Molecular Structure and Constitutive Modelling of Polymer Melts PDF Download
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Author: Victor Hugo Rólon Garrido
Publisher: Univerlagtuberlin
ISBN: 3798320640
Category :
Languages : en
Pages : 161
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Author: Victor Hugo Rólon Garrido
Publisher: Univerlagtuberlin
ISBN: 3798320640
Category :
Languages : en
Pages : 161
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Author: Ronald G. Larson
Publisher: Butterworth-Heinemann
ISBN: 1483162869
Category : Science
Languages : en
Pages : 381
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Book Description
Constitutive Equations for Polymer Melts and Solutions presents a description of important constitutive equations for stress and birefringence in polymer melts, as well as in dilute and concentrated solutions of flexible and rigid polymers, and in liquid crystalline materials. The book serves as an introduction and guide to constitutive equations, and to molecular and phenomenological theories of polymer motion and flow. The chapters in the text discuss topics on the flow phenomena commonly associated with viscoelasticity; fundamental elementary models for understanding the rheology of melts, solutions of flexible polymers, and advanced constitutive equations; melts and concentrated solutions of flexible polymer; and the rheological properties of real liquid crystal polymers. Chemical engineers and physicists will find the text very useful.
Author: Purushottam D. Gujrati
Publisher: John Wiley & Sons
ISBN: 9783527630264
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 564
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Filling a gap in the literature and all set to become the standard in this field, this monograph begins with a look at computational viscoelastic fluid mechanics and studies of turbulent flows of dilute polymer solutions. It then goes on discuss simulations of nanocomposites, polymerization kinetics, computational approaches for polymers and modeling polyelectrolytes. Further sections deal with tire optimization, irreversible phenomena in polymers, the hydrodynamics of artificial and bacterial flagella as well as modeling and simulation in liquid crystals. The result is invaluable reading for polymer and theoretical chemists, chemists in industry, materials scientists and plastics technologists.
Author: John M. Dealy
Publisher: Carl Hanser Verlag GmbH Co KG
ISBN: 1569906122
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 610
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Recent advances in polymer science have made it possible to relate quantitatively molecular structure to rheological behavior. At the same time, new methods of synthesis and characterization allow the preparation and structural verification of samples having a range of branched polymeric structures. This book unites this knowledge to enable production of polymers with prescribed processability and end-product properties. Methods of polymer synthesis and characterization are described, starting from fundamentals. The foundations of linear viscoelasticity are introduced, and then the linear behavior of entangled polymers is described in detail. This is followed by a discussion of the molecular modeling of linear behavior. Tube models for both linear and branched polymers are presented. The final two chapters deal with nonlinear rheological behavior and tube models to describe nonlinearity. In this second edition, each chapter has been significantly rewritten to account for recent advances in experimental methods and theoretical modeling. It includes new and updated material on developments in polymer synthesis and characterization, computational algorithms for linear and nonlinear rheology prediction, measurement of nonlinear viscoelasticity, entanglement detection algorithms in molecular dynamics, nonlinear constitutive equations, and instabilities. Contents: - Structure of Polymers - Polymerization Reactions and Processes - Linear Viscoelasticity - Fundamentals - Linear Viscoelasticity - Behavior of Molten Polymers - Tube Models for Linear Polymers - Fundamentals - Tube Models for Linear Polymers - Advanced Topics - Determination of Molecular Weight Distribution Using Rheology - Tube Models for Branched Polymers - Nonlinear Viscoelasticity - Tube Models for Nonlinear Viscoelasticity of Linear and Branched Polymers
Author: Per-Erik Austrell
Publisher: Routledge
ISBN: 1351458272
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 646
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The unique properties of elastomeric materials offer numerous advantages in many engineering applications. Elastomeric units are used as couplings or mountings between rigid components, for example in shock absorbers, vibration insulators, flexible joints, seals and suspensions, etc. However, the complicated nature of the behaviour of such material makes it difficult to accurately predict the performance of these units using finite element modelling, for example. It is imperative that constitutive models accurately capture relevant aspects of mechanical behaviour. The latest developments concerning constitutive modelling of rubber is collected in these Proceedings. Topics included in this volume are, Hyperelastic models, Strength, fracture & fatigue, Dynamic properties & the Fletcher-Gent effect, Micro-mechanical & statistical approaches, Stress softening, iscoelasticity, Filler reinforcement, and Tyres, fibre & cord reinforced rubber.
