具背壓之黏度量測 (Viscosity Measurements with Counter Pressure)

具背壓之黏度量測: 一個對 3D 射出成型模擬重要之貢獻 

(Viscosity Measurements with Counter Pressure: An Important Contribution to the 3D Injection Molding Simulation)

對於黏度函數的壓力相依性之決定，GÖTTFERT 提供兩種程序相關的選項:
(1) 背壓腔 (counter pressure chamber)
(2) 背壓黏度計 (counter pressure viscometer)
背壓腔是 GÖTTFERT 毛細管流變儀的既定標準附加功能。此外，一項創新性的附加開發是背壓黏度計，它由兩個耦合的毛細管流變儀組成 (two coupled capillary rheometers)。

1. 具背壓腔的毛細管流變儀之構造

(Construction of the Capillary Rheometer with Counter Pressure Chamber)

毛細管流變儀的一個既有附加功能是背壓腔，它可以測量毛細管後端的壓力狀況。模組量測設備的設計類似於常規毛細管流變儀 (具有對應的壓力傳感器 P1 和毛細管)。一個背壓腔安裝於毛細管之後 (見 Fig. 1)，因此可以模擬不同的壓力程度 (different pressure levels)。毛細管下方的手動可調整節流閥 (manually adjustable outlet) 將增加毛細管出口處的壓力；但是，壓力的設定值將取決於流量 (flow)，並不受調控 (can not be regulated)。因此，需要花費大量時間進行多次的實驗量測，直到黏度函數在想要的背壓值 (desired counter pressure) 可以被決定。要測量此背壓，需要第二個壓力傳感器 P2 (見 Fig. 1)。下一步，儀器的軟體將計算背壓力係數 (back pressure coefficient)。

2. 壓力係數可用作射出成型的 3D 係數

(The Pressure Coefficient Can Be Used as a 3D Coefficient for Simulation of Injection Molding)

這樣的背壓腔使得我們可以測量高分子在其加工條件範圍內之流動特性；但是，在想要的背壓值黏度量測需要非常多的實驗工作。一種創新、更有效率的高分子黏度函數之壓力相依性決定方法是使用背壓黏度計。

3. 背壓黏度計之構造

(Construction of Counter Pressure Viscometer)

如 Fig. 2 所示，背壓式黏度計由兩個耦合毛細管流變儀組成。這類流變儀的兩個料筒 (Barrels 1, 2) 是透過一個背壓腔 (counter pressure chamber) 相互連接，其中，料筒 1 (Barrel 1) 是黏度量測發生的位置，在其末端有一個用於測量黏度的毛細管。在料筒 2 產生的背壓由壓力傳感器 P2 控制。背壓黏度計的料筒 1 和 2 是透過背壓腔 (counter pressure chamber) 彼此連接 。

料筒 1 填充有高分子顆粒 (polymer granules)。當材料均勻熔化後，恆定背壓將透過壓力傳感器 2 和料筒 2 進行控制。因此，黏度可以根據受控的反向壓力進行量測。有了這樣的背壓黏度計 (counterpressure viscometer)，可以在不同的背壓下自動進行流動曲線之量測 (flow curve)。在測量了第一條流動曲線之後，料筒 2 中的塑料可推回到料筒 1。隨後，可以在另一個背壓下測量另一條流動曲線。

4. 背壓黏度計與背壓腔之比較

(Counter Pressure Viscometer vs. Counter Pressure Chamber)

背壓黏度計提供量測週期 (measuring cycles) 的選項，以全自動方式進行黏度函數在不同壓力程度下之量測，而過程中的背壓由料筒 2 控制。確定一條流動曲線完成後，毛細管流變儀 2 的材料將被壓回毛細管流變儀 1 的料桶。隨後，可以在不同的背壓下測量另一條曲線。Figure 3 顯示了 PE-HD 在背壓為 100、500、1000、1500 bar 時的例子，各條流動曲線因背壓不同而彼此偏移，但是，量測數據可以被平移至一條主曲線上 (master curve)。

5. 背壓黏度計，可以在不同背壓程度的量測週期全自動進行

(With the Counter Pressure Viscometer, the Measuring Cycles at Different Counter Pressure Levels Can Be Carried Out Fully Automatic)

當我們欲決定高於熔點的數據時 (above the melting point)，或當剪切誘發結晶發生時 (shear-induced crystallization)，全自動量測將特別具優勢。相形之下，在背壓腔這種量測，通過毛細管的壓力損失可能會增加；另外，通過節氣閥的流動阻力可能會很大，以至於無法在恆定的設定量測條件下進行。因此，使用背壓腔進行背壓量測將非常難以執行。

6. 背壓流變量測 ，是分析 PP 和 PET 在加工條件下發生剪切誘發結晶流動行為之必備

(Counter Pressure Rheometry, the Prerequisite for Analyzing the Flow Behavior of PP and PET under Processing Conditions in the Event of Shear-Induced Crystallization)

背壓黏度計的巨大優勢在於背壓以及量測條件可以保持恆定，因此，該儀器提供了分析高分子的可能性，例如，具剪切誘發結晶的 PP 或 PET。在程序相關的領域，結晶將隨著剪切速率的增加而變得明顯。

Reference: Viscosity measurements with counter pressure: An important contribution to the 3D injection molding simulation (RHEO-INFO, GÖTTFERT).