ΡΕΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΡΕΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΥΛΙΚΩΝ"

Ἡρὼ Σερπετζόγλου
5 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΡΕΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΥΛΙΚΩΝ MM820 (EN2500) (EK1) Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Προπτυχιακό Μάθημα Διδάσκων: Δρ. Νικόλας Δ. Πολυχρονόπουλος

2 POLYMER RHEOLOGY AND PROCESSING MM820 (EN2500) (EK1) Department of Mechanical Engineering University of Thessaly Undergraduate course Instructor: Dr. Nickolas D. Polychronopoulos

3 ΡΕΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών MM820 (EN2500) (EK1), Εξάμηνο: 8 ο (Εαρινό) Σχεδιάγραμμα Μαθήματος Διδάσκων: Δρ. Νικόλας Πολυχρονόπουλος npolychron@mie.uth.gr Αντικείμενο μαθήματος: Τα πολυμερή είναι υλικά πολλαπλών χρήσεων τα οποία παρουσιάζουν σημαντικές διακυμάνσεις στη ρεολογική τους συμπεριφορά καθώς και στις ιδιότητες κατά την κατεργασία τους. Ο σκοπός του παρόντος μαθημάτος είναι να εισάγει τους φοιτητές (α) στις έννοιες ρεολογίας των πολυμερών και στον μηχανολογικό εξοπλισμό που χρησιμοποιείται στη σχετική βιομηχανία και (β) να εξηγήσει την αλληλοσύνδεση μεταξύ μοριακής δομής πολυμερών, διαδικασίας κατεργασίας και ιδοτήτων του τελικού μορφοποιημένου προϊόντος. Σχεδιάγραμμα μαθήματος: Το μάθημα αποτελείται από μια τρίωρη παράδοση ανά εβδομάδα και καλύπτει τις ακόλουθες θεματικές ενότητες (παρουσιάζεται επίσης και ο εκτιμώμενος χρόνος των παραδόσεων ανά θεματική ενότητα): Ημερομηνία Θεματική Ενότητα Εισαγωγή στο μάθημα. Εισαγωγή στα πολυμερή. Μοριακή δομή πολυμερών. Άμορφα και κρυσταλλικά πολυμερή. Τήξη, κρυστάλλωση και θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης. Κατανομή μοριακού βάρους. Μηχανικές ιδιότητες πολυμερών. Ιξώδες πολυμερικών τηγμάτων. Επίδραση ρυθμού διάτμησης, θερμοκρασίας και πίεσης. Μηχανική μη-νευτωνικών ρευστών μονοδιάστατων ροών. Εκτατικό ιξώδες. Ιξωδοελαστικότητα. Χαλάρωση τάσεων. Διαφορές ορθών τάσεων. Περιστροφικά και τριχοειδούς σωλήνα ιξωδόμετρα Χρόνος παράδοσης 3 ώρες 1 ώρα 6 ώρες 2 ώρες 1 ώρα Page 1

