Химия и физика полимеров - Тугов И.И.
ISBN 5—7245—0243—7
Скачать (прямая ссылка):
Размер частиц наполнителя, мм
п
т.эф-10-» (при
Y-100 с-1). мПа-с
<тт>|ф. МПа
V- с-1
250—300 50—65 38—42 29—32
0,50 0,52 0,41 0,36
1,87
2,00 2,05 2,08
0,240 0,434 0,474
0,559
10,7
60,3 58,2 86,9
Наполнители оказывают- существенное влияние на величину эффективной вязкости. С увеличением степени наполнения и с уменьшением размера частиц наполнителя константа п в уравнении (5.21) уменьшается (т)Эф растет) и при высоких значениях
Т 100 с"1) и повышенных температурах т1Эф определяется
только природой полимера. Критические значения ifKp и От.кр при этом повышаются (табл. 5.2).
Если наполнитель повышает «связанность» системы, расширяет спектр времен релаксации в сторону больших времен и вызывает отмеченные выше особенности течения, то пластификаторы оказывают противоположное влияние: они уменьшают степень отклонения течения от ньютоновского и снижают Т]эф;
значение >р пластифицированных полимеров выше, чем у не-пластифицировапных.
Аномально-вязкие жидкости делят на три основные группы: псевдопластичные, днлатантные и бингамовскне (рис. 5.24). Псевдопластичные жидкости характеризуются постепенным уменьшением эффективной вязкости с увеличением скорости сдвига.
Дилатансией называется увеличение вязкости при сдвиге сильно наполненных расплавов полимеров (а также других систем) вследствие разрушения полимерных прослоек между частицами наполнителя. Эффективная вязкость дилатантных жидкостей увеличивается с возрастанием скорости сдвига.
К бингамовским относятся системы, обладающие в состоянии покоя определенным пределом текучести От.о- Они начинают деформироваться и течь только тогда, когда напряжение сдвига От превысит от,о.
При ат>ат,о течение бингамовских жидкостей подчиняется зависимости
где т)б — постоянная, называемая бннгамовской или пластической вязкостью.
309
Рис. 5.24. Кривые течения жидкостей:
/ — ньютоновская; 2 — псевдопластнч-ная; 3 — дилатантная; 4 — бннгамов-ская
Эффективная вязкость т]Эф.б бингамовских жидкостей снижается при возра-
стании 'у. К бингамовским относятся некоторые студни и наполненные полимеры.
Необратимая пластиче-екая деформация расплавов полимеров при их течении почти всегда сопровождается высокоэластической деформацией, 'поэтому говорят о высокоэластичности расплавов. Особенно велика доля высокоэластической деформации при течении полимеров с жесткими макромолекулами. Эластичность расплавов связана с изменением не только энтропии, но и внутренней энергии системы.
Высокоэластичность расплавов обусловливает ряд специфических явлений, имеющих большое значение в технологии переработки расплавов полимеров. К таким явлениям относится, в частности, эффект Вайссенберга (эффект нормальных напряжений), заключающийся в особенностях кругового движения расплавов, необъяснимых с позиций классической гидродинамики. Например, при вращении вала, опущенного в расплав, расплав поднимается по валу вверх. Такое же явление происходит (рис. 5.25), если в центр вращающегося сосуда с расплавом опустить неподвижный вал, трубу или диск, способный перемещаться по вертикали без вращения. При вращении сосуда расплав поднимется по валу, втянется внутрь трубы, соберется под диском и поднимет его вверх (рис. 5.25,6). Подобные явления в обычных ньютоновских жидкостях не происходит (рис. 5.25, в).
Вторая особенность расплавов — высокоэластическое восстановление. При течении расплавов полимеров в каналах, капиллярах, фильтрах макромолекулы ориентируются. При выходе струи за пределы канала тангенциальные напряжения, вызывающие эту ориентацию, исчезают и немедленно начинается процесс релаксации. Внешне это проявляется в увеличении диаметра струи (экструдата) по сравнению с диаметром канала, из которого вытекает экструдат. Это явление и называют высоко-эластическим восстановлением, Баррус-эффектом, «разбуханием». Процесс протекает во времени, иногда продолжается несколько часов, сопровождается сжатием экструдата по длине — усадкой. Количественно эффект оценивают коэффициентом вы-
310
сокоэластического восстановления ?в:
ев-(А/Я)(рп/р'П),'а,
где А — наружный диаметр струи после окончания процесса релаксации; /) — внутренний диаметр канала; р„ — плотность полимера при комнатной температуре; р„'—плотность расплава при температуре истечения; обычно значение еь для расплавов полимеров не превышает 8.
Все технологические приемы, ускоряющие протекание релаксационных процессов, снижают усадку. К ним относится повышение температуры, снижение скорости сдвига (рис. 5.26), увеличение длины канала при неизмененном расходе, добавление пластификатора. Усадка зависит от структуры полимера: с ростом полидисперсности и разветвленности эластическое восста-
1 и
1 ш
\\\\\|
\
¦
I. ш
\1
Фу
Рис. 5.25. Различные формы проявления эффекта Вайссенберга: а — состояние покоя- б — перемещение расплавов полимеров прн вращении сосуда; в — перемещение ннэкомолекуляриых жидкостей прн вращении сосуда: /—сосуд; 2— неподвижный вал; 3 — неподвижная труба; 4 —диск, способный перемещаться по вертикали
311
1 10 10* y,c-i
