Tecnologie dei Polimeri

Tecnologie dei Polimeri

Introduzione

• Differenza principale fra termoplastici e termoindurenti

Termoplastici: retroano a flusione ne formano (liquid shaping stage) e si induriscono raffreddando il fuso. Il processo liquido → solido è reversibile grazie ad un fisso intervallo di reammollimento, pertanto è possibile riutilizzare eventuali scarti. Il processo di lavorazione per flusione solitamente orienta le catene polimeriche.

Termoindurenti: sono a viscosità maggiore, vengono induriti attraverso una reazione chimica che permette formazione di cross-links pertanto il processo liquido → solido è irreversibile (il riscaldamento eccessivo comporta degradazione). Gli scarti non possono essere riutilizzati direttamente. Resistono ad alte temperature in genere e possono essere riorganizzati con poco orientamento delle catene.

• Viscosità di taglio

Una superficie è in movimento: il liquido in quiete si muoverà seguendo la velocità delle pareti mobili ma le particelle a contatto con le pareti ferme rimarranno ferme.

Il profilo di velocità è lineare. In questo caso è il fluido ad essere in movimentazione mentre le pareti sono ferme. Il profilo di velocità sarà parabolico quindi:

Introduciamo lo sforzo di taglio τ = -μ _dux/_dy

Shear rate (velocità di deformazione)     ˙γ = _dux/_dy

⇒ τ = -μ ˙γ

Il comportamento del fluidoma influenza la distribuzione di velocità la quale dipende sia da geomtria delle superfici e sono movimentazione. La viscosità influenza sULO sforzo di taglio

  μ è la viscosità (dinegenze μ per i mentorniani ad η nei nomi newtoniani): per i fluidi newtoniani è costante. Se il fluidoma è newtoniano _η=_η(^˙γ), la viscosità esprime resistenza di fase

di interazione e di urti relativi tra le molecole che consentono di dissipare energia. Forze di interazione deboli permettono movimento tra le molecole e dunque viscosità: al contrario forze forti determinano deformazione elastica e dunque rigidità.

Definiamo per fluidi non newtoniani:

Unità di misura della viscosità:

Poise (dime, n/cmq)Pa·s(10 poise = 1 Pa·s)1cPoise = 1mPa·s

Tipi di fluidi

NEWTONIANO:

Pseudoplastico

es. fluidi polimerici

es. acqua, gel, sostanze a basso pH

μ(T,P) = μ₀(T₀,P₀)exp_1/R(¹⁄_T₁ - ¹⁄_T₀)expβ(P-P₀)

β = compressibilità isotema

all'aumentare dello shear rate lo sforzo cresce inizialmente in modo lineare ma poi devia, perchè le catene saranno più orientate ed è più facile lo scorrimento. Infatti anche la viscosità diminuisce.

DILATANTE:

Mescando velocemente questo fluido si irrigidisce. Normalmente si tratta di colloidi: se mescolando si ha flocculazione.

es. amido di mais/acqua, sabbia completamente bagnata

BINGHAM:

Prima si comportano come solidi elastici, oltre ad un certo valore di sforzo si comportano come un fluido viscoso. Il comportamento elastico considera viscosità →∞. es. dentifricio.

passando da pressione maggiore a pressione minore bisogna abbassare la temperatura secondo la reazione:

_T = (-^ΔT/_ΔP )_P ⋅ P

Poiseuille calcolato come -(^ΔT/_ΔP )_ln ⋅ 10⁷

*Dilatazione di temperatura

Sono sufficienti pochi gradi di temperatura per variare notevolmente la viscosità.

^Δη_g/_η0 = - ^ΔE/_RT² ⋅ ΔT di Nicolei

ΔE = 10⁴÷10⁵ J/mol

se ΔE = 10⁵ J/mol e T = 400 K

Δη_g/η_g0 = 25 ^ΔT/_T

Per temperature massime a T_g serve teoria WLF.

V = ¹/_V ^δV/_δT |_P

ΔV = αV₀ΔT

V_l - V_l0 = αV_l0 ΔT

Vm - Vl = Vg ΔT (α_g - α_g)

consideriamo ΔT = T - T_g

V_l = V_g + V_gαΔT = V_g(1 + α_l ΔT)

V_w = V_g(1 + α_g ΔT)

Volume libero V_g = V – V_occupato

V_f,T = V_F,Tg + V_g Δα ΔT

Frazione di volume libero f = ^V/_Vg => f = f₀ + Δα ΔT

αloccittte: V_f = Aexp(^β/_{Vg + α ΔT})

Aexp(^β/_{Vg + α ΔT})

log ^η/_ηg = ^C₁(T-T_g)/_{C2 + (T-Tg)}

con in genere C₁=40 e C₂=52 (ma tabulati)

(se log η/η_g C₁=17,4 e C₂=52)

(P)^1/4 2,0736 R

32

K: 2,0736 = 67,392 = k

Q_e: 125 - 0,3ΔP

Q_f: 67,392 ΔP / 100 = 0,67392 ΔP

Q = 85 kg/h, ΔP = 120 bar

ΔP = 200 bar

N: ?

Q_e: 2,5 N - 0,3 200

V Q_f: 0,67392 200 - 134,784 kg/h = Q_e im eq. point

134,784 = 2,5 N - 0,3 200

N = 78 RPM

Rilievo non Newtoniano - portata stimata sarà superiore

50 RPM, ΔP = 200 bar, Q = 65 kg/h

K diverso?

ΔP = 65 kg/h + 0,67392 ΔP

ΔP = 96,05 bar

Fletto in cui ΔP = 103,55 bar

QIS: V. - QDAS: V.D

Qdas: Qe: 20 D 0,8 NPa

Fsdm: 0,2 0,8 - 100.10 NPa m² = 503 N

ES TEMA ESAME

HQPE, N=70 RPM

T=220°C

Q = 210 Kg/h senza flusore testa aperta

Q/max = 300 bar (Qmax)

Newtomanu

1) Scrivere e rappresentare graficamente la caratteristica di un generico estrusore normale. Determinare a, b dell'

estrusore indicato a T=220°C.

2) +Pliese con Q (Kg).ZQ1 (B/NQ)/AP(bar) (B/N=0,5

Q? P? nell'ipotesi di operare a N=80 RPM

3) Descriversi anche sul grafico) l'effetto dell'inserimento

di una fliera con sezione di negliaggio inferiore e una maggiore perdita di carico

espressione minima = DP maggiore

Qe = QDEAQ - QP

Qe = a Ngiqi - b DP/N

Qe = Q max

O Ngiqi

DPmax

Qe = a 70 RPM - b DP/N

Qmax = a 70

a = 210 Kg/h = 3 70 RPM

DPmax = 300 bar = 3 70 - b 300 = 0 b/N 0,7