ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Экспериментальные методы оценки качества смешения и степени диспергирования из "Основные процессы переработки полимеров Теория и методы расчёта" Процесс смешения полимеров происходит вследствие воздействия на систему полимер—ингредиенты напряжений сдвига, возникающих в результате деформации системы под действием внешних сил, приложенных к ее границам. [c.188] Возможность разрыва цепи полимерной молекулы в процессе течения является следствием существования в текущем полимере пространственной структуры, образованной вторичными (ван-дер-ваальсовыми) связями. Наличием этих вторичных связей можно объяснить в первом приближении существование эффектов межмолекулярного взаимодействия и внутреннего трения, проявляющихся при деформации полимеров. [c.188] Естественно полагать, что поскольку в деформируемой системе взаимное расположение полимерных молекул непрерывно изменяется, всегда могут возникнуть ситуации, когда суммарная величина сил взаимодействия, приложенных к одной и той же цепной молекуле, окажется больше, чем ее продольная прочность, величина которой, если оценить ее по энергии связи С—С, составляет около 80 ккал/моль. [c.188] Процессы взаимодействия в системе полимер—активный наполнитель (например, каучук—сажа) в значительной степени активируются в присутствии свободных радикалов, образовавшихся в результате механокрекинга Иначе говоря, усиление каучука сажей является следствием механохимических процессов, протекающих при смешении. [c.189] Во всех трех случаях кардинальным моментом является величина сил взаимодействия, которые в первом приближении определяются величиной сил вязкого трения. При этом, имея в виду рассмотренный выше релаксационный механизм аномалии вязкости, естественно связать величину этих сил взаимодействия со значением предельной ньютоновской вязкости, характеризующей течение полимеров при бесконечно малой скорости деформации. Следовательно, можно ожидать (и это подтверждается на практике), что процессы механодеструкции будут протекать тем интенсивнее, чем выше величина ньютоновской вязкости, или, учитывая температурную зависимость вязкости, чем ниже температура полимера. Естественно также предположить, что, поскольку и увеличение гидростатического давления приводит к росту вязкости, повышение гидростатического давления в смеси тоже должно способствовать интенсификации процессов механокрекинга. [c.189] ВИЯХ деформаций должно спосооствовать увеличению числа механически разорванных полимерных молекул Наконец, поскольку элементарный акт разрыва является следствием воздействия напряжений сдвига, величина напряжений сдвига также должна влиять на интенсивность механокрекинга. [c.190] Если свободные макрорадикалы стабилизируются в результате взаимодействия с каким-либо акцептором, то в декструктируемом полимере постепенно накапливаются стабильные обрывки молекулярных цепей исходного полимера. Такая разновидность механокрекинга называется механодеструкцией. Механодеструкция приводит к резкому снижению молекулярного веса полимера. [c.190] Комбинируя определяющие параметры, входящие в уравнение (1У.48), и сводя его к безразмерной форме, можно показать, что индекс деструкции должен полностью определяться двумя параметрами Ме и а = lpt. [c.191] Уравнения (IV.54) и (1У.53) отличаются только знаком и величиной постоянного множителя. Если выбрать количество полимера таким образом, что произведение Кд будет равно т д — вес образца, выраженный в граммах), и изменить знак выражения (IV.53) на обратный, то эти выражения будут совпадать. [c.192] проинтегрировав уравнение (1У.53) и разложив выражение е- в ряд, ограничимся первыми двумя членами разложения. Тогда получим, что величина Ь должна быть пропорциональна отношению р/г[, т. е. Ь — р1г]. [c.192] Иначе говоря, экспериментальные данные подтверждают сделанный выше вывод о том, что параметр р/ определяет скорость механодеструкции. Анализ полученных зависимостей показывает, что во всех случаях, когда необходимо интенсифицировать процессы механокрекинга, целесообразно вести смешение при минимально допустимой температуре и максимальной скорости сдвига. [c.193] Несмотря на то что параметр рИц, входящий в показатель экспоненты, не зависит, как в этом можно легко убедиться, от температуры, от температуры зависит величина М , определяемая выражением (IV.42). Поскольку