pomocą wytworzonych specjalnie w tym celu wytłaczarek i tłoczników o różnej geometrii. Następnie wyniki z różnych laboratoriów zostały połączone, aby ustalić powiązania między występowaniem niestabilności przepływu roztopionego materiału, warunkami procesu technologicznego oraz cechami reologicznymi testowanych materiałów polimerowych. Na przykład, aby scharakteryzować niestabilności powierzchni elastycznej, monitorowano odkształcenia powstające w wyniku naprężeń podczas wytłaczania za pomocą technik dwójłomności indukowanych przepływem. Na podstawie zebranych danych dotyczących koncentracji naprężeń opracowano mapę procesu, demonstrującą, jak modyfikacja właściwości przepływu płynu polimerowego obok rowka w tłoczniku może zapobiec teksturze chagrin. Z drugiej strony, użyto laserowo-dopplerowskiego pomiaru przepływu (LDV) w celu utworzenia profilu prędkości złożonych płynów polimerowych poddanych ściętemu przepływowi. Przy szybkości ścinania przekraczającej warunki niestabilności chagrin zmiany ciśnienia i szybkości spowodowały wytworzenie wyrobów wytłaczanych cechujących się na przemian szorstkimi i względnie gładkimi obszarami. Za źródło tego zjawiska uznano okresowe przejścia między słabym a silnym poślizgiem ściany kapilarowej, stąd odpowiednia nazwa — niestabilność tarcia i poślizgu. Partnerzy w projekcie 3PI mają nadzieję, że te wyniki eksperymentów dotyczących mechanizmów niepowodzeń będą stopniowo przekształcane w zaawansowane modele numeryczne wykorzystywane do optymalizacji warunków przetwarzania polimerów.
