Measurement of Radial Velocity Profiles and Melt Strength of Polymer Melts under Elongational Flow using Circular Dies

วิทยานิพนธ์ การตรวจวัดความเร็วตามแนวรัศมีและความแข็งแรงของพอลิเมอร์หลอมเหลวในการไหลแบบยืดดึงโดยใช้หัวขึ้นรูปหน้าตัดกลม

Name: Watcharin Sitticharoen

Name: วัชรินทร์ สิทธิเจริญ

keyword: Mechanical Properties

Abstract: This thesis aimed to investigate the melt strength of low-density polyethylene (LDPE) melt, mechanical strength of molten and solidified of neat low-density polyethylene, a blend of LDPE with linear low-density polyethylene (LLDPE) under tensile deformation and measure melt strength, melt velocity and elongational viscosity profiles across of molten LDPE filament diameter under non-isothermal and isothermal conditions. The proposed experimental rig was based on parallel co-extrusion technique (PCT), which was specially designed and manufactured in this work. An experimental rig was designed and constructed for simultaneous measurements of melt strength, velocity profiles and elongational viscosity profiles, and was coupled with a high speed data logging system and a personal computer for the real-time measurements. The experimental results suggested that the melt strength of LDPE was dependent upon the volumetric flow rate from the extruder, roller speed, die temperature and take-up style. The drawdown force of the LDPE melt also increased with increasing volumetric flow rate from the extruder and roller speeds for the step-ladder take-up, but decreased with increasing die temperature. The drawdown force changes were associated with the molecular disentanglement and elastic resistances of the branched LDPE melt. The drawdown forces of the LDPE melt measured under the rapid speed take-up method were 40-60% greater than those tested under the ladder-step speed take-up method. The elongational viscosities of the LDPE melt slightly decreased with elongational strain rate and die temperature. The mechanical strengths of neat LDPE and LLDPE/LDPE blends were investigated in molten and solidified states under tensile deformation. It was found that the drawdown for the molten LDPE also increased with increasing volumetric flow rate, roller speed and LLDPE content, but decreased with increasing die temperature. In LLDPE/LOPE blends, incorporating LLDPE from 0 to 30wt% into LDPE caused a slight increase in drawdown force, larger fluctuation in drawdown force and reduction of maximum roller speed to failure. The mechanical properties of solidified filament LLDPE/LDPE corresponded to those in the molten LLDPE/LDPE for the effect of LLDPE content. The tensile modulus and tensile strength for the neat LDPE and LLDPE/LOPE blends slightly increased with increasing roller speed. The effects of volumetric flow rate from the extruder and die temperature on the mechanical properties of the solidified blends were very small as compared with that of the molten ones. For velocity and viscosity profiles under elongational deformation, the results suggested the drawdown forces changed continuously with changing roller speed and the velocity profiles of the melt not uniform across the LDPE filament during the stretching of the melt. The drawdown forces and velocity profiles were affected by volumetric flow rates from the extruder, die temperatures, and roller speeds used. The higher the volumetric flow rate the greater the drawdown force required, and higher local melt velocities and elongational viscosities. The drawdown forces under non-isothermal condition were greater than those for the isothermal condition. It was also found that the drawdown forces and the melt velocities for the molten filament increased with increasing roller speed. The drawdown forces decreased, whereas those the melt velocities increased with increasing die temperature. The velocity profiles of the melt were equalized at the die exit under un-stretching condition, but not uniform when stretching the melt. The elongational viscosity profiles of the LDPE filament were not uniform across the filament cross-section, which corresponded well to the obtained velocity profiles. The elongational viscosities of the LDPE filament were relatively higher when extruded and stretched under non-isothermal condition. The changes in velocities and elongational viscosity profiles were more sensitive to the changes in volumetric flow rate, die temperature, and roller speed.

