Напряжение расплавов полимеров

В сдвиговом поле реализуются достаточно большие высокоэластические деформации, обусловливающие возникновение аксиальных растягивающих напряжений (эффект Вайссенберга), В условиях кругового течения, например в зазоре между коаксиальными цилиндрами, раствор или расплав полимера как бы стягивается силами, возникающими при появлении нормальных напряжений. Они противодействуют как силе тяжести, так и центростремительной силе (рис. 4.11). [c.180]

Рассмотрим два одинаковых устройства, каждое из которых состоит из цилиндрического сосуда с вращающимся внутри него стержнем один из них содержит ньютоновскую жидкость (рис. 6.2, а), в другом расплав полимера (рис. 6.2, б). При вращении стержня в ньютоновской жидкости около него возникает вихрь. Это явление можно объяснить центробежными силами Р, которые отбрасывают жидкость вдоль радиуса г от стержня, т. е. Р (гг) > Р (п) при 2 > Г1. Профиль поверхности расплава полимера в другом сосуде совершенно иной жидкость наползает на вращающийся стержень. Такое движение противоположно движению, вызываемому центробежными силами. Более того, это явление, называемое эффектом Вайссенберга , наблюдается даже при низких скоростях вращения стержня. Часто его объясняют появлением так называемых сжимающих напряжений. При вращательном движении жидкости полимерные молекулы ориентируются, но они стремятся вернуться в состояние статистических клубков, это приводит к возникновению круговых напряжений, смещающих слой жидкости по направлению к валу. [c.136]

Процесс экструзии с раздувом рассмотрен с позиций механики жидкостей в [174] и теории продольных течений - в [131]. Расплав полимера, выходящий из головки, течет под действием механического напряжения в направлении вытяжки. Но в процессе экструзии с раздувом трубчатая заготовка полимера вытягивается в двух направлениях - продольном и поперечном, поэтому экструзию с раздувом следует рассматривать как двухосное продольное течение, [c.243]

Ориентация при течении возникает при воздействии внешней силы на расплав полимера, например при перемешивании, вальцевании или при пропускании полимерного расплава через узкое отверстие (зазор, сопло). Макромолекулы, находящиеся в расплавленном полимере в виде гибких, тесно переплетенных друг с другом и хаотично расположенных клубков, при этом определенным образом ориентируются. Ближний порядок отдельных сегментов клубкообразных макромолекул при быстром охлаждении сохраняется и в твердом полимере ( замороженное состояние , см. раздел 1.4.2), если переход жидкость — твердое тело протекает слишком быстро для того, чтобы могла произойти компенсация внутренних напряжений (релаксация). [c.39]

Расплав полимера, содержащий небольшие количества низкомолекулярного вещества, проявляет значительно меньшую аномалию вязкости (степень изменения эффективной вязкости под действием напряжения сдвига), чем исходный полимер. [c.325]

Рис. 65. Схