Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1282
Main Title: Constitutive equations for linear and long-chain-branched Polymer melts
Translated Title: Zustandsgleichungen für lineare und langketten-verzweigte Polymerschmelzen
Author(s): Kheirandish, Saeid
Advisor(s): Wagner, Manfred H.
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Ziel dieser Arbeit ist es, auf der Basis vorliegender experimenteller Befunde rheologische Zustandsgleichungen für lineare und langkettenverzweigte Polymerschmelzen zu formulieren, wobei insbesondere der Einfluss der molekularen Struktur auf die Rheologie untersucht wird. Zunächst wird der Zusammenhang zwischen der Molmassenverteilung linearer Po-lymerschmelzen und ihrem linear-viskoelastischen Verhalten betrachtet, wobei vom Konzept der “Double Reptation“ ausgegangen wird. Es gelingt der Nachweis, dass die Newtonsche Grenzviskosität nur in geringem Maße von der Polydispersität abhängt, ganz im Gegensatz zur Gleichgewichtsnachgiebigkeit. Diese Zusammenhänge waren zwar seit langem gesichertes empirisches Wissen, ein Verständnis auf mo-lekularer Basis aber fehlte bisher. Von großer Bedeutung für die Formgebung von thermoplastischen Polymerwerkstof-fen, die fast ausschließlich im Schmelzezustand erfolgt, ist deren nichtlinear-viskoelastisches Verhalten, bei Verarbeitungsprozessen mit freier Schmelzeoberflä-che wie beim Folienblasen, Hohlkörperblasen oder Schäumen insbesondere das Verhalten bei Dehndeformationen. Ausgehend von phänomenologischen Zustands-gleichungen vom BKZ-Typ wird zunächst die Entwicklung mikrostruktur-basierter rheologischer Zustandsgleichungen nachskizziert. Durch Berücksichtigung eines „In-terpressure“-Terms in die “Molecular Stress Function“ (MSF) Theorie gelingt dann eine überraschend einfache und dennoch quantitativ richtige Beschreibung der zeit-abhängigen und stationären Dehnviskositäten von vier monodispersen Polysty-rolschmelzen mit unterschiedlichen Molmassen. Die MSF-Theorie wird anschließend durch Einführung eines Deformationsenergie-Modells auf polydisperse lineare Po-lystyrolschmelzen ausgeweitet. Der bei langkettenverzweigten Polymerschmelzen beobachtete Dehnverfestigungs-anstieg, der steiler als bei polydispersen linearen Schmelzen ist, lässt sich auf Basis des MSF-Modells quantitativ auf den relativen Anteil der Seitenketten an der Mol-masse zurückführen. Die Analyse der Dehnrheologie von Mischungen linearer und verzweigter Polyethylenschmelzen führt zu dem überraschenden Ergebnis, dass die Nichtlinearität dieser Mischungen vollständig von der langkettenverzweigten Kompo-nente dominiert wird. Außerdem zeigen sich sowohl im linearen wie im nichtlinearen Beanspruchungsbereich Hinweise einer Phasenseparation. Gedruckte Version im Universitätsverlag der TU Berlin erschienen.
The goal of the present work is to formulate constitutive equations based on experimental observations on melt behavior of linear and long-chain-branched polymers with special emphasis on the relation between molecular structure and rheology. First the relationship between molecular weight distribution of linear polymer melts and their linear viscoelasticity based on the double-reptation theory is discussed. It can be shown that the Newtonian viscosity exhibits little dependence on polydispersity, as opposed to he case of steady-state creep compliance which varies depending on polydispersity. The mentioned observations were only based on experimental observations, but lacked any structure-based proof. The nonlinear viscoelastic behavior of thermoplastic polymers is of critical importance in processing applications where the melt has a free surface and elongational stresses are dominant, such as film blowing and blow molding of hollow articles and foaming. The structure-based rheological constitutive equations start from phenomenological BKZ-type theories. Assuming an inter-chain pressure term in the Molecular Stress Function (MSF) theory a relatively simple, yet quantitatively precise description of elongational data of four monodisperse polystyrene melts of different molecular weights is possible. Subsequently, the MSF theory is generalized to describe polydisperse linear melts using a deformation energy model. The strain hardening behavior of long-chain-branched polymer melts shows a steeper rise as compared to linear melts and is defined by considering the relative number of side chains on the backbone. Analysis of elongational results on blends of linear and branched polymers reveals the surprising fact that the nonlinearity is fully dependent on the long-chain-branched component. There is also evidence of phase separation both in linear and in nonlinear deformation ranges. Printed version avaible from Universitätsverlag der TU Berlin.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-11501
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1579
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1282
Exam Date: 25-Nov-2005
Issue Date: 20-Jan-2006
Date Available: 20-Jan-2006
DDC Class: 730 Plastische Künste; Bildhauerkunst
Subject(s): Rheologie
Viskoelastizität
Kunststofftechnik
Polymertechnik
Zustandsgleichungen
Rheology
Viscoelasticity
Polymer Engineering
Constitutive Equations
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Series: Schriftenreihe Kunststoff-Forschung
Series Number: 66
ISBN: 3-7983-1997-9
ISSN: 0147-4003
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 3 Prozesswissenschaften » Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dokument_39.pdf7.04 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.