Rheological properties of polypropylene composites with calcium carbonate under high shear rates

• Autorzy: Kloziński Arkadiusz , Lewandowski Krzysztof , Mirowski Jacek , Barczewski Mateusz , Jakubowska Paulina

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2023.7.6

Warianty tytułu

PL

Właściwości reologiczne kompozytów polipropylenu z węglanem wapnia w warunkach dużych szybkości ścinania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The rheological properties of isotactic polypropylene (iPP) and its composites with unmodified and stearic acid-modified calcium carbonate (5, 10, 20, 30 wt%) were investigated. The processability factor K of the composites was determined based on changes in the mass flow rate (MFR). The assessment of rheological properties was carried out at high shear rates, in the injection process, using a special in-line measuring head. Measurements were performed at a temperature of 230°C, in the range of apparent shear rate from 19,100 to 101,900 s-1, based on the Ostwald-de Waele power-law model. Comparative analysis of the processing and rheological characteristics, as determined with two techniques (off-line measurements and in-line measurements), has shown a diverse behaviour of polymer composites in flows (flow resistances, the behaviour of the flow and viscosity curves, the power law index), resulting from a varying fill degree, applied filler type and measuring shear rate range.

PL

Zbadano właściwości reologiczne izotaktycznego polipropylenu (iPP) oraz jego kompozytów z niemodyfikowanym i modyfikowanym kwasem stearynowym węglanem wapnia (5, 10, 20, 30% mas.). Współczynnik przetwarzalności K kompozytów określano na podstawie zmian masowego wskaźnika szybkości płynięcia (MFR). Ocenę właściwości reologicznych przeprowadzono w warunkach dużych szybkości ścinania, w procesie wtryskiwania, przy zastosowaniu specjalnej głowicy pomiarowej typu in-line. Pomiary wykonano w temperaturze 230°C, w zakresie pozornej szybkości ścinania od 19 100 do 101 900 s-1, w oparciu o model potęgowy Ostwalda-de Waele’a. Analiza porównawcza charakterystyk przetwórczych i reologicznych, wyznaczonych dwoma technikami pomiarowymi (off-line i in-line), wykazała zróżnicowany sposób zachowania się kompozytów polimerowych w przepływach (opory przepływu, przebiegi krzywych płynięcia i lepkości, wykładnik płynięcia), wynikający z różnego stopnia napełnienia, rodzaju zastosowanego napełniacza oraz zakresu pomiarowego szybkości ścinania.

Słowa kluczowe

EN

polymer composites; injection moulding; rheological properties; in-line rheology

PL

kompozyty polimerowe; wtryskiwanie; właściwości reologiczne; reologia in-line

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 68, nr 7-8
• Strony: 403--412
• Opis fizyczny: Bibliogr. 51 poz., fot., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kloziński Arkadiusz

• Institute of Chemical Technology and Engineering, Facul¬ty of Chemical Technology, Poznan University of Technology, Berdychowo 4, 60-965 Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2025-699X

autor

Lewandowski Krzysztof

• Faculty of Chemical Technology and Engineering, Bydgoszcz University of Science and Technology, Seminaryjna 3, 85-326 Bydgoszcz, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0664-9815

autor

Mirowski Jacek

• Faculty of Chemical Technology and Engineering, Bydgoszcz University of Science and Technology, Seminaryjna 3, 85-326 Bydgoszcz, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4115-1556

autor

Barczewski Mateusz

• Institute of Materials Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Management, Poznan University of Technology, Piotrowo 3, 61-138 Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1451-6430

autor

Jakubowska Paulina

• Institute of Chemical Technology and Engineering, Facul¬ty of Chemical Technology, Poznan University of Technology, Berdychowo 4, 60-965 Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8638-1216

