押出におけるポリマー溶融に対する超音波振動の物理的および化学的影響

押出中のポリプロピレン（PP）溶融に対する超音波の物理的および化学的効果を調査しました。DIEの入り口に超音波振動を適用することにより、PPの見かけの圧力と粘度は、適切な超音波出力で明らかに減少する可能性があります。超音波は、ポリマー溶融物に物理的および化学的効果の両方を持っています。特定のポリマーおよび超音波システムを備えた研究では、化学効果が、研究された強度のほとんどでPP溶融物の見かけの粘度減少に対する超音波の総効果の35〜40％を占めると判断しました。物理的効果は、化学効果よりも超音波適用の押出においてより重要な役割を果たします。この化学効果は、分子量の不可逆的で永続的な変化と、超音波による分子量分布です。超音波強度が増加すると、PPの分子量が減少し、その分子量分布が狭くなります。流れ方向に沿ったPP分子の方向は（溶融状態で）減少し、超音波振動を適用することによりPPサンプルの結晶性（固体状態）が減少します。超音波振動は、分子鎖の動きを増加させ、それらをより障害にします。また、チェーンセグメントの緩和時間を短縮することにより、ポリマー溶融物の緩和プロセスに影響を与え、弾性効果を弱め、押し出しのうねり比を減少させます。上記で説明したすべての要因は、ポリマー溶融物の非ニュートン流量特性を減らし、押出中のポリマー溶融物の粘度低下をもたらします。

The physical and chemical effects of ultrasound on polypropylene (PP) melts in extrusion were investigated. By applying ultrasound vibration to the entrance of the die, apparent pressure and viscosity of PP can be obviously decreased under the appropriate ultrasound power. Ultrasound has both physical and chemical effects on the polymer melt. In our study with specific polymer and ultrasound system, we determined that the chemical effect makes up 35-40% of the total effect of ultrasound on the apparent viscosity reduction of PP melts at most of the studied intensities. The physical effect plays a more important role in the ultrasound-applied extrusion than the chemical effect. This chemical effect is an irreversible and permanent change in molecule weight and the molecular-weight distribution due to ultrasound. As the ultrasound intensity increases, the molecular weight of PP reduces and its molecular-weight distribution becomes narrower; the orientation of PP molecules along the flow direction reduces (in melt state) and the crystallinity of PP samples (in solid state) decreases by applying the ultrasound vibration. Ultrasound vibration increases the motion of molecular chains and makes them more disorder; it also affects the relaxation process of polymer melts by shortening the relaxation time of chain segments, leading to weakening the elastic effect and decreasing the extruding swell ratios. All the factors discussed above reduce the non-Newtonian flow characteristics of the polymer melt and result in the viscosity drop of the polymer melt in extrusion.