4 Εκβολή Επισκόπηση της μεθόδου. Μεταφορά υλικού στον εκβολέα. Μεταφορά στερεού πολυμερούς, τήξη και άντληση τήγματος. Σχεδιασμός εκβολέα. Λεία και αυλακωτά βαρέλια εκβολής. Μονοκόχλιοι εκβολείς φράγματος. Κοχλίες με στοιχεία ανάμιξης. Κεφαλές για εκβολή επίπεδων και κυλινδρικών υμενίων, φιλμ, σωλήνων και προφίλ. Επίστρωση καλωδίων. Κυλίνδρωση. Νευτωνικά και εκθετικά μοντέλα πολυμερικού τήγματος. Χύτευση με έγχυση Επισκόπηση της μεθόδου. Πλήρωση, συμπίεση, ψύξη, εξισορρόπηση δρομέων, ροή διαπίδησης. Μοντέλο Hele-Shaw για το στάδιο της πλήρωσης. Σύνθετα πολυμερικά υλικά. Προσανατολισμός ινών. Διαπερατότητα. Άλλες μέθοδοι κατεργασίας: Θερμοδιαμόρφωση. Xύτευση με εμφύσηση. Χύτευση με περιστροφή. Ανάμιξη και σύνθετη ανάμιξη. Ο ρόλος τάσεων και εκτατικών ροών. 3D Εκτύπωση Επισκόπηση. Fused Deposition Modeling (FDM), Selective Laser Sintering (SLS) To μέλλον κατεργασίας πολυμερών. Θέματα ανακυκλωμένων πολυμερών. Βιοσιασπώμενα πολυμερή. Σύνθετα (γραφένιο) 3 ώρες 4 ώρες 1 ώρα 3 ώρες 3 ώρες 2 ώρες 1 ώρα 3 ώρες 3 ώρες Βαθμολόγηση: Ο κάτωθι πίνακας παρουσιάζει τα ΠΟΣΟΣΤΑ βάσει των οποίων υπολογίζεται ο ΤΕΛΙΚΟΣ ΒΑΘΜΟΣ Εβδομαδιαία εργασία 50% Τελική εξέταση 50% Παράδειγμα: Έστω φοιτητής βαθμολογείται με 7/10 στις εβδομαδιαίες εργασίες, και 6/10 στη τελική εξέταση. ΤΕΛΙΚΟΣ ΒΑΘΜΟΣ=(7 0.5)+(6 0.5)= 6.5/10 Η κάθε εβδομαδιαία εργασία θα παραδίδεται την τελευταία μέρα (Παρασκευή) της επόμενης εβδομάδας. Όταν μια εβδομαδιαία εργασία δεν παραδίδεται εγκαίρως, αυτομάτως αυτή η εργασία παίρνει βαθμό 0/10. Page 2

5 Υλικό διδασκαλίας: Οι φοιτητές θα παραλάβουν σαν οδηγό το παρακάτω σύγγραμα το οποίο θα αναρτηθεί σε ηλεκτρονική μορφή στην ιστοσελίδα του μαθήματος N. D. Polychronopoulos, Introduction to Polymer Rheology and Processing (2017) Ενδεικτική Βιβλιογραφία: S. Middleman, Fundamentals of Polymer Processing, McGraw Hill (1977) R.B. Bird, R.C. Armstrong, O. Hassager, Dynamics of Polymeric Liquids vol. 1, Wiley (1987) A.I. Isayev (Ed.), Injection and Compression Molding Fundamentals, Marcel Dekker, New (York 1987) D.V. Rosato, D.V. Rosato, Blow Molding Handbook, Hanser, Munich (1988) D.H. Morton-Jones, Polymer Processing, Chapman and Hall, London (1989) R.J. Crawford, Rotational Molding of Plastics, Wiley, New York (1992) C.W. Macosko, Rheology: Principles, Measurements and Applications, VCH Publishers (1994) A.V. Chenoy, D.R. Saini, Thermoplastic Melt Rheology and Processing, Marcel Dekker, New York (1996) J.M. Dealy, K.F. Wissbrun, Melt Rheology and its Role in Plastics Processing, Chapman and Hall, London (1996) F.N. Cogswell, Polymer Melt Rheology, Woodhead Publishing, Cambridge (1996) H. A. Simon, The Sciences of the Artificial, MIT Press, Massachusetts (1996) T.D. Papathanasiou and D.C. Guell, Flow Induced Alignment in Composite Materials, Woodhead Publishers (1997) R.I. Tanner, Engineering Rheology, Oxford Engineering Science, Oxford (2000) C.I. Chung, Extrusion of Polymers, Hanser, Munich (2000) F. A. Morrison, Understanding Rheology, Oxford University Press, Oxford (2001) J.A. Dantzig, C.L. Tucker, Modeling in Materials Processing, Cambridge University Press, (2001) C. Rauwendaal, Polymer Extrusion, Hanser Publishers 4th Ed. (2001) Z. Tadmor, C.G. Gogos, Principles of Polymer Processing, John Wiley and Sons (2006) T. Osswald, J-P Hernandez-Ortiz, Polymer Processing, Hanser Publishers (2006) J.M. Dealy, R.G. Larson, Structure and Rheology of Molten Polymers, Hanser (2006) C.D. Han, Rheology and Processing of Polymeric Materials vols. 1-2, Oxford University Press, Oxford (2007) M.M. Denn, Polymer Melt Processing, Cambridge University Press, Cambridge (2008) S.N. Bhattacharya, R.K. Gupta, M.R. Kamal, Polymeric Nanocomposites, Hanser, Munich (2008) J.W. Goodwin, R.W. Hughes, Rheology for Chemists An Introduction, RSC Publishing, Cambridge (2008) M. Kontopoulou (Ed.), Applied Polymer Rheology: Polymeric Fluids with Industrial Applications, John Wiley and Sons, New Jersey (2012) G.A. Campbell, M.A. Spalding: Analyzing and Troubleshooting Single-Screw Extruders, Hanser (2013) J. Vlachopoulos, Fundamentals of Fluid Mechanics, Polydynamics Inc, Dundas, ON, Canada (2016) Page 3