Abstract: งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการตรวจสอบความแข็งแรงของพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงเชิงกลของพอลิเมอร์ในสภาวะของเหลว และของแข็งของพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ บริสุทธิ์ พอลิเมอร์ผสมระหว่างพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำชนิดโครงสร้างตรงกับพอลิเอทิลีนความ หนาแน่นต่ำภายใต้การเปลี่ยนรูปด้วยแรงดึง ขอบเขตงานวิจัยยังรวมไปถึงการตรวจวัดความแข็งแรง ของพอลิเมอร์หลอมเหลว ความเร็วของพอลิเมอร์หลอมเหลว และรูปแบบความหนืดในการไหลแบบ ยืดดึงของพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำขณะไหลภายในเส้นใยพอลิเมอร์ภายใต้สภาวะนอนไอโซ เทอร์มอล และไอโซเทอร์มอล โดยได้ทำการออกแบบและพัฒนาระบบการอัดรีดร่วมแบบขนาน ซึ่ง ระบบการอัดรีดที่ได้ออกแบบ และจัดสร้างขึ้น เพื่อใช้ในการตรวจวัดความแข็งแรงของพอลิเมอร์ หลอมเหลว รูปแบบความเร็วในการไหล และรูปแบบความหนืดในการไหลแบบยืดดึงในช่วงเวลา เดียวกัน โดยใช้คอมพิวเตอร์ และระบบจัดเก็บข้อมูลด้วยความเร็วสูงตามเวลาตรวจวัดจริง ผลการทดลองพบว่า ความแข็งแรงของพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำจะขึ้นอยู่กับอัตราของปริมาตร ของไหลจากการอัดรีด ความเร็วรอบของการม้วนดึง อุณหภูมิของหัวขึ้นรูป และรูปแบบของการม้วน ดึง ความแข็งแรงของพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มอัตราของปริมาตรของ ไหลจากการอัดรีด ความเร็วรอบของการม้วนดึงแบบสเต็ปแลดเดอร์ แต่ความแข็งแรงของพอลิเมอร์ หลอมเหลวจะลดลงเมื่อเพิ่มอุณหภูมิของหัวขึ้นรูป ความเป็นอีลาสติกของพอลิเมอร์ที่มีกิ่งก้าน และ การคลายตัวของสายโซ่โมเลกุลที่เกี่ยวพันกันจะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่อความแข็งแรงของ พอลิเมอร์หลอมเหลว นอกจากนี้ความแข็งแรงของพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำที่ตรวจวัดได้จาก วิธีการม้วนดึงด้วยความเร็วรอบแบบแร็ปพิตจะมีค่าสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการม้วนดึงด้วย ความเร็วรอบแบบสเต็ปแลดเดอร์ประมาณ 40-60% สำหรับความหนืดแบบยืดดึงของพอลิเอทิลีน ความหนาแน่นต่ำมีค่าลดลงเล็กน้อยเมื่อเพิ่มอัตราเครียดยืดดึง และอุณหภูมิของหัวขึ้นรูป การศึกษาผลของความแข็งแรงเชิงกลของพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำบริสุทธิ์ และพอลิเมอร์ผสม ระหว่างพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำชนิดโครงสร้างตรงกับพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำในสภาวะ ของเหลวและของแข็งภายใต้การเปลี่ยนรูปด้วยแรงดึง ผลการทดลองพบว่าความแข็งแรงของ พอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของอัตราของปริมาตรของไหลจาก การอัดรีด ความเร็วรอบของการม้วนดึง และปริมาณของพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำชนิดโครงสร้าง ตรง แต่ความแข็งแรงของพอลิเมอร์หลอมเหลวจะลดลงเมื่อเพิ่มอุณหภูมิของหัวขึ้นรูป พอลิเมอร์ผสม ระหว่างพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำชนิดโครงสร้างตรงกับพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำโดยมี สัดส่วนผสมของพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำชนิดโครงสร้างตรง ในปริมาณน้ำหนัก 0-30% จะ ส่งผลให้เกิดความแข็งแรงของพอลิเมอร์หลอมเหลวเพิ่มสูงขึ้น มีความผันผวนของแรงดึงก่อนเส้นใย พอลิเมอร์จะเกิดการขาด