Viskositätsmessungen in der Qualitätssicherung Worauf muß man achten?

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1 Zwick testxpo 2017 Viskositätsmessungen in der Qualitätssicherung Worauf muß man achten? v M p Rotation Hochdruck- Kapillar Torsten Remmler, Malvern Instruments GmbH

2 Überblick Wie ist die Scherviskosität definiert? Messprinzip Rotationsrheometer / Hochdruck-Kapillarrheometer Parametrierung: Stationäre und Instationäre Scherviskositätskurven Zusatz-Informationen: Elastische Normalspannungen Interpretation von Scherviskositätskurven

3 Fließeigenschaften in Scherung: Grundbegriffe Temperatur Druck Scherrate (Fließgeschwindigkeit) Schubspannung (Scherkraft) Zeit Scherkraft F h a Auslenkung u b. Fläche A = a b Deformation = u / h Dynamische Scherviskosität*: p, t, ) = Einheit: [ ] = 1 Pas... d dt Ftan A Scherrate [1/s] Schubspannung [Pa=N/m 2 ] * Isotherme, isobare, stationäre dynamische Scherviskosität eines inkompressiblen, isotropen Fluids

4 Typische Scherbeanspruchungen Lagerung Scherviskosität Kriechen Verlaufen Gießen Mixen Hand-Viskosimeter Rakeln, Pumpen Rotationsrheometer Kapillarrheometer Sprühen Scherrate (s -1 )

5 Abschätzung der Scherrate Rakelauftrag, Streichen Schlitzdüsen- Beschichtung Sprühauftrag Q = Volumenstrom, R= Düsenradius, L= Düsenlänge, b= Schlitzbreite w=schlitzhöhe, v=auftragsgeschwindigkeit, h= Nass-Schichtdicke

6 Messbeispiel: Vergleich von 2 Scherviskositätskurven Einpunkt-Messung kann Verarbeitungsverhalten nicht darstellen Je höher die Low-Shear Viskosität, desto besser das Standvermögen Scherratenabhängigkeit der Scherviskosität: Relativmessung nicht sinnvoll! Für Scherviskositätswerte muß jeweilige Scherrate angegeben werden!

7 Auswahl des Messgerätes: Rotationsrheometer Schubspannungsvorgabe (CS) Deformationsvorgabe (CR) M Anregung / Detektion Motor Kinexus Rheometer Anwendungen: Antwort / Vorgabe - Optimal für geringe bis mittlere Scherraten geeignet - Liefert absolute Scherviskosität Obere Messplatte Luftlager Positions- Sensor Probe Untere Messplatte

8 Auswahl des Messgerätes: Hochdruck-Kapillarrheometer Vorgabe: Stempelgeschwindigkeit Wandscherrate Meßgröße: Gesamtdruckabfall Wandschubspannung ZYLINDER v Gemessener Gesamtdruckverlust RH2000 L P = Einlaufdruckverlust P w P 1 vollständig ausgeprägtes Strömungsprofil 2R + Scherdruckverlust Einlauf länge RH10-D 0 0 L Z Anwendungen: - Optimal für mittlere bis sehr hohe Scherraten geeignet - Liefert absolute Scherviskosität

9 Anwendungsbeispiel: Dispersions-Klebstoff Komplexes Fließverhalten (Scherverdünnung / Scherverdickung) abhängig vom Scherratenbereich Scherverdickung kann zu Düsenverstopfung beim Sprühauftrag führen

10 Messtechnische Aufnahme einer Scherviskositätskurve Schubspannungs-oder Scherraten-Vorgabe: Stationäre und instationäre Messroutine Stationär : Rampe in Stufen.. Keine Zeitabhängigkeit: = ( ) Instationär : Lineare Rampe, Profil etc. t t. Zeitabhängigkeit: = ( t) t t

11 Stationarität als wichtiges QC-Kriterium Stationarität weicht vom Idealwert 1 ab -> Messfehler!! Instationäre Scherratenrampen sind für QC-Messungen nicht zu empfehlen

12 Einfluß elastischer Effekte in Scherung: N1 F t F n Quelle: MIT, 1999 Klebstoffe sind viskoelastisch: Flüssigkeits- als auch Festkörper-Eigenschaften! Probleme in der Verarbeitung können elastizitätsbedingt sein!

13 Zusammenfassung Was Sie beachten sollten Richtigen Scherratenbereich für die jeweilige Anwendung auswählen Stationarität beachten! Relativ-Messungen bei scherratenabhängiger Scherviskosität ungeeignet Elastische Normalspannungen liefern Zusatz-Informationen

14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Weitere Informationen zu rheologischen Fragestellungen finden Sie auf

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