Die swell behaviour of polypropylene — An experimental investigation

Summary

The die swell behaviour of polypropylene samples was studied over a range of shear rates by employing dies of several length/diameter (L/D)-ratios. The swelling ratio increases with shear rate but decreases as the (L/D)-ratio of the die increases. The samples annealed above the polymer melting temperature at 230°C were found to have the swelling ratio considerably higher than that of unannealed samples. At a constant shear rate the swelling ratio was found to decrease as the temperature was raised from 220–240°C. For the dies employed, the swelling ratios were found to be inversely proportional to the average transit or residence time of the polymer melt through the die. The die swell data were then used to predict the first normal-stress difference values by means of various die swell theories and the results were discussed in the light of polymer viscoelasticity.

Zusammenfassung

Es wurde die Strahlaufweitung von Polypropylenproben beim Austritt aus einer Düse untersucht, wobei die Schubspannung durch Verwendung von Düsen mit unterschiedlichen Länge/Durchmesser-(L/D)-Verhältnissen variiert wurde. Die relative Aufweitung steigt mit der Schubspannung an, fällt dagegen mit steigendemL/D-Verhältnis ab. Die Proben, die bei einer Temperatur von 230°C (d. h. oberhalb des Polymerschmelzpunktes) getempert worden waren, zeigen eine wesentlich höhere Aufweitung als die nicht getemperten Proben. Bei konstanter Schubspannung wurde eine Verringerung der Aufweitung festgestellt, nachdem die Temperatur von 220 auf 240°C erhöht worden war. Bei den verwendeten Düsen wurde gefunden, daß das Aufweitungsverhältnis umgekehrt proportional zu der durchschnittlichen Verweilzeit der Polymerschmelze in der Düse ist. Die Strahlaufweitungsdaten wurden dann zur Voraussage der Werte der ersten Normalspannungsdifferenz verwendet, wobei verschiedene Strahlaufweitungs-Theorien benutzt wurden. Die Ergebnisse wurden unter dem Gesichtspunkt der Viskoelastizität der Polymeren diskutiert.