และความเร็วรอบการม้วนดึงสูงสุดที่ทำให้เส้นใยพอลิเมอร์หลอมเหลวขาดมี ค่าลดลง สำหรับผลของปริมาณของพอลิเอทิลีนความแน่นต่ำชนิดโครงสร้างตรง จะส่งผลให้ สมบัติเชิงกลของเส้นใยพอลิเมอร์ในสภาวะของแข็งของพอลิเมอร์ผสมมีค่าสูงขึ้นเหมือนกับสมบัติ เชิงกลของเส้นใยพอลิเมอร์ในสภาวะของเหลว ความทนแรงดึงสูงสุดและมอดุลัสความทนแรงดึงของ พอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำบริสุทธิ์ และพอลิเมอร์ผสมระหว่างพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำชนิด ม้วนดึง นอกจากนี้อัตราของปริมาตรของไหล และอุณหภูมิของหัวขึ้นรูปจะส่งผลให้สมบัติเชิงกลของ เส้นใยพอลิเมอร์ในสภาวะของแข็งจะมีค่าเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับสมบัติเชิงกลของ เส้นใยพอลิเมอร์ในสภาวะของเหลว ผลการทดลองพบว่า ความแข็งแรงของเส้นใยพอลิเอทิลันความหนาแน่นต่ำ และความเร็วในการไหล จะเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องเมื่อความเร็วรอบการม้วนดึงเปลี่ยนแปลงไป และรูปแบบความเร็วใน การไหลภายในเส้นใยพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำมีรูปแบบที่ไม่แน่นอน ความแข็งแรงของ พอลิเมอร์หลอมเหลวขึ้นอยู่กับอัตราของปริมาตรของไหลจากการอัดรีด อุณหภูมิของหัวขึ้นรูป และ ความเร็วรอบของการม้วนดึง ความแข็งแรงของพอลิเมอร์หลอมเหลว ความเร็วในการไหล และความ หนืดในการไหลแบบยืดดึงเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราของปริมาตรของไหลจากการอัดรีดเพิ่มสูงขึ้น ความ แข็งแรงของเส้นใยพอลิเมอร์หลอมเหลวในสภาวะนอนไอโซเทอร์มอลจะมีค่ามากกว่าเมื่อ เปรียบเทียบกับในสภาวะไอโซเทอร์มอล ความแข็งแรงของพอลิเมอร์หลอมเหลว และความเร็วใน การไหลมีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้นเมื่อความเร็วรอบการม้วนดึงเพิ่มขึ้น และพบว่าความแข็งแรงของ พอลิเมอร์หลอมเหลวลดลงในขณะที่ความเร็วในการไหลเพิ่มสูงขึ้นเมื่อเพิ่มอุณหภูมิของหัวขึ้นรูป รูปแบบความเร็วในการไหลที่บริเวณทางออกของหัวขึ้นรูปในสภาวะที่ไม่มีการม้วนดึงจะมีความเร็ว เท่ากัน แต่รูปแบบความเร็วในการไหลจะมีรูปแบบที่ไม่แน่นอนในสภาวะที่มีการดึงด้วยความเร็วรอบ การม้วนดึง สำหรับรูปแบบความหนืดในการไหลแบบยืดดึงภายในเส้นใยพอลิเอทิลีนความหนาแน่น ต่ำมีรูปแบบที่ไม่แน่นอนเช่นเดียวกับรูปแบบความเร็วในการไหล ความหนืดในการไหลแบบยืดดึง ของเส้นใยพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำจะมีค่าเพิ่มสูงขึ้นเมื่อทำการอัดรีดและม้วนดึงในสภาวะนอน ไอโซเทอร์มอล นอกจากนี้พบว่ารูปแบบความเร็วในการไหล และความหนืดในการไหลแบบยืดดึงจะ เปลี่ยนแปลงมากขึ้นอยู่กับอัตราของปริมาตรของไหล อุณหภูมิของหัวขึ้นรูป และความเร็วรอบการ ม้วนดึง

King Mongkut's University of Technology Thonburi. KMUTT Library

Address: BANGKOK

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Narongrit Sombatsompop

Role: Advisor

Created: 2011

Modified: 2012-04-18

Issued: 2012-04-15

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: MT390

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Materials Technology

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

©copyrights King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	MT390.pdf	3.6 MB	13	2024-12-23 09:22:13
2	MT390ab.pdf	49.94 KB	4	2019-07-26 15:53:32

ใช้เวลา

0.034729 วินาที