Author: Ronald G. Larson
Publisher: Butterworth-Heinemann
ISBN: 9780409901191
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 364
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Author: Kruse, Matthias
Publisher: Universitätsverlag der TU Berlin
ISBN: 3798328919
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 193
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Poly(ethylene terephthalate) is one of the most widely used polymers in packaging industry, due to its high mechanical strength, chemical resistance, and barrier functions. However, its processing is determined by degradation and low viscosity. In particular, foaming and film blowing is restricted by the linear structure of the molecule and low melt strength. The stability of three linear commercial PET grades produced by different synthesis routes with different molar masses is analyzed in regards of processing at industrial scale. Subsequently, reactive processing with three multi-functional chain extenders (pyromellitic dianhydride, PMDA, tetraglycidyl diamino diphenyl methane, TGDDM, and triphenyl phosphite, TPP) is conducted to create large and long-chain branched (LCB) molecules. The mechanical and molecular properties in melt state are analyzed by linear and non-linear viscoelastic rheology, modeling by the molecular stress function (MSF) theory and size-exclusion chromatography (SEC) with light scattering measurements. Thermal stability measurements in the linear viscoelastic regime revealed degradation and a reduction of the storage modulus in air atmosphere, and, besides thermal degradation, an enhancement of the modulus in nitrogen atmosphere, due to polycondensation [Kruse et al., 2013]. Fitting by an exponential function leads to the reconstruction of the initial state of the sample at zero-loading time and to a time constant, which reveals clear relations between stability and molar mass for all three PET grades in both atmospheres. High molar mass PET is more stable in nitrogen and less stable in air environment, and vice versa, depending on OH end group concentration and synthesis route. The analysis by means of time-resolved mechanical spectroscopy allows the observations of moduli and complex viscosity at a fixed time, a wide range of angular frequencies, and at different atmospheres, and revealed: (i) a plasticizer effect induced by small molecules from thermal and thermo-oxidative degradation, (ii) cross-linking leading to yield stress, (iii) diffusion influencing polycondensation reaction, (iv) slipping due to deposition of side products, and (v) an enhanced shear thinning regime [Kruse and Wagner, 2016]. The extrusion of neat PET with a twin-screw extruder at industrial scale leads to strong reduction of viscosity mainly due to shearing. The impact of thermo-oxidative degradation is comparably small. The reactive processing of the three PET grades with the three chain extenders leads to the conclusion that the tri-functional TPP is not a useful chain extender due to rapid degradation and toxicity. The two tetra-functional chain extenders, PMDA and the epoxy-based TGDDM, lead to strong viscosity increase, increasing strain hardening effect, and increasing thermal stability with increasing chain extender concentration as confirmed by loss- and storage modulus, phase angle, activation energy of flow, and elongational viscosity. The MSF model predictions show good agreement with data measured, and allowed a quantitative analysis of the branching structure and of the stretch of the molecules by both non-linear MSF parameters. In comparison to the high molar mass PET with an apparent comb-like structure at high PMDA concentrations, the two initially low molar mass grades show a higher molar mass after processing with PMDA and seem to have a tree-like structure, which can be explained by the hydroxyl end group concentration of these two PET grades. The extensive use of TGDDM leads to a hyperbranched and gel-like structure. The fracture analysis from uniaxial elongation experiments reveals a limiting stress value for high PMDA concentrations and a limiting strain value for high TGDDM concentrations due to formation of a covalent network. The molecular analysis by SEC with triple detection of the high molar mass PET, which was