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Título: Shear-induced crystallization of nucleated polymers
Autores: Tiang, Jen
Fecha: 2010
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Engineering - Chemical
Descripción: Crystallization that occurs during or after a strong shear is important in polymer processing due to its strong effect on product properties and production rate. This study addresses several major gaps in our knowledge of this phenomenon by investigating shear-induced crystallization of nucleated isotactic polypropylenes by simultaneous measurement of light intensity and rheology using a sliding plate rheometer at high, uniform shear rates. An optical fiber probe was devised for the light intensity measurement. For the conditions studied, both measurements were found equally able to detect nascent crystalline structures, but light intensity is more suitable for monitoring changes during the early stages, whereas rheology is more useful for tracking the late kinetics. The relative influence of a melt-insensitive nucleating agent, molecular weight, shear rate, and strain were studied under isothermal, low-supercooling conditions following brief shearing. In contrast to that in quiescent crystallization, the nucleation pathway of nucleated polymers after strong shear was found to be governed not by the nucleating agent but by the molecular weight. The primary effect of shear was confirmed to be in inducing nucleation and is much weaker in changing growth kinetics. Shear and nucleating agent both shorten the induction time, but the effects were found not to be additive. With increasing shear rate or strain, crystallization was found to first accelerate as a result of the increase in the number of point-like nuclei, then saturate due to either slip or consumption of high-molecular weight components for the creation of nuclei, and finally accelerate again at the onset of the transition from spherulitic to highly oriented morphology. Both a critical shear rate and a critical strain are necessary to initiate this morphological transition. The product of shear rate and strain was found useful for describing the acceleration in crystallization associated with the increase
La cristallisation sous ou après un cisaillement fort est importante dans les procédés de mise en forme des polymères dus à ses effets significatifs sur les propriétés du produit et sur le taux de production. Cette étude traite de plusieurs importantes lacunes dans notre connaissance de ce phénomène en étudiant la cristallisation induite par cisaillement des polypropylènes isotactiques contenant un agent nucléant par une mesure simultanée de l'intensité lumineuse et de la rhéologie en utilisant un rhéomètre à plaques parallèles à des taux de cisaillement élevés et homogènes. Une sonde à fibres optiques a été conçue pour mesurer l'intensité lumineuse. Pour les conditions étudiées, ces deux mesures se sont avérées être aussi bien en mesure de détecter des structures cristallines naissantes, mais l'intensité lumineuse est mieux adaptée pour surveiller les changements au cours des premiers stades de la cristallisation, considérant que la rhéologie est plus utile pour en suivre les derniers stades. L'influence relative d'un agent nucléant ne réagissant pas à la fusion, le poids moléculaire, le taux et la déformation du cisaillement ont été étudiés en conditions isothermes avec faible surfusion après un cisaillement bref. Si on la compare à une cristallisation en condition statique, la voie de la germination des polymères nucléés suite à un fort cisaillement est apparue être régie non pas par l'agent nucléant, mais par le poids moléculaire. Le principal effet du cisaillement a été confirmé être présent durant la germination induite et est beaucoup plus faible en changeant la cinétique de croissance. Le cisaillement et l'agent nucléant ont à la fois réduit le temps d'induction, mais les effets se sont révélés ne pas être cumulatifs. Avec l'augmentation du taux de cisaillement ou de la déformation, la cristallisation s'est avérée tout d'abord accélérée comme une conséquence de l'augmentation du
Idioma: en