Tomas Bata University in Zlín

Technology of Macromolecular Substances

Rheology and flow stability of polymer melts with respect to production of energy storage membranes

Téma:Reologie a stabilita toku polymerních tavenin s ohledem na produkci membrán pro skladování energie
Topic:Rheology and flow stability of polymer melts with respect to production of energy storage membranes
Školitel/Tutor:prof. Ing. Martin Zatloukal, Ph.D., DSc.
Konzultant/Consultant: 
E-mail:mzatloukal@utb.cz
Anotace:
Pro optimalizaci a vývoj nových polymerních materiálů určených pro výrobu membrán pro skladování energie pomocí technologie vytlačování je nezbytné znát jejich reologického chování, a to při vysokých deformačních rychlostech [1]. Konvenční reologická zařízení však neumožňují ohodnotit tokové chování polymerů za podmínek, které jsou pro tento proces typické, což významně znesnadňuje jejich optimalizaci a vývoj. Situaci dále komplikuje vznik tokových jevů, které nejsou dosud zcela pochopeny a významně zužují zpracovatelské okno [2-6]. Hlavním cílem této práce je provedení výzkumu vlivu takticity, molární hmotnosti, distribuce molárních hmotností a větvení na reologické chování a stabilitu toku polymerních tavenin při vysokých deformačních rychlostech pomocí nových experimentálních technik a pokročilých konstitučních rovnic. Specifický důraz bude kladen na vývoj a testování nové metody pro měření jednoosé a planární tahové viskozity [7-9], výzkum tokem indukované krystalizace [10-11], jevu die drool [4-5], neck-in [3] a souvisejících tokových nestabilit. 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:
Knowledge of the polymer melt rheology and stability at high strain rates is essential for the optimization and development of new polymeric materials used to make energy storage membranes using extrusion technology [1]. Conventional rheological tools are limited in being unable to cover strains and strain rates typical for this process, which significantly restricts their optimization and development. The situation is further complicated by the presence of flow phenomena, which considerably limit processing window and are not fully understood yet [2-6]. The main goal of this work is to investigate the effect of tacticity, molecular weight, molecular weight distribution and chain branching on the rheological behavior and flow stability of polymer melts at high strain rates using novel experimental techniques and advanced constitutive equations. Specific attention will be paid to development and testing of a new method for measuring uniaxial and planar extensional viscosities [7-9], research on flow-induced crystallization [10-11], die drool [4-5], neck-in [3] and related flow instabilities. 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 a matematiky.
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 and mathematics.
Literatura/Literature:
1)     Arora, P., Zhang, Z.: Battery separators Chemical Reviews, 104 (10), 4419-4462 (2004).

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

3)     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).

4)     Najm, M., Hatzikiriakos, S.G.: Flow-induced fractionation effects on slip of polydisperse polymer melts. Physics of Fluids, 32 (7), art. no. 073109 (2020).

5)     Musil, J., Zatloukal, M.: Historical review of die drool phenomenon in plastics extrusion Polymer Reviews, 54 (1), 139-184 (2014).

6)     Malkin, A.Y., Arinstein, A., Kulichikhin, V.G.: Polymer extension flows and instabilities Progress in Polymer Science, 39 (5), 959-978 (2014).

7)     Zatloukal, M.: Extrusion head with an inert outlet slit, especially for high outlet velocities of polymer melts, Utility model 34344 (2020).

8)     Zatloukal, M.: Extrusion head for transforming normal stresses of polymer melt, Patent CZ2017711A3 (2019).

9)     Zatloukal, M.: Measurements and modeling of temperature-strain rate dependent uniaxial and planar extensional viscosities for branched LDPE polymer melt Polymer, 104, 258-267 (2016).

10) Muthukumar, M.: Trends in polymer physics and theory Progress in Polymer Science, 100, art. no. 101184 (2020).

11) Roy, D., Audus, D.J., Migler, K.B.: Rheology of crystallizing polymers: The role of spherulitic superstructures, gap height, and nucleation densities Journal of Rheology, 63 (6), 851-862 (2019).

Faculties and departments

Close