Эффекты, возникающие при течении растворов и расплавов полимеров.
В зависимости от условий деформирования, скорости и времени течения, а также стационарности процесса, расплавы полимеров могут проявлять свойства вязких, вязкоупругих или тиксотропных жидкостей. Кроме того, в процессе течения расплавов полимеров возникают специфические эффекты, не характерные для других жидкостей — эффект Барруса, эффект Вайссенберга и так называемая эластическая турбулентность. Появление указанных эффектов обусловлено тем, что расплавы полимеров, состоящие из макромолекул различной гибкости и различной химической природы, являются весьма сложными реологическими системами.
Эффект Барруса. После выхода расплава полимера из формующего канала под действием нормальных напряжений возникает эластическое восстановление струи. Эластическое восстановление — это изменение сечения экструдата. Так, при течении в цилиндрическом канале на выходе наблюдается увеличение диаметра, а при истечении из кольцевых каналов изменяется как диаметр, так и толщина стенки трубчатого экструдата (рисунок 3.17).
а – круглый профиль, б – трубчатая заготовка
Рисунок 3.17 – Изменение размеров расплава после выхода
из формующего канала
Обычно в качестве показателя эластического восстановления используют коэффициент Кэ:
, (3.7)
где R э – радиус экструдата после охлаждения; R к – радиус канала;
r р – плотность расплава; r 0 – плотность полимера при 20 °С.
|
|
|
Изменение линейных размеров экструдата (уменьшение длины и увеличение сечения) связано с протеканием релаксационных процессов. Упругая деформация, накопленная в расплаве при течении в канале, восстанавливается после снятия внешней силы, т.е. при выходе из канала макромолекулы переходят в равновесное состояние. Однако этот процесс происходит при свободном выходе, если же расплав отводится с помощью тянущего приёмного устройства, то он на выходе подвергается действию растягивающих напряжений от принудительной вытяжки, и если эти напряжения больше нормальных, обусловленных напряжениями сдвига, то сечение экструдата уменьшается и процесс экструзии осуществляется с вытяжкой расплава.
Эффект Вайссенберга. Жидкости, обладающие высокоэластичностью, при частичном погружении в неё вращающегося вала «собираются» к валу и затем начинает подниматься по нему (или продавливаться внутрь полого вала) тем интенсивнее, чем выше скорость вращения. Другие проявления эффекта Вайссенберга заключается в том, что если одна из двух плоско-параллельных поверхностей, между которыми помещена жидкость, вращается относительно общей оси, то возникает сила, стремящаяся раздвинуть эти поверхности. Рисунок 3.18 поясняет внешние проявления указанного эффекта.
|
|
|
Объясняется столь необычное поведения расплавов полимеров тем, что при сдвиговом течении между вращающимися цилиндрами, дисками или между дисками и конусами ориентация макромолекул происходит по дуге окружности тел вращения. Макромолекулы, находясь в такой неравновесной конформации, стягиваются к оси вращения, так как при сложении векторов сил появляются нормальные радиальные напряжения, создающие гидростатическое давление.
Эффект Вайссенберга имеет практическое значение. На этом принципе работают так называемые дисковые экструдеры.
Рисунок 3.18 – Проявления эффекта Вайссенберга в ротационных приборах (вращается наружный цилиндр)
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 896; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!