, Volume 8, Issue 1, pp 78-88

Rheometer zur Untersuchung der deformationsmechanischen Eigenschaften von Kunststoff-Schmelzen unter definierter Zugbeanspruchung

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Zusammenfassung

Es wird ein neues Rheometer beschrieben, mit dem Zugversuche mit konstanter Dehnungsgeschwindigkeit an einer Polyäthylen-Schmelze ausgeführt werden. Als Klemmen finden in dem Gerät Zahnradpaare Verwendung, die mit konstanter Drehzahl laufen, während ihr Abstand fixiert ist. Die horizontale Meßanordnung taucht in Silikonöl, auf dem bei Meßtemperatur (in den Meßbeispielen 150 °C) die strangförmige Probe schwimmt. Mit dieser Anordnung ist es möglich, das Spannungs-Dehnungs-Diagramm über große Gesamtdeformationen zu messen und außerdem die Gesamtdehnung in einen irreversiblen, viskosen und einen reversiblen, elastischen Anteil aufzuteilen. Mit weiteren Zusatzeinrichtungen können die Relaxation der Spannung und die Retardation der Dehnung an jeder Stelle des Spannungs-Dehnungs-Diagramms gemessen werden.

Die Ergebnisse zeigen, daß bei niedrigen Dehnungsgeschwindigkeiten die Zugspannung im Laufe der Verformung in einen Endwert einmündet, dem eine Zugviskosität entspricht. Bei höheren Dehnungsgeschwindigkeiten bildet sich dieser Endwert nicht aus, vielmehr nimmt das Spannungs-Dehnungs-Diagramm einen Sförmigen Verlauf, wie das von Gummi bekannt ist. Der elastische Dehnungsanteil steigt mit zunehmender Dehnungsgeschwindigkeit und mit zunehmender Gesamtdehnung an. Trägt man die auf die Dehnungsgeschwindigkeit \(\dot \varepsilon _0 = 1 \sec ^{ - 1} \) bezogenen Zugspannungen über die Deformationszeit auf, so erhält man „Anlaufkurven“, die bei niedrigen \(\dot \varepsilon _0 \) -Werten dem Dreifachen der Anlaufkurven für die Scherströmung im linearen Beanspruchungsbereich entsprechen.

Summary

In order to investigate the rheological behaviour of polymer melts subjected to an extensional deformation a new rheometer was developed which is described in detail. The test specimen consists of an extruded polymer rod of about 5,4 mm diameter which is molten and brought to test temperature in a bath of silicone oil. Swimming on this bath the molten rod is clamped in two pairs of gears which have a constant distance and which operate at constant rate of rotation thus deforming the specimen at constant extensional strain rate. Large extensional strains can be obtained easily and the separation of the total strain in an irrecoverable, viscous and in a recoverable, elastic portion is possible. Additional equipment allows the determination of the stress relaxation and the retardation of the deformation at each point of the stressstrain-curve.

Stress-strain-curves of a low density polyethylene melt at 150 °C show at low strain rates an increase of the stress up to a limiting value which corresponds to an extensional viscosity. At higher strain rates no limiting value of the stress is obtained but the stress-strain-relation has aS-shape curve similar to the tensile behaviour of a rubberlike material. The recoverable portion of the total strain increases with increasing strain rate and increasing total strain. If the tensile stresses are reduced to strain rate \(\dot \varepsilon _0 = 1 \sec ^{ - 1} \) their time dependence corresponds at low \(\dot \varepsilon _0 \) -values to the threefold of the time dependence of the reduced shear stress measured in a shear experiment in the linear viscoelastic (Newtonian) range.

HerrnF. Landmesser danke ich für die Hilfe bei der Entwicklung der Meßmethode und für die Ausführung der Messungen.