Методы исследования реологии полимеров. Методы исследования реологии полимеров. — копия. Введение 1 Реология термопластов 4 1 Эластические свойства 6 2 Вязкостные свойства 7
 Скачать 1.68 Mb.
|
2.5 Показатель растяжения расплавовРастяжение расплавов полимеров. Течение растяжения (элонгационное течение) - особый тип течения, реализуемый в производстве волокон и пленок. Формально доказано, что в общем случае невозможно описать растяжение на основании результатов вискозиметрических экспериментов. Поэтому реологическое уравнение состояние, предложенное для описания любых типов течения, нуждается в проверке его адекватности в условиях как вискозиметрического, так и элонгационного течения [12]. Экспериментально установлено, что могут существовать расплавы полимеров с одинаковыми кривыми течения и одним и тем же характером зависимости вязкости от температуры, но обладающие различными свойствами при растяжении. В связи с этим разработан специальный тест на растяжение расплавов, характеризующий способность полимеров к формованию в волокна и пленки - показатель растяжения расплава (ПРР). Эксперимент проводят по следующей методике. В ванну с термостатирующей жидкостью помещают цилиндрический образец полимера. Один конец образца закрепляют неподвижно, а к другому прикладывают постоянную нагрузку. За величину ПРР принимают время, за которое образец растягивается до заданной длины при фиксированной нагрузке. Для каждой марки полимера следует выбирать определенную длину образца и нагрузку. В этом случае можно оценить разброс значений ПРР различных партий полимера одной марки, который может достигать несколько порядков [13]. Этот метод позволяет по импортному аналогу выбрать тип отечественного сырья, а также контролировать его качество при поставке разных партий сырья одной марки, предназначенного для получения пленок или волокон. При термоформовании или раздувном формовании важным свойством расплавов термопластов является прочность [14]. При большой скорости деформирования напряжения в расплаве не успевают релаксировать и полимер приобретает способность разрушаться по механизму разрушения сшитых каучуков - резин. Условия разрушения при одноосном растяжении (соотношение между прочностью при разрыве и обратимой деформацией при разрушении) не зависят от приложенной нагрузки и могут быть определены на приборах для измерения ПРР [15]. В зависимости от реологических свойств расплавов возможно несколько условий разрушения: достижение критической обратимой деформации (поликарбонаты); достижение критической накопленной энергии разрушения (расплавы, содержащие дисперсный наполнитель); более сложное условие:  (12)где ϭp , Ԑp - прочность при разрыве и обратимая деформация при разрушении соответственно; * - "критическая" обратимая деформация, ниже которой вероятность разрушения равна нулю (ударопрочный полистирол, полибутадиен, полиизопрен). Во всех случаях тест, определяющий прочность расплавов при одноосном растяжении характеризует возможность переработки данного термопласта методом термоформования и аналогичными методами. С его помощью можно определить условия при которых листовая заготовка будет формоваться без трещин. ЗаключениеПолимерные материалы обладают комплексом характеристик, которые при умелом их использовании обеспечивают эффективные эксплуатационные свойства изделий и рентабельность их производства. К основным достоинствам пластмасс относятся: высокая технологичность, позволяющая практически полностью исключить из производственного цикла трудоемкие и дорогостоящие операции механической обработки изделий; минимальная энергоемкость, определяемая тем, что температуры переработки этих материалов составляют, как правило, 1500С −200 0С, что существенно ниже, чем у металлов, не говоря о керамике; возможность получить за один цикл штучного формования сразу несколько изделий, в том числе сложной конфигурации, а при производстве погонажных изделий вести процесс на высоких скоростях. В первом разделе рассмотрели реологические свойства термопластов. Реологические свойства полимеров, определяющие качество в процессе переработки: вязкостные, определяющие процесс вязкого течения с развитием пластической деформации; высокоэластичные, определяющие процесс развития и накопления обратимой высокоэластичной деформации при формовании; релаксационные, определяющие релаксацию (уменьшение) касательных и нормальных напряжений, высокоэластичной деформации и ориентированных макромолекулярных цепей; Во втором разделе показаны методы определения реологических свойств термопластов. Капиллярные вискозиметры просты по конструкции, удобны в работе и надежны, так как не имеют вращающихся и трущихся частей. Они состоят из обогреваемого резервуара (вискозиметрической бомбы), на конце которого закрепляется капилляр, подвижного плунжера и системы задания, поддержания и измерения давления. Поскольку испытуемый материал находится сравнительно короткое время в деформированном состоянии (по мере его вытекания в капилляр поступают свежие порции полимера из загрузочного резервуара), то влияние термо - и механодеструкции на результаты испытания несущественно. Тепловой эффект при испытаниях невелик, так как выделяющееся тепло быстро отводится вместе с вытекающим материалом. Используя метод капиллярной вискозиметрии, можно получать кривые течения (кривые зависимости скорости сдвига от напряжения сдвига или эффективной вязкости от скорости сдвига, представляемые обычно в логарифмических координатах), оценивать температурные коэффициенты вязкости и энергию активации вязкого течения, степенные константы уравнения Оствальда-де-Вилла, определять критические скорости и напряжения сдвига, соответствующие наступлению "нерегулярного течения" или «эластической турбулентности», величину усадки или эластического восстановления (степень разбухания экструдата). Принцип действия прибора основан на измерении скорости истечения расплава через калиброванное сопло при определённом давлении и температуре. Необходимая для испытания термопласта температура создается в испытательном канале материального цилиндра электрическим нагревателем и поддерживается с заданной точностью с помощью автоматического регулятора температуры. Необходимое давление на материал создаётся с помощью поршня с грузом. Конструкция выдавливающего устройства позволяет работать на приборе при постоянной подвеске груза. Показатель текучести расплава, обозначаемый аббревиатурой ПТР, является параметром, позволяющим оценить реологические свойства расплавов термопластичных полимерных материалов и определить выбор способа переработки термопласта. Для оценки значения ПТР используют прибор ИИРТ, действие которого основано на принципе капиллярного вискозиметра. Сущность ротационной вискозиметрии состоит в установлении связи между крутящим моментом Т и угловой частотой вращения Ὼ одной из измерительных поверхностей, что является аналогом пары сила – скорость в капиллярной вискозиметрии. Ротационный метод вискозиметрии заключается в том, что исследуемая жидкость помещается в малый зазор между двумя телами, необходимый для сдвига исследуемой среды. Одно из тел на протяжении всего опыта остаётся неподвижным, другое, называемое ротором ротационного вискозиметра, совершает вращение. Очевидно, что вращательное движение ротора вискозиметра передается к другой поверхности (посредством движения вязкой среды; отсутствие проскальзывания среды у поверхностей тела предполагается, таким образом рассматриваются). Отсюда следует: момент вращения ротора ротационного вискозиметра является мерой вязкости. Метод падающего шарика вискозиметрии основан на законе Стокса, согласно которому скорость свободного падения твердого шарика в вязкой неограниченной среде можно описать следующим уравнением:  Растяжение расплавов полимеров. Течение растяжения (элонгационное течение) - особый тип течения, реализуемый в производстве волокон и пленок. Формально доказано, что в общем случае невозможно описать растяжение на основании результатов вискозиметрических экспериментов. Поэтому реологическое уравнение состояние, предложенное для описания любых типов течения, нуждается в проверке его адекватности в условиях как вискозиметрического, так и элонгационного течения [12]. Экспериментально установлено, что могут существовать расплавы полимеров с одинаковыми кривыми течения и одним и тем же характером зависимости вязкости от температуры, но обладающие различными свойствами при растяжении. В связи с этим разработан специальный тест на растяжение расплавов, характеризующий способность полимеров к формованию в волокна и пленки - показатель растяжения расплава (ПРР). Эксперимент проводят по следующей методике. В ванну с термостатирующей жидкостью помещают цилиндрический образец полимера. Один конец образца закрепляют неподвижно, а к другому прикладывают постоянную нагрузку. За величину ПРР принимают время, за которое образец растягивается до заданной длины при фиксированной нагрузке. Для каждой марки полимера следует выбирать определенную длину образца и нагрузку. В этом случае можно оценить разброс значений ПРР различных партий полимера одной марки, который может достигать несколько порядков [13]. Список использованных источниковКалинчев Э.Л. Свойства и переработка термопластов: Справочное пособие/ Э.Л. Калинчев, М.Б. Саковцева ‒ Ленинград: Химия, 1983. ‒ 288 с. Брацыхин Е.А. Технология пластических масс: учебное пособие для техникумов / Е.А. Брацыхин, Э.С. Шульгина ‒ Ленинград: Химия, 1982. ‒ 328 с. Бортников В.Г. Основы технологии переработки пластических масс: учебное пособие для вузов / В.Г. Бортников ‒ Ленинград: Химия, 1983. ‒ 304 с. Мийченко И.П. Технология полуфабрикатов полимерных материалов. СПб.: Научные основы и технологии, 2012. – 374 с. Технические свойства пластмасс: Учебное пособие/ В.К. Крыжановский. – Спб.: ЦОП «Профессия», 2014. – 248 с. Бортников В. Г. Основы технологии переработки пластических масс- Л.: Химия, 1983 – 304 с. Кацнельсон М. Ю., Балаев Г. А. Пластические массы. Свойства и применение/ Справочник /- М.: Химия, 1978 – 567 с. Шварц, О. Переработка пластмасс / О. Шварц, Ф.-В. Эбелинг, Б. Фурт . – СПб.: Профессия, 2008. – 315 с. Основы технологии переработки пластмасс / под ред. В.Н. Кулезнева и В. К. Гусева. – М.: Мир, 2006. – 600 с. Володин, В.П. Экструзия профильных изделий из термопластов / В.П. Володин. – СПб.: Профессия, 2005. – 480 с. Основы технологии переработки пластмасс: учебник для вузов / С.В. Власов, Л.Б. Кандырин, В.Н. Кулезнев. – М.: Мир, 2006. – 600 с. Раувендааль, К. Экструзия полимеров : [пер. с англ.] / К. Раувендааль ; под ред. А.Я. Малкина. – СПб.: Профессия, 2006. – 762 с. Малкин, А. Я. Реология: концепции, методы, приложения / Малкин А.Я., Исаев А.И. - СПб:Профессия, 2010. - 560 с |