English
Pracovník Fakulty technologické Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně prof. Ing. Martin Zatloukal, Ph.D., DSc., obhájil disertaci Aplikovaná reologie pro polymery: Od charakterizace k modelování a tokovým nestabilitám a získal vědecký titul „doktor chemických věd“. Prof. Zatloukal přispěl k rozvoji aplikované reologie polymerních tavenin, navrhl a aplikoval inovativní experimentální metodiky umožňující pochopení vlivu tahového toku a tlaku na tokové chování polymerních tavenin, vyvinul nové konstituční rovnice pro polymerní taveniny, které poskytují možnost rozlišit topologii polymerů, a vytvořil nový přístup pro modelování nestabilit volného povrchu polymerních tavenin v oblasti silně nelineární viskoelasticity.
Foto: Archiv autora
Reologie je nauka o deformaci a toku látek, která vznikla v roce 1929 jako nová mezioborová a samostatná vědecká disciplína vycházející převážně z chemie, fyziky, matematiky, mechaniky, materiálových věd a inženýrství. U jejího zrodu stáli profesor chemie Eugene Cook Bingham z Lafayette College a stavební inženýr Markus Reiner (později vědecký profesor na Israel Institute of Technology). M. Reiner si při četbě Starého zákona, knihy Soudců 5,5, v níž prorokyně Debora ve svém chvalozpěvu uvádí, že „hory tekly před Bohem“, uvědomil, že z pohledu reologie může každý materiál téci, je-li mu poskytnut dostatek času (originál Reinerova překladu uvedeného ve Physics Today, January 1964, str. 62 uvádí „The mountains flowed before the Lord“). M. Reiner tak definoval Debořino číslo (De) jako poměr relaxačního času materiálu a doby pozorování, na jehož základě lze posoudit, zdali se materiál bude v daném časovém intervalu chovat spíše jako viskózní kapalina, nebo jako elastické tuhé těleso. Vývoj chemického průmyslu na začátku 20. století zapříčinil nástup masové výroby syntetických polymerů s dlouhými makromolekulárními řetězci, jejichž De je vyšší než u kapalin, avšak nižší než u tuhých látek. Polymery tak sdílejí vlastnosti viskózních kapalin i elastických těles, tj. vykazují tzv. viskoelastické chování, což vede ke vzniku tokových jevů, které mají negativní vliv na jejich zpracování a vlastnosti finálního produktu. Destabilizaci toku polymerních tavenin způsobuje především jejich elasticita (paměť), časová závislost napětí, vznik normálových napětí při prostém smykovém toku, vysoká smyková a tahová viskozita a tendence ke skluzu na pevných površích.
Disertace přináší mnohé nové poznatky v oblasti aplikované reologie polymerů; mezi nejdůležitější patří:
• Navržení a aplikace inovativních experimentálních metodik a konstitučních rovnic pro experimentální a teoretický výzkum tokového chování polymerních tavenin.
• Vyvinutí nových kriteriálních pravidel umožňujících predikovat vznik tokových nestabilit při vytlačování polymerních tavenin.
• Vyvinutí nového přístupu pro modelování nestabilit volného povrchu polymerních tavenin v oblasti silně nelineární viskoelasticity, a to pomocí variačního počtu a principu minimalizace energie.
• Objev nového tokového fenoménu – skluzem indukované frakcionace nízkomolekulárních podílů polymeru pozorovaného při toku tavenin HDPE v blízkosti stěn, které se následně akumulují na hraně výstupní štěrbiny ve formě ,slintů’. Prokázalo se, že zatímco přítomnost velmi dlouhých řetězců v polymeru intenzitu skluzem indukované frakcionace zvyšuje, zavedení bočních větví na základní řetězec její intenzitu naopak snižuje.
• Vyvinutí nových reologických metodik, jež umožňují optimalizaci produkce polymerních nanovláken a charakterizaci nanovlákenných filtrů. Za největší přínos v této oblasti lze považovat navržení 3D modelu, který dovoluje charakterizovat reálné nanovlákenné filtry beroucí v úvahu skluz kolem polymerních nanovláken a „Knudsenovsky nenewtonský“ charakter viskozity filtrovaného média.
MARTIN ZATLOUKAL,
Fakulta technologická,
Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně