Tomas Bata University in Zlín

Technology of Macromolecular Substances

Modeling of polymer melt flow involving extensional rheology and flow-induced crystallization

Téma:Modelování toku polymerních tavenin zahrnující tahovou reologii a tokem indukovanou krystalizaci
Topic:Modeling of polymer melt flow involving extensional rheology and flow-induced crystallization
Školitel/Tutor:prof. Ing. Martin Zatloukal, Ph.D., DSc.
Konzultant/Consultant: 
E-mail:mzatloukal@utb.cz
Anotace:
Současné chápání vlivu tahové reologie, viskoelasticity a tokem indukované krystalizace na stabilitu toku polymerních tavenin při vytlačování a následném dloužení je značně omezené, a to pro absenci relevantního modelu, který by umožňoval odhalit komplikovaný vztah mezi tokovým chováním polymerních tavenin, jejich molekulární strukturou, designem vytlačovacích hlav, procesními podmínkami a stabilitou toku. To významně omezuje optimalizaci materiálů a procesů při výrobě polymerních membrán pro skladování energie [1-4] a mikro/nanovláken pro pokročilé filtry [5-7]. Hlavním cílem práce je vývoj a validace modelů pro realistický popis toku polymerních tavenin ve vytlačovacích hlavách a při jejich následném dloužení, které budou zahrnovat tahovou reologii a tokem indukovanou krystalizaci. Specifický důraz bude kladen na porozumnění vlivu takticity, molární hmotnosti, distribuce molárních hmotností a větvení polymerních tavenin na vznik vírů [8-9], nežádoucího krčkování [2], zamrzlých napětí a krystalinitu, a to s využitím nových typů konstitučních rovnic [10-11]. Student bude zapojen a finančně podpořen v rámci projektu GAČR 21-09174S „Viskoelastické neizotermální modelování procesu vytlačování polymerních fólií pro výrobu membrán zahrnující tokem indukovnou krystalizaci“.

Annotation:
The current understanding of the role of extensional rheology, viscoelasticity and flow-induced crystallization on the stability of polymer melt flow during extrusion and subsequent drawing is severely limited due to the absence of a relevant model to reveal the complicated relationship between polymer melt flow behavior, molecular structure, extrusion die design, process conditions and flow stability. This significantly limits the optimization of materials and processes in the production of polymeric energy storage membranes [1-4] and micro/nanofibers for advanced filters [5-7]. The main goal of this work is the development and validation of models for a realistic description of the flow of polymer melts in the extrusion dies as well as in the post die stretching area, which will include extensional rheology and flow-induced crystallization. Specific attention will be paid to understanding the influence of tacticity, molar mass, molar mass distribution and branching of polymer melts on vortex formation [8-9], neck-in phenomenon [2], frozen-in stresses and crystallinity by using new types of constitutive equations [10-11] . The student will be involved and financially supported by the project of Grant Agency of the Czech Republic 21-09174S „Viscoelastic non-isothermal modeling of film extrusion process for membranes production including flow induced crystallization “.

Požadavky na studenta:
Absolvent přírodovědného nebo technicky zaměřeného oboru se zájmem o další vzdělávání v oblasti aplikované reologie, fyziky polymerů, makromolekulární chemie, zpracovatelství polymerů, mechaniny, matematiky, výpočetní techniky a informatiky.
Requirements:
Graduate of a scientific or technically oriented field with an interest in further education in the area of applied rheology, polymer physics, macromolecular chemistry, polymer processing, mechanics, mathematics, computational techniques and informatics.
Literatura/Literature:
1)     Arora, P., Zhang, Z.: Battery separators Chemical Reviews, 104 (10), 4419-4462 (2004).

2)     Barborik, T., Zatloukal, M.: Steady-state modeling of extrusion cast film process, neck-in phenomenon, and related experimental research: A review Physics of Fluids, 32 (6), art. no. 061302 (2020).

3)     Barborik, T., Zatloukal, M.: Effect of heat transfer coefficient, draw ratio, and die exit temperature on the production of flat polypropylene membranes Physics of Fluids, 31 (5), art. no. 053101 (2019).

4)     Barborik, T., Zatloukal, M.: Effect of die exit stress state, Deborah number, uniaxial and planar extensional rheology on the neck-in phenomenon in polymeric flat film production Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 255, 39-56 (2018).

5)     Drabek, J., Zatloukal, M.: Influence of molecular weight, temperature, extensional rheology on melt blowing process stability for linear isotactic polypropylene Physics of Fluids, 32 (8), art. no. 083110 (2020).

6)     Drabek, J., Zatloukal, M.: Meltblown technology for production of polymeric microfibers/nanofibers: A review Physics of Fluids, 31 (9), art. no. 091301 (2019).

7)     Drabek, J., Zatloukal, M.: Influence of long chain branching on fiber diameter distribution for polypropylene nonwovens produced by melt blown process Journal of Rheology, 63 (4), pp. 519-532 (2019).

8)     Musil, J., Zatloukal, M.: Historical Review of Secondary Entry Flows in Polymer Melt Extrusion. Polymer Reviews, 59 (2), 338-390 (2019).

9)     Tseng, H.-C.: A revisitation of generalized Newtonian fluids Journal of Rheology, 64 (3), 493-504 (2020).

10) Zatloukal, M.: Frame-invariant formulation of novel generalized Newtonian fluid constitutive equation for polymer melts Physics of Fluids, 32 (9), art. no. 091705 (2020).

11) Song, H.Y., Kong, H.J., Kim, S.Y., Hyun, K.: Evaluating predictability of various constitutive equations for MAOS behavior of entangled polymer solutions Journal of Rheology, 64 (3), 673-707 (2020).

Faculties and departments

Close