ХФ ВМС; Учебное пособие. Химия и физика высокомолекулярных соединений
 Скачать 5.37 Mb.
|
|
160 9.4.2.2. Виды неньютоновских жидкостей и их реологические особенности Неньютоновские жидкости делят на 3 класса: стационарные, нестационарные и упруговязкие. Стационарными называют такие жидкости, у которых скорость деформации зависит от напряжения сдвига и не зависит от времени приложения постоянного напряжения. В соответствии с характером зависимости скорости сдвига от напряжения сдвига – кривой течения (рис. 2.20), среди стационарных жидкостей выделяют: - псевдопластические. Для этих жидкостей характерно снижение вязкости с увеличением скорости (напряжения) сдвига. К ним относятся расплавы и концентрированные растворы полимеров; - дилатантные. Этим жидкостям присуще возрастание вязкости с увеличением скорости сдвига. К ним относятся наполненные системы, склонные к агрегации частиц; - бингамовские пластические тела. Они характеризуются наличием некоторого предела текучести σ пр , ниже которого тело ведет себя подобно твердому. Это характерно для систем с развитой пространственной структурой, образованной нехимическими связями с прочностью, соизмеримой с σ пр Нестационарными называют жидкости, у которых скорость сдвига изменяется во времени при постоянном напряжении. К ним относят тиксотропные и реопектические жидкости. Тиксотропия – обратимое восстановление текучести системы в результате внешнего механического воздействия. Реопексия – способность жидких систем к структурированию под действием внешней механической нагрузки при невысоких скоростях сдвига. Упруговязкими называют жидкости, которым свойственно упругое восстановление формы после снятия напряжения. Особенности течения псевдопластических жидкостей, например расплавов полимеров, обусловлены тем, что под действием сдвиговых напряжений разрушаются надмолекулярные структуры. При этом вязкость – сопротивление течению – снижается, а скорость сдвига возрастает аномально. Этому также способствует анизотропия макромолекул: под действием разных по сечению потока скоростей макромолекулы ориентируются в направлении течения, снижая сопротивление этому течению. Рис. 2.20. Кривые течения жидкостей: 1 – ньютоновских; 2 – псевдопластических; 3 – дилатантных; 4 – бингамовских идеальных; 4' и 4'' – бингамовских неидеальных 161 Для течения расплавов необходимы два условия: - достаточный уровень тепловой кинетической энергии сегментов; - наличие свободного объема для перемещения кинетических сегментов. Течение в этом случае заключается в последовательном перемещёнии кинетических сегментов в направлении действия силы, приводящем к изменению положения центра массы макромолекулы. Данный механизм подтверждается известной зависимостью теплоты активации вязкого течения от средней молекулярной массы (рис. 2.21). По достижении ?????? ̅ величины М кр (т. е. величины, превышающей длину кинетического сегмента) ΔН принимает постоянное значение. 9.4.2.3. Полная кривая течения Под кривой течения понимают зависимость ??????̇(??????) . Для полимеров, расплавы которых характеризуются широким интервалом значений η, σ и ??????̇ , кривую строят в логарифмических координатах. Кривая имеет S-образную форму (рис. 2.22), и условно делится на 3 участка. Участок I называют участком наибольшей ньютоновской вязкости η 0 . Она практически постоянна для всего участка и имеет максимально достижимое для данного полимера и постоянной температуры значение. Реализуется при крайне низких напряжениях сдвига, когда скорость релаксации превалирует над скоростью деформации. Экспериментально поддерживать необходимые для этого участка кривой условия достаточно сложно Участок II называют структурным участком кривой течения. На этом участке релаксационные процессы не успевают компенсировать последствия возрастания скорости сдвига. Клубки макромолекул начинают прогрессирующе деформироваться. Вязкость снижается по сложному закону. При некоторых значениях σ и ??????̇ ориентация деформированных клубков достигает возможного предела, и кривая переходит в следующий участок. Участок III называют участком наименьшей ньютоновской вязкости η ∞ . Она так же, как и максимальная ньютоновская вязкость, практически постоянна и имеет минимально достижимое для данного полимера и температуры значение. Однако, достижение такой вязкости маловероятно, Рис. 2.21. Зависимость теплоты активации вязкого течения ΔН от средней молекулярной массы полимера ?????? ̅ Рис. 2.22. Полная кривая течения расплава полимера |