Rheology of complex glass-forming liquids

Julkaisun otsikon käännös: Monimutkaisten lasittuvien nesteiden reologia

Olli-Ville Laukkanen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Kemiallisesti ja rakenteellisesti yksinkertaisten lasittuvien nesteiden (SGFL) reologista käyttäytymistä on tutkittu laajasti kirjallisuudessa. Sitä vastoin kemiallisesti ja rakenteellisesti monimutkaisten lasittuvien nesteiden (CGFL) reologiasta tiedetään ilmiöiden monimutkaisuudesta johtuen hyvin vähän. Tämän työn tavoitteena oli tutkia näiden CGFL:ien reologisia ominaisuuksia lasisiirtymälämpötilan (Tg) lähellä ja sen alapuolella. Lisäksi tässä tutkimuksessa kehitettiin reologisia karakterisointi- ja analyysimenetelmiä lasittuville nesteille. Työn kokeellisessa osiossa pienen läpimitan levy-levy-reometria on esitelty yksinkertaisena ja tarkkana mittausmenetelmänä lasittuvien nesteiden leikkausreologisten ominaisuuksien mittaamiseen. Tätä mittausmenetelmää sovellettiin raakaöljypohjaisiin fluideihin, jotka oli valittu mallimateriaaleiksi CGFL:ille. Erityisesti bitumin viskoelastinen lasisiirtymä on hyvin laaja SGFL:iin verrattuna. Tämä näkyy erityisen korostuneesti relaksaatioaikaspektrin laajentumisena pitkillä relaksaatioajoilla. Tämän havainnon pohjalta CGFL:ille on esitetty uusi kokemusperäinen matemaattinen malli, nimeltään laajentunut potenssispektrimalli. Tätä mallia käytettiin onnistuneesti useiden raakaöljypohjaisten fluidien viskoelastisen käyttäytymisen kuvaamiseen. Laajentuneen potenssispektrimallin venymäparametrin β, joka toimii määrällisenä relaksaatioaikaspetrin laajentumisen mittana, havaittiin korreloivan potenssilain mukaisesti kalorimetrisen lasisiirtymäalueen leveyden kanssa. Bitumin modifioiminen styreeni-butadieeni-styreeni (SBS) lohkokopolymeerillä johti selvän kaksi-faasisen mikrorakenteen syntymiseen. SBS-modifioidun bitumin mikrorakenteellisilla ominaisuuksilla osoitettiin olevan merkittävä vaikutus termoreologisiin ominaisuuksiin alhaisissa lämpötiloissa. Erityishuomiota kiinnitettiin viskoelastisten ominaisuuksien lämpötilariippuvuuteen lasisiirtymälämpötilan läheisyydessä. Dynaamiselle hauraudelle (m) ja näennäiselle aktivaatioenergialle (Ea) johdettiin analyyttiset lausekkeet muokatun Kaelblen yhtälön parametrien suhteen, ja m(Tg)- ja Ea(Tg)-parametrien Tg-riippuvuuksien havaittiin olevan poikkeuksellisen voimakkaita bitumeissa verrattuna muihin lasittuvien nesteiden luokkiin. Aikaerotteisen reometrian ja aika-vanhentumisaika superpositioperiaatteen yhdistelmän osoitettiin olevan tehokas tekniikka lineaarisesti viskoelastisten ominaisuuksien aikariippuvuuden seuraamiseen ja analysoimiseen fysikaalisen vanhenemisen aikana. Tämän tekniikan avulla pystyttiin onnistuneesti havaitsemaan lämpötilan, kiteisyyden ja SBS-polymeerimodifioinnin vaikutus bitumin fysikaaliseen vanhenemiseen.
Julkaisun otsikon käännösMonimutkaisten lasittuvien nesteiden reologia
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Seppälä, Jukka, Vastuuprofessori
  • Winter, H. Henning, Ohjaaja
  • Soenen, Hilde, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-8230-1
Sähköinen ISBN978-952-60-8231-8
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • reologia
  • lasisiirtymä
  • fysikaalinen vanheneminen
  • lasittuvat nesteet
  • bitumi

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Monimutkaisten lasittuvien nesteiden reologia'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä