Viskoelastické modelování extruzního lití polymerních tavenin na válec: Výzkum stability toku

Abstract

Úvodní část této disertační práce je věnována popisu výroby tenkých polymerních filmů pomocí technologie lití na válec a souvisejících nestabilit toku, které mohou, pokud nastanou, redukovat procesní okno, a tak významným způsobem přispět k omezení produktivity a efektivity této technologie. V navazující části je podán přehled prací věnovaných této problematice jak z hlediska experimentálního, tak teoretického se zvláštním zřetelem na matematické modely popisující kinematiku daného procesu, které svým vznikem sahají až do 70. let minulého století. V další části práce je odvozen nový viskoelastický model pro technologii extruzního lití na válec, který je založen na 1.5D membránové aproximaci, konstituční rovnici modifikovaného Leonovova modelu, rovnici energie uvažující konstantní součinitel přestupu tepla, pokročilé kinetice krystalizace zohledňující vliv teploty, rychlosti chlazení a intenzity protažení makromolekulárních řetězců, dále na krystalinitě závislém modulu a teplotně závislém relaxačním čase. Model byl úspěšně validován pro rozvětvené nízkohustotní polyethyleny a lineární izotaktické polypropyleny za použití vhodných experimentálních dat převzatých z dostupné literatury. Následně byla provedena systematická parametrická analýza s cílem odhalit vliv materiálových a procesních parametrů vyjádřených pomocí řady, převážně bezrozměrných proměnných (jako např. poměru planární a jednoosé tahové viskozity, stupně zatvrzení při jednoosém protahování, Debořina čísla, poměru druhého a prvního rozdílu normálových napětí na konci vytlačovací hlavy, dloužícího poměru, koeficientu přestupu tepla nebo molekulárního protažení vedoucího k tokem indukované krystalizaci) na chování polymerní taveniny při procesu odlévání vytlačovaného filmu na válec se zvláštní pozorností k nežádoucímu jevu neck-in. Získané poznatky společně s nově navrženým modelem je možné využít k optimalizaci designu vytlačovacích hlav (ovlivňující tokovou historii a napětí na konci výstupní štěrbiny), molekulární architektury polymerních řetězců a zpracovatelských podmínek, a to jak za účelem minimalizace nestabilit typu neck in, tak k optimalizaci výroby plochých polymerních fólií a polopropustných membrán pomocí technologie extruzního lití na válec.