Eindwerkvoorstellen « Laboratorium Toegepaste Reologie en Kunsstofverwerking »: P. Moldenaers, J. Vermant, P. Van Puyvelde en C. Clasen Wat is reologie?

Presentatie over: "Eindwerkvoorstellen « Laboratorium Toegepaste Reologie en Kunsstofverwerking »: P. Moldenaers, J. Vermant, P. Van Puyvelde en C. Clasen Wat is reologie?"— Transcript van de presentatie:

1 Eindwerkvoorstellen « Laboratorium Toegepaste Reologie en Kunsstofverwerking »: P. Moldenaers, J. Vermant, P. Van Puyvelde en C. Clasen Wat is reologie? « Studie van de stroming en vervorming van de materie »  stromen (E. Bingham, Lafayette College) “Even the mountains flowed before the Lord “,from the song of Deborah, Judges, 5:5 Soudan iron formation, Minnesota

2 Thematiek 1: Morfologie van polymere blends. HDPE/nylon, Subramanian et al. Promotor: P. Moldenaers Motivatie: De morfologie van een 2-fasige blend bepaalt in belangrijke mate zijn eigenschappen. Deze morfologie wordt gegenereerd tijdens de verwerking (stroming). We willen dan ook het verband tussen stroming en de stromingsgeïnduceerde morfologie begrijpen.

3 Thematiek 1: Morfologie polymere blends. Promotor: P. Moldenaers Coalescentie: Opbreken : Vervorming: Stromingen: + Processen: afschuifstroming rekcomplex

4 Thematiek 1: Morfologie van polymere blends. Promotor: P. Moldenaers Methoden: microscopie Reologie en lichtverstrooiing strain 0100200300400 0 800 1000 N 1 shear stress vervorm en opbreken Shear stress (Pa) N1N1

5 materiaaleigenschappenstromingsvoorwaarden reologie (stromingsgedrag) microstructuur eindeigenschappen 2-FASIGE POLYMERE BLENDS Ø Newtonse componenten Ø zuivere componenten Ø verdunde systemen afschuifstroming Thematiek 1: Morfologie van 2-fasige polymere blends Promotor: P. Moldenaers Motivatie en state of the art: wat begrijpen we?

6 2-FASIGE POLYMERE BLENDS Thematiek 1: Morfologie van 2-fasige polymere blends Promotor: P. Moldenaers Motivatie en state of the art: wat begrijpen we nog NIET volledig? materiaaleigenschappenstromingsvoorwaarden reologie (stromingsgedrag) microstructuur eindeigenschappen Ø Visco-elastische componenten Ø effect compatibilizers Ø geconcentreerde blends Ø..... - Complexe stroming (rek+ afschuif) -Stoming in confinements -....

7 Voorstel 1: Vervormingsgedrag van Newtonse druppels tijdens tijdsafhankelijke stromingen: effect van confinement en compatibilisatie. Promotor: P. Moldenaers, begeleider A. Vananroye (1student) Uitgangssituatie: Vervormingsgedrag van Newtonse druppels in plotse “shear flow reversal” of “shear step” goed gekend. Vraagstelling: wat is het effect van compatibilisatie enerzijds en van confinement anderszijds op het tijdsafhankelijk vervormingsgedrag van één enkele druppel? Druppel begrensd tussen platen: effect 2R/d d 2R Gecompatibiliseerde druppel tijd

8 .. Aanpak: 1.Referentiekader: Newtonse systeem -Kwantificeren van de vervorming in counter-rotating cel met behulp van microscopie  Opstellen van shear protocol - Maffettone-Minale model Voorstel 1: Vervormingsgedrag van Newtonse druppels tijdens tijdsafhankelijke stromingen: effect van confinement en compatibilisatie

9 .. Aanpak: 2.Effect van confinement / compatibilisatie - Kwantificeren van de vervorming in counter-rotating cel mbv microscopie  graad van confinement (2R/d)  graad van compatibilisatie (wt% compatibilizer) - Vergelijken met resultaten van Minale model of Maffettone-Minale model - begrijpen van de fenomenen/verschillen Voorstel 1: Vervormingsgedrag van Newtonse druppels tijdens tijdsafhankelijke stromingen: effect van confinement en compatibilisatie

10 Voorstel 2: Mengen in complexe stromingen: druppel- en deeltjesgedrag in gecombineerde rek- en afschuifstroming.. Promotor: P. Moldenaers (+PVP en JV), begeleiders A. Vananroye, R. Cardinaels (2 studenten) Polymeerverwerking: combinatie van rek- en schuifstroming Cfr extrusie

11 . Uitgangssituatie: Reële industriële processen bevatten zowel rek-als afschuifcomponenten. Om dit te onderzoeken werd in het labo een eccentrische stromingscel ontwikkeld, voor de systematisch microscopische studie van druppels in complexe stromingen. Het Newtonse druppelgedrag in complexe stromingen is momenteel goed gekarakteriseerd. Voorstel 2: Mengen in complexe stromingen: druppel- en deeltjesgedrag in gecombineerde rek- en afschuifstroming

12 .. Vraagstelling: Reeële industriële systemen hebben echter elasticiteit, zijn geconcentreerd (blends) of bevatten deeltjes. Hoe reageren zulke systemen in complexe stroming? Aanpak: 1.Bereiden van gecontroleerde systemen 2.Simuleren van het stromingsveld met de code Polyflow 3.Microscopische analyse van de druppel- en deeltjesdynamica in aanwezigheid van elasticiteit in eccentric flow cel 4.Analyseren van de morfologie in blends in eccentric flow cel 5.Opstellen van een predictief model Voorstel 2: Mengen in complexe stromingen: druppel- en deeltjesgedrag in gecombineerde rek- en afschuifstroming

13 Voorstel 3: Studie van de morfologie van polymere blends gevuld met klei Motivatie: Promotor: P. Moldenaers, Begeleider: R. Cardinaels (1 student) - Klei nanocomposieten hebben verhoogde brandbestendigheid, gaspermeabiliteit, mechanische eigenschappen,... - Klei vormt een netwerkstructuur TEM-beeld van klei in polymere smelt

14 Voorstel 3: Studie van de morfologie van polymere blends gevuld met klei Materialen: - Variatie van de locatie van de klei via verschillende mengprocedures - Aanmaak van Janus klei deeltjes - Kan klei de morfologie stabiliseren tegen coalescentie? - Hoe wordt druppelopbraak beïnvloed door de aanwezigheid van klei plaatjes? Vraagstelling: Wat is de invloed van klei plaatjes en klei netwerken op de morfologie-ontwikkeling in polymere blends?

15 Voorstel 3: Studie van de morfologie van polymere blends gevuld met klei Morfologiestudie via: - reologie - stromingscel in combinatie met microscopie Positie van de schouder Coalescentie Opbreken

16 Voorstel 4: Influence of MWCNT on the dynamics of drop break-up and coalescence in PMSAN/PMMA blends Promotor: P. Moldenaers, begeleider: S. Bose (1 student) Motivation: Stabilization of polymer blends by carbon nanotubes Particles at the interfaces can stabilize the morphology Phase separation can influence further dispersion of the particles Carbon nanotubes SWNT d = ~ 0.4 to <3 nm MWNT d= ~1.4 to 20 nm TEM of carbon nanotubes

17 Voorstel 4: Influence of MWCNT on the dynamics of drop break-up and coalescence in PMSAN/PMMA blends Rheological models Gives elastic contribution Shows up as a shoulder in G’ in low frequency range.

18 PCL/PLA blends with MWNT Wu et al. Biomacromolecules, 2009 PCL/PLA blends with MWNT Wu et al. Biomacromolecules, 2009 Voorstel 4: Influence of MWCNT on the dynamics of drop break-up and coalescence in PMSAN/PMMA blends Localization of CNT in Polymer blends/CNT composites In the matrix phase In the droplet phase At the interface Correlate droplet size obtained from rheology and SEM

19 Thematiek 2: Drukafhankelijkheid van de viscositeit Promotor: P. Moldenaers Motivatie: - In verwerkingsapparatuur treden zeer hoge drukkken op -Viscositeit van polymere smelten is sterk afhankelijk van de druk Extrusie en spuitgieten Cardinaels et al. Rheol. Acta 2007 Vaak verwaarloosd in Ontwerpberekeningen !!!

20 Voorstel 5: Studie van de relatie tussen vrij volume en drukafhankelijke viscositeit Promotor: P. Moldenaers, begeleider: R. Cardinaels (1 student, in samenwerking met TUE) Vraagstelling: - kunnen drukafhankelijke viscositeiten bepaald worden met behulp van PVT-data? Uitgangssituatie: - mate van drukafhankelijkheid van de viscositeit hangt af van het type polymeer - correlaties zijn beschikbaar voor het verband tussen vrij volume en viscositeit Materialen: - Systematische variatie van het vrij volume via * speciale niet-vernette PE * homogene mengsels van twee verschillende polymeren Lage druk Hoge druk Vrij volume

21 Voorstel 5: Studie van de relatie tussen vrij volume en drukafhankelijke viscositeit Aanpak: -Aanmaak van homogene mengsels van polymere smelten * Extrusie van de blends * Controle van mengbaarheid via DSC - Drukafhankelijkheid van de viscositeit  (P) - Temperatuursafhankelijkheid van de viscositeit  (T) - PVT-gedrag  Opstellen en valideren van correlaties tussen  (T) en PVT-data enerzijds en  (P) anderzijds