reacted with PMDA and TGDDM, shows a strong increase of the average molar masses, polydispersity, radius of gyration, and hydrodynamic radius and confirms the molar mass increase observed by the rheological measurements. The branching was confirmed by a decreasing Mark-Houwink exponent with increasing chain extender concentration. Further, the analysis of the contraction of the molecule revealed a more star-like structure at low concentrations for both chain extenders. With increasing concentration, the structure changed to more comb-like for PMDA and random tree-like or hyperbranched for TGDDM as was also observed by non-linear viscoelastic measurements. PMDA revealed to be an excellent coupling agent which induces reproducibly either a star-like, comb-like, or tree-like structures depending on the concentration of coupling agent added and the hydroxyl concentration of the PET employed. Polyethylenterephthalat (PET) zeichnet sich durch hervorragende mechanische Eigenschaften, sowie chemische Beständigkeit und Barriereeigenschaften aus und findet insbesondere in der Verpackungsindustrie Verwendung. Die Neigung zur Degradation und die wegen der linearen Kettenmoleküle geringe Viskosität schränken jedoch die Verarbeitbarkeit von PET wie beispielsweise das Schäumen und Folienblasen erheblich ein. In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss der thermischen Stabilität während der Verarbeitung von drei linearen industriellen PET-Typen untersucht, die sich durch Molmasse und Herstellungsverfahren unterscheiden. Des Weiteren wird langkettenverzweigtes PET (LCBPET) durch reaktive Verarbeitung mit drei verschiedenen multifunktionalen Kettenverlängerern, Pyromellitsäuredianhydrid (PMDA), Tetra- glycidyl-Diamino-Diphenyl-Methan (TGDDM) und Triphenylphosphit (TPP), hergestellt und charakterisiert. Durch die experimentelle Bestimmung der linearen und nichtlinearen rheologischen Eigenschaften der Schmelze und ihre Beschreibung mit Hilfe des sogenannten "Molecular Stress Function" (MSF) Modells gelingt eine quantitative Analyse des Materialverhaltens. Die molekulare Analyse wird zusätzlich durch die Ergebnisse von Gelpermeationschromatographie (GPC bzw. SEC) in Verbindung mit Lichtstreumessung gestützt. Die Untersuchungen der thermischen Stabilität von linearem PET im linear-viskoelastischen Bereich zeigen einen abnehmenden Speichermodul und somit ein thermo-oxidatives Degradationsverhalten in Luftatmosphäre. In inerter Stickstoffatmosphäre tritt hingegen nur thermische Degradation auf, gleichzeitig führt jedoch eine Polykondensationsreaktion zu einem Anstiegen des Moduls [Kruse et al., 2013]. Mit einem exponentiellen Regressionsansatz kann der anfängliche Zustand des Moduls in beiden Atmosphären zum Zeitpunkt Null, der dem Einbringen der Probe in das Rheometer entspricht, rekonstruiert werden. Die sich aus diesem Ansatz ergebende Zeitkonstante erlaubt es, quantitative Zusammenhänge zwischen der thermischen Stabilität der drei PET-Sorten und deren Molmasse sowie dem Herstellungsverfahren der PET-Typen aufzuzeigen. So weist hochmolekulares PET eine höhere Stabilität in Stickstoff und eine geringere Stabilität in Luft auf und umgekehrt. Hauptursache für dieses Verhalten ist die unterschiedliche Konzentration an Hydroxylendgruppen, die je nach Molmasse und Herstellungsmethode der jeweiligen PET-Typen variiert. Mit Hilfe der "Time-Resolved Mechnical Sprectroscopy" konnte die sich ändernde Viskosität über ein weites Frequenzspektrum und zu einer beliebigen Messzeit in beiden Atmosphären bestimmt werden. Wesentliche Ergebnisse dieser Untersuchung sind der Nachweis des Auftretens von (i) einem Weichmachereffekt bedingt durch die thermische und thermo-oxidative Degradation und den daraus resultierenden Oligomeren, (ii) dreidimensionaler Vernetzung mit der Ausbildung einer Fließgrenze, (iii) Diffusionsprozessen, die Einfluss auf die Polykondensationsreaktion haben, (iv) Wandgleiten, bedingt durch die Ablagerung von Nebenprodukten auf den Platten des Rheometers und (v) einem verbreiterten Scherverdünnungbereich [Kruse and Wagner, 2016]. Die Extrusion von linearem PET mit einem Doppelschneckenextruder unter industriellen Bedingungen führt zu einer starken Abnahme der Viskosität, die hauptsächlich durch Scherung und weniger durch thermo-oxidativen Abbau verursacht wird. Bei der reaktiven Verarbeitung der drei PET-Typen mit den drei verschiedenen Kettenverlängerern erwies sich das dreifunktionale TPP auf Grund von Toxizität und Lagerinstabilitäten als unbrauchbar. Die Verarbeitung der beiden vierfunktionalen Kettenverlängerer, PMDA und das epoxidhaltige TGDDM, führt zu erhöhter Viskosität, erhöhter Dehnverfestigung und erhöhter thermischer Stabilität mit zunehmender Konzentration des jeweiligen Kettenverlängerers. Das beschriebene Verhalten zeigt sich sowohl am Speicher- und Verlustmodul und dem daraus abgeleiteten Verlustwinkel, als auch an der Fließaktivierungsenergie und der Dehnviskosität. Dabei lassen sich die gemessenen Dehnviskositäten sehr präzise mit dem MSF-Modell beschreiben und die beiden nichtlinearen Modelparameter, β und f_max^2 ermöglichen eine quantitative Analyse der Verzweigungsstruktur und der Molekülstreckung. So zeigt die Modifiziereng von hohen PMDA-Konzentrationen und dem hochmolekularen PET eine mehr kammartige Struktur im Vergleich zu den beiden niedermolekularen PET-Typen, die eine baumartige Molekülstruktur und eine höhere Molmasse nach der reaktiven Extrusion aufweisen. Beide Effekte können mit der höheren OH-Endgruppenkonzentration der beiden niedermolekularen PET-Typen erklärt werden. Zu hohe Zusätze von TGDDM führen zu einem hochverzweigten und gelartigen Polymer. Das Bruchverhalten bei der uniaxialen Dehnung von mit einem hohen Zusatz von PMDA hergestellten langkettenverzweigten PET wird von einer limitierenden Bruchspannung bestimmt. Demgegenüber bestimmt eine maximale Dehnung das Bruchverhalten des mit einem hohen TGDDM-Zusatz hergestellten LCB-PET, verursacht durch ein kovalent gebundenes Polymernetzwerk. Die GPC Messungen mit drei Detektoren wurden an LCB-PET durchgeführt, das auf Basis der hochmolekularen PET-Type hergestellt wurde. Die molekulare Analyse der mit PMDA und TGDDM modifizierten Proben zeigt eine deutliche Zunahme der mittleren Molmassen, Molmassenverteilungsbreite, des Gyrationsradius und des hydrodynamischen Radius und bestätigt somit die rheologischen Ergebnisse. Das Auftreten von Verzweigungen wird außerdem durch den abnehmenden Mark-Houwink-Exponenten bei zunehmender Additivkonzentration verdeutlicht. Eine genauere Betrachtung weist auf eine sternartige Molekülstruktur bei geringer Zugabe beider Kettenverlängerer hin. Bei erhöhter Zugabe hingegen tritt eine kammartige Struktur bei PMDA und eine baumartige oder hochverzweigte Struktur bei TGDDM auf, wie auch aus den nichtlinearen viskoelastischen Messungen zu schließen ist. Insbesondere PMDA erweist sich als hervorragender Kettenverlängerer, der bei reaktiver Extrusion reproduzierbar eine sternartige, kammartige oder baumartige Molekülstruktur in Abhängigkeit von der verwendeten PET-Type und der PMDA-Konzentration ermöglicht und so das Verarbeitungsspektrum von PET auf neue Anwendungsgebiete erweitert.
Author: Cameron Tropea
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 3540251413
Category : Science
Languages : en
Pages : 1570
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Book Description
Accompanying DVD-ROM contains ... "all chapters of the Springer Handbook."--Page 3 of cover.
Author: Bohdana Marvalova
Publisher: CRC Press
ISBN: 1315658151
Category : Science
Languages : en
Pages : 728
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Book Description
The unique properties of rubber make it ideal for use in a wide variety of engineering applications such as tyres, engine mounts, shock absorbers, flexible joints and seals. Developing diverse elastomeric elements for various structures involves numerical simulations of their performance, which are based on reliable constitutive models of the mater
Author: Gert Heinrich
Publisher: CRC Press
ISBN: 0203862228
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 534
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Book Description
Recent developments in order to represent the material behaviour of filler-reinforced elastomers under realistic operating conditions are collected in this volume. Special topics are finite element simulations and methods, dynamic material properties, experimental characterization, lifetime prediction, friction, multiphysics and biomechanics, reinf