Bibliografia

• [1] Abbasian M., Shahparian M., Bonab S.E.S.: Iranian Polymer Journal 2013, 22, 209. https://doi.org/10.1007/s13726-012-0120-4
• [2] Bulanda K., Oleksy M., Oliwa R. et al.: Polymers 2021, 13, 2455. https://doi.org/10.3390/polym13152455
• [3] Wang X., Tzoganakis C., Rempel G.L.: Journal of Applied Polymer Science 1996, 61, 1395. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(19960822)61:8<1395: AID-APP21>3.0.CO;2-
• [4] Aid S., Eddhahak A., Ortega Z. et al.: Journal of Applied Polymer Science 2017, 134, 44975. https://doi.org/10.1002/app.44975
• [5] Kloziński A., Jakubowska P.: Journal of Polymer Engineering 2019, 39, 422. https://doi.org/10.1515/polyeng-2018-0199
• [6] Stepczyńska M., Pawłowska A., Moraczewski K. et al.: Materials 2021, 14, 4241. https://doi.org/10.3390/ma14154241
• [7] Da Silva A.L.N., Rocha M.C.G., Moraes M.A.R. et al.: Polymer Testing 2002, 21, 57. https://doi.org/10.1016/S0142-9418(01)00047-2
• [8] Barzegari R.M., Alemdar A., Zhang Y., Rodrigue D.: Polymer Composites 2012, 33, 353. https://doi.org/10.1002/pc.22154
• [9] Kloziński A., Barczewski M.: Polimery 2019, 64(2), 83. https://doi.org/10.14314/polimery.2019.2.1
• [10] Kloziński A., Jakubowska P.: Polymer Engineering and Science 2019, 59(s2), E16. https://doi.org/10.1002/pen.24941
• [11] Broadhead T.O., Patterson W.I., Dealy J.M.: Polymer Engineering and Science 1996, 36, 2840. https://doi.org/10.1002/pen.10685
• [12] Abu-Zahra N.H.: International Polymer Processing 2003, 18, 362. https://doi.org/10.3139/217.1759
• [13] Chakravorty S., Allen C.R.G., Brown C.S.: Polymer Testing 1997, 16, 445. https://doi.org/10.1016/S0142-9418(97)00007-X
• [14] Schramm G.: “A Practical Approach to Rheology and Rheometry”. Gebrueder HAAKE GmbH, Karlsruhe 1994.
• [15] Mezger T.G.: “The Rheology Handbook 2nd Edition”, Vincentz Network GmbH and Co. KG 2006.
• [16] Callis J.B., Illman D.L., Kowalski B.R.: Analytical Chemistry 1987, 59, 624A. https://doi.org/10.1021/ac00136a001
• [17] Kelly A.L., Woodhead M., Coates P.D.: SPE ANTEC Techn. Papers 1997, 43, 1119
• [18] Barczewski M.: Polimery 2015, 60, 612. https://doi.org/10.14314/polimery.2015.612
• [19] Barczewski M.: Polimery 2015, 61, 248. https://doi.org/10.14314/polimery.2016.248
• [20] Mazzanti V., Mollica F.: Polymer Testing 2015, 47, 30. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymertesting.2015.08.003
• [21] Sykutera D., Czyżewski P., Kościuszko A. et al.: Journal of Polymer Engineering 2018, 38, 63. http://dx.doi.org/10.1515/polyeng-2016-0321
• [22] Sykutera D., Wajer Ł., Kościuszko A. et al.: Macromolecular Symposia 2018, 378, 1700056. http://dx.doi.org/10.1002/masy.201700056
• [23] Kelly A.L., Gough T., Whiteside R., Coates P.D.: Journal of Applied Polymer Science 2009, 114, 864. https://doi.org /10.1002/app.30552
• [24] Fernandez A., Muniesa M., Javierre C.: Polymer Testing 2014, 33, 107. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2013.11.008
• [25] Lewandowski K., Piszczek K., Zajchowski S., Mirowski, J.: Polymer Testing 2016, 51, 58. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2016.02.004