6 POLYMER RHEOLOGY AND PROCESSING Department of Mechanical Engineering MM820 (EN2500) (EK1), Semester: 8 th (Spring) Instructor: Dr. Nickolas D. Polychronopoulos COURSE OUTLINE npolychron@mie.uth.gr Course Objectives: Polymers are very versatile materials and they come with enormous variations in rheological and processing properties. The purpose of the present course it to introduce the students to the concepts of polymer rheology and the relevant processing machinery used in the industry. Efforts will be made to provide an understanding of the interrelation between (a) polymer molecular structure, (b) processing and (c) final product properties. Course Outline: The course consists of a 3-hour lecture per week and it will cover the following topics (estimated lecturing time per topic is also shown): Date Topic Lecturing time Introduction to the Course. Introduction to Polymers. Polymer Structure. Amorphous and Crystalline Polymers. Melting, 3 hours Crystallization and Glass Transition Temperature Molecular Weight Distribution (MWD). Mechanical Properties of 1 hour Polymers Viscosity of Polymer Melts, Effects of Shear Rate, Temperature and 6 hours Pressure. Non-Newtonian Fluid Mechanics of Unidirectional Flows Extensional Viscosity. Viscoelasticity, Stress Relaxation, Normal Stress 2 hours Differences Capillary and Rotational Viscometers 1 hour Extrusion Overview of the Process. Material Movement in the 3 hours Extruder. Solids Conveying, Melting and Melt Pumping Extruder Design. Smooth and Grooved Barrels. Barrier Screws. Screws with Mixing Elements. Dies for Flat Film, Blown Film, Pipes and 4 hours Profiles, Wire Coating Calendering. Newtonian and Power-law models 1 hour Injection Molding Overview of the Process. Filling, Packing, Cooling, Runner Balancing, Fountain Flow, Development of the Hele-Shaw 3 hours model for the filling stage Polymer Composites. Fiber Orientation. Permeability 3 hours Other Processing Methods Thermoforming, Blow Molding, 2 hours Rotational Molding Mixing and Compounding. The Role of Stress and Elongational Flows. 1 hour Additive Manufacturing Overview. Fused Deposition Modeling 3 hours (FDM), Selective Laser Sintering (SLS) Future Trends in Polymer Processing. Issues with Recycled Polymers. Biodegradable Polymers. Composites (Graphene). 3 hours Page 1