величина энергии межмолекулярного взаимодействия уменьшается с повышением температуры пропорционально уменьшению вязкости, значение Мсо растет, что, в свою очередь, приводит к уменьшению индекса механодеструкции и скорости механодеструкции при одинаковом значении параметра рЦ-ц. [c.193] Увеличения скорости деструкции можно добиться также, увеличивая напряжение сдвига за счет повышения скорости деформации или за счет увеличения интегральной вязкости смеси, которое можно реализовать посредством введения жесткого наполнителя (например, сажи). [c.193] При необходимости ограничить процессы механодеструкции следует вести смешение при повышенных температурах и пониженных скоростях. При этом повышение температуры, как это следует из приведенных выше зависимостей, оказывает на процессы механокрекинга значительно более сильное влияние, чем понижение скорости деформации. [c.193] Статистический характер критериев, посредством которых оценивается качество смешения, предопределяет общую структуру методов их определения. Первый, наиболее простой способ состоит в определении дисперсии концентрации того ингредиента, который играет роль диспергируемой фазы. При этом общий объем смеси разделяют на достаточно большое число элементарных объемов и, пользуясь таблицей случайных величин, отбирают достаточно представительную выборку (обычно не менее 25 проб), которая направляется на химический анализ. [c.194] В случае смешения материалов с резко различающимися плотностями (например, сажа и каучук) хорошие результаты дает оценка качества смешения по дисперсии плотностей. Если смешиваются системы различного цвета, мерой неоднородности может служить зрительное восприятие при сравнении с эталонными образцами . з2 Можно использовать для оценки однородности цвета спектрофотометр. При этом следует иметь в виду, что разрешающая способность глаза позволяет фиксировать размеры неоднородностей порядка 0,025 мм, в то время как разрешающая способность спектрофотометра обеспечивает регистрацию полос толщиной 2,5 мм. В результате применение спектрофотометрнческого метода для оценки качества смешения образцов, у которых ширина полос меньше 2,5 мм, может привести к ошибочным результатам . [c.194] В некоторых случаях для оценки степени смешения определяют дисперсию физических характеристик материала , например предела прочности при растяжении, модуля упругости, истираемости и т. п. К этим методам, однако, следует относиться с очень большой осторожностью, поскольку в ряде случаев вариация физических характеристик полимера может возникать не вследствие неоднородности смеси, а в результате действия совершенно побочных факторов (например, механо- или термодеструкция полимера, нестабильность режима вулканизации и т. п.). [c.194] Метод микротомных срезов широко используется при исследовании степени диспергирования сажи в каучуке как в нашей стране так и за рубежом. Для изготовления срезов толщиной 1—5 м/с образцы резины замораживают в жидком азоте. Срезы саженаполненных каучуков толщиной 5 мк хорошо просматриваются под микроскопом (рис. IV. 12). На серовато-коричневом фоне хорошо видны черные сажевые агрегаты разных размеров. При хорошем диспергировании и качественном смешении (рис. IV, 12, а) большая часть сажи диспергирована до размеров, не видимых при среднем увеличении (до X 600), Присутствие мелких частиц ответственно за окраску среза, поскольку тонко диспергированная сажа сильнее рассеивает более короткие волны светового спектра. При плохом смешивании на общем сероватом фоне хорошо видны комки недиспёргированной сажи, достигающие в отдельных случаях значительных размеров — до 0,05 мм (рис. IV. 12, б). Присутствие таких комков, нарушая однородность системы, может приводить к существенному ухудшению механических показателей резин. [c.195] Дисперсия каждого из этих показателей оценивается обычными методами. Если необходимо оценить характер распределения агрегатов, размер которых меньше 1 мкм, прибегают к методам электронной микроскопии. В этом случае удается надежно фиксировать образования размером 20—30 A. [c.196] Смешение расплавов полимеров в подавляющем большинстве случаев относится к категории ламинарного смешения. Оценка качества смешения производится по статистическим критериям, сущность которых состоит в сравнении фактического распределения с распределением случайной смеси. [c.196] Вернуться к основной статье