• [26] Lewandowski K., Piszczek K., Skórczewska K. et al.: Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2022, 154, 106804. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2022.106804
• [27] Friesenbichler W., Duretek I., Rajganesh J., Kumar S.R.: Polimery 2011, 56(1), 58. https://doi.org/10.14314/polimery.2011.58
• [28] Kloziński A.: Polymer Testing 2019, 73, 186. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2018.11.020
• [29] Dealy J.M., Saucier P. C.: “Rheology in Plastics Quality Control”, Hanser Publishers, Munch 2000.
• [30] Saechtling H.: „Tworzywa sztuczne. Poradnik”, WNT, Warszawa 2000.
• [31] Stasiek A., Raszkowska-Kaczor A., Formela K.: Przemysł Chemiczny 2014, 93, 888. https://doi.org/10.12916/przemchem.2014.888
• [32] Kloziński A.: Polimery 2016, 61(11-12), 788. https://doi.org /10.14314/polimery.2016.788
• [33] Nwabunma D., Kyu T.: “Polyolefin Composites”, Wiley – Interscience, Canada 2008.
• [34] Upadhyay R. D., Kale D.D.: Journal of Polymer Research 2001, 8, 175. https://doi.org/10.1007/s10965-006-0148-2
• [35] Rahmani M., Ghasemi F.A., Payganeh G.: Mechanics and Industry 2014, 15, 63. https://doi.org/10.1051/meca/2014009
• [36] Supaphol P., Harnsiri W., Junkasem J.: Journal of Applied Polymer Science 2004, 92, 201. https://doi.org/10.1002/app.13432
• [37] Kloziński A.: Przemysł Chemiczny 2019, 98, 442. https://doi.org/10.15199/62.2019.3.16
• [38] Żenkiewicz M., Richert J., Rytlewski P. et al.: Polimery 2010, 55, 119. https://doi.org/10.14314/polimery.2010.119
• [39] Kloziński A., Szczepańska M., Jakubowska P. et al.: Polimery 2022, 67, 509. https://doi.org/10.14314/polimery.2022.10.1
• [40] Barczewski M., Lewandowski K., Schmidt M., Szostak M.: Polymer Engineering and Science 2017, 57, 998. https://doi.org/10.1002/pen.24477
• [41] Steller R.T.: Journal of Applied Polymer Science 2005, 97, 1401. https://doi.org/10.1002/app.21156
• [42] Jakubowska P., Kloziński A.: Przemysł. Chemiczny 2013, 92, 575.
• [43] Teixeira S. C. S., Moreira M. M. et al.: Journal of Applied Polymer Science 2006, 101, 2559. https://doi.org/10.1002/app.23920
• [44] Sikora J.W., Samujło B.: Polymer Engineering and Science 2014, 54, 2037. https://doi.org/10.1002/pen.23756
• [45] Samujło B., Sikora J.W.: Journal of Polymer Engineering 2013, 33, 77. https://doi.org/10.1515/polyeng-2012-0100
• [46] Nakason C., Kaesaman A., Samoh Z. et al.: Polymer Testing 2002, 21, 449. https://doi.org/10.1016/S0142-9418(01)00109-X
• [47] Jakubowska P., Sterzyński T., Samujło B.: Polimery 2010, 55, 379. https://doi.org/10.14314/polimery.2010.379
• [48] Stabik J.: „Wybrane problemy reologii uplastycznio¬nych polimerów napełnionych”, Zeszyty Naukowe – Politechnika Śląska nr 1616, Gliwice 2004.
• [49] Stabik J.: Polimery 2004, 49, 712. https://doi.org/10.14314/polimery.2004.712
• [50] Barczewski M., Lewandowski K., Rybarczyk D., Kloziński A.: Polymer Testing 2020, 91, 106768. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2020.106768
• [51] Shenoy AV, editor.: “Rheology of Filled Polymer Systems”, Springer Netherlands, Dordrecht 1999.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).