D2 Rheometrie (Dynamisches Modul)

Thema

Die oszillatorische Rheometrie, die experimentelle Methode zur Beschreibung dieses Modells, unterzieht das Polymer einer Scherverformung mit kontrollierter Frequenz und misst in Abhängigkeit von dieser Frequenz und der Prüftemperatur zwei komplementäre Größen: den Speichermodul, der die in jedem Zyklus akkumulierte elastische Energie zurückgibt, und den Verlustmodul, der diese Energie in jedem Zyklus dissipiert. Letzterer wird mithilfe eines weiteren Modells dieses Systems und eines aus beiden Modulen berechneten Verlustfaktors quantifiziert. Aus diesen beiden Modulen ermittelt die oszillatorische Rheometrie auch die komplexe Viskosität des Polymers. Änderungen der Schwingungsfrequenz oder der Prüftemperatur bewirken eine entsprechende Änderung dieser beiden Module und somit auch der daraus abgeleiteten komplexen Viskosität.

Die Messung dieser beiden Module mit der oszillatorischen Rheometrie über viele verschiedene Frequenz-Temperatur-Kombinationen ermöglicht es, mithilfe des gleichen Zeit-Temperatur-Superpositionsprinzips und der gleichen WLF-Gleichung, die auch in einem anderen Modell dieser Reihe verwendet wird, eine Masterkurve für dieses Polymer zu erstellen. Diese Masterkurve fasst in einem einzigen äquivalenten Frequenzdurchlauf relativ zu einer Referenztemperatur die Informationen zusammen, die andernfalls über die verschiedenen Frequenz- und Temperaturkombinationen verstreut blieben. Da die oszillatorische Rheometrie einen größeren Frequenz- und Temperaturbereich abdeckt, umfasst die daraus erstellte Masterkurve folglich auch einen größeren äquivalenten Bereich.

Dieses Modell, basierend auf der oszillatorischen Rheometrie und der zugrunde liegenden Masterkurve, verifiziert somit zwei verschiedene Modelle innerhalb desselben Datensatzes: das Carreau-Yasuda-Modell, das die Viskositätsänderung des Polymers in Abhängigkeit von der Scherrate beschreibt, und das Relaxationsspektrum, das die Verteilung der Relaxationszeiten der Molekülketten des Polymers beschreibt. Die Übereinstimmung dieser aus den mittels oszillatorischer Rheometrie gemessenen Moduln erstellten Masterkurve mit den Vorhersagen des Carreau-Yasuda-Modells und des Relaxationsspektrums bestätigt die Validität der oszillatorischen Rheometrie als experimentelle Methode, die beide Modelle stützt.

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