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- Evoluzione della viscoelasticità di un copolimero con la temperatura e il grado di cristallinità: Time-Temperature-Crystallinity Superposition
Sommario Nella lavorazione dei polimeri come filatura di fibre, stampaggio a iniezione, colata di film e così via, la fase di formatura del fuso è seguita dalla sua solidificazione per raffreddamento. Ciò implica la cristallizzazione del polimero durante la lavorazione. Tipicamente, si formano cristalliti ed è possibile rilevare una struttura ordinata, se la velocità di raffreddamento non è troppo elevata. Di conseguenza, durante la lavorazione la risposta reologica del materiale cambia significativamente da un comportamento simile a un liquido ad uno simile a un solido. La conoscenza della risposta meccanica del materiale durante la cristallizzazione è quindi di fondamentale importanza per il controllo e la modellazione del processo. In questo lavoro il processo di cristallizzazione di un copolimero random, ethylene-vinyl acetate (EVA), viene studiato reologicamente in condizioni non isoterme e gli spettri di frequenza vengono misurati a diverse temperature per studiare la viscoelasticità dell’EVA durante il cambio di fase. Accoppiando la cinetica di cristallizzazione e gli spettri viscoelastici a diverse temperature, cioè a diverso grado di cristallinità, si determinano due fattori di shift indipendenti, uno per lo shift tempo-cristallinità, l’altro per lo shift tempo-temperatura, così da proporre un nuovo principio di sovrapposizione tempo-temperatura-cristallinità così da riscalare tutti dati su un’unica master curve. In questo modo la gamma di frequenze osservabili sperimentalmente è stata notevolmente ampliata così da rilevare tutti i tempi di rilassamento del materiale dai più brevi ai più grandi.
Parole chiave Cristallizzazione, Sovrapposizione tempo-temperatura, Viscoelasticità, Semplicità reologica
Abstract In polymer processing as fibre spinning, injection moulding, film casting and so on, the forming phase of the melt is followed by its solidification due to cooling. This implies the crystallization of the polymer during the processing. Typically, crystallites are formed, and an ordered structure can be detected, if the cooling rate is not too high. Consequently, during processing the rheological response of the material significantly changes from a liquid-like to a solid-like behaviour. The knowledge of the mechanical response of the material during crystallization is therefore of seminal importance for process control and modelling. We here focus on crystallization process of a random copolymer, the Ethylene vinyl acetate (EVA), which is rheologically studied in non-isothermal conditions, the frequency spectra are measured at different temperatures to investigate the viscoelasticity of EVA during the change of phase. Coupling the crystallization kinetics and the viscoelastic spectra at different temperatures, i.e., at different degrees of crystallinity, we determine two independent shift factors, one for the time-crystallinity shift, the other for the time-temperature shift, so to propose a new time-temperature-crystallinity superposition to reconcile all the data on a single master curve. In this way, the experimentally observable frequency range has been widened significantly so to detect all the relaxation times of the material from the shortest to the largest ones.
Keywords Crystallization, Time-temperature-Superposition, Viscoelasticity, Rheology simplicity