7 Grading: The following table shows the contribution of components to the final grade, Weekly assignments 50% Final Test 50% Textbook: The following textbook (class reference book) will be distributed to the students N. D. Polychronopoulos, Introduction to Polymer Rheology and Processing (2017) (a large part of the book was taught by Professor Emeritus John Vlachopoulos in the Department of Chemical Engineering, McMaster University, Hamilton, Ontario, Canada. The version here is edited by Nickolas Polychronopoulos and John Vlachopoulos) Course References: S. Middleman, Fundamentals of Polymer Processing, McGraw Hill (1977) R.B. Bird, R.C. Armstrong, O. Hassager, Dynamics of Polymeric Liquids vol. 1, Wiley (1987) A.I. Isayev (Ed.), Injection and Compression Molding Fundamentals, Marcel Dekker, New (York 1987) D.V. Rosato, D.V. Rosato, Blow Molding Handbook, Hanser, Munich (1988) D.H. Morton-Jones, Polymer Processing, Chapman and Hall, London (1989) R.J. Crawford, Rotational Molding of Plastics, Wiley, New York (1992) C.W. Macosko, Rheology: Principles, Measurements and Applications, VCH Publishers (1994) A.V. Chenoy, D.R. Saini, Thermoplastic Melt Rheology and Processing, Marcel Dekker, New York (1996) J.M. Dealy, K.F. Wissbrun, Melt Rheology and its Role in Plastics Processing, Chapman and Hall, London (1996) F.N. Cogswell, Polymer Melt Rheology, Woodhead Publishing, Cambridge (1996) H. A. Simon, The Sciences of the Artificial, MIT Press, Massachusetts (1996) T.D. Papathanasiou and D.C. Guell, Flow Induced Alignment in Composite Materials, Woodhead Publishers (1997) R.I. Tanner, Engineering Rheology, Oxford Engineering Science, Oxford (2000) C.I. Chung, Extrusion of Polymers, Hanser, Munich (2000) F. A. Morrison, Understanding Rheology, Oxford University Press, Oxford (2001) J.A. Dantzig, C.L. Tucker, Modeling in Materials Processing, Cambridge University Press, (2001) C. Rauwendaal, Polymer Extrusion, Hanser Publishers 4th Ed. (2001) Z. Tadmor, C.G. Gogos, Principles of Polymer Processing, John Wiley and Sons (2006) T. Osswald, J-P Hernandez-Ortiz, Polymer Processing, Hanser Publishers (2006) J.M. Dealy, R.G. Larson, Structure and Rheology of Molten Polymers, Hanser (2006) C.D. Han, Rheology and Processing of Polymeric Materials vols. 1-2, Oxford University Press, Oxford (2007) M.M. Denn, Polymer Melt Processing, Cambridge University Press, Cambridge (2008) S.N. Bhattacharya, R.K. Gupta, M.R. Kamal, Polymeric Nanocomposites, Hanser, Munich (2008) J.W. Goodwin, R.W. Hughes, Rheology for Chemists An Introduction, RSC Publishing, Cambridge (2008) M. Kontopoulou (Ed.), Applied Polymer Rheology: Polymeric Fluids with Industrial Applications, John Wiley and Sons, New Jersey (2012) G.A. Campbell, M.A. Spalding: Analyzing and Troubleshooting Single-Screw Extruders, Hanser (2013) J. Vlachopoulos, Fundamentals of Fluid Mechanics, Polydynamics Inc, Dundas, ON, Canada (2016) Page 2

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

Σχετικά έγγραφα

PLASTICS EXTRUSION (ΕΚΒΟΛΗ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ)

PLASTICS EXTRUSION (ΕΚΒΟΛΗ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ) 1 ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΕΚΒΟΛΗ? ΜΙΑ ΑΠΌ ΤΙΣ ΚΥΡΙΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΣΤΗΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΣΥΝΕΧΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΜΕΓΑΛΗ ΕΥΕΛΙΞΙΑ ΟΣΟΝ ΑΦΟΡΑ ΤΟ ΤΕΛΙΚΟ ΠΡΟΙΟΝ ΣΥΧΝΑ ΕIΝΑΙ ΤΟ ΠΡΩΤΟ