Viscosity of particle filled polymer melts

Summary

Viscosities of particle filled polymer melts were measured at fairly low shear rate. Particles were glass beads, glass balloons, and silas balloons. Polymers were polyethylene and polystyrene. Flow curves were superimposed with respect to concentration of filler. The relative viscosity defined as the ratio of viscosity of filled polymer to that of unfilled polymer at the same shear stress is obtained as an asymptotic value even for highly filled material. The relation between relative viscosity and volume fraction of filler was represented by the equations derived byMaron andPierce orMooney. Only the distribution of particle size had influence on relative viscosity at a defined filler concentration. Yield stresses were estimated, and found to increase exponentially in the range of volume fraction from 0.1 to 0.5.

Zusammenfassung

Viskositäten von Polymerschmelzen, die mit Teilchen gefüllt worden waren, wurden bei mittleren Schergeschwindigkeiten bestimmt. Als Teilchen wurden Voll- und Hohlkugeln aus Glas, sowie sog. „silas balloons“, als Polymere Polyäthylen und Polystyrol verwendet. Die Fließkurven für verschiedene Füllstoffkonzentrationen wurden überlagert. Die relative Viskosität, definiert als das Verhältnis der Viskositäten von gefülltem und ungefülltem Polymer bei gleicher Schubspannung, besitzt einen asymptotischen Wert selbst für hoch gefülltes Material. Die Beziehung zwischen relativer Viskosität und Füllstoff-Volumenkonzentration läßt sich durch eine vonMaron undPierce oder eine vonMooney abgeleitete Gleichung beschreiben. Nur die Teilchengrößenverteilung hat bei einer definierten Füllstoffkonzentration einen Einfluß auf die relative Viskosität. Fließspannungen werden abgeschätzt und dafür in einem Konzentrationsbereich zwischen 0,1 und 0,5 ein exponentieller Anstieg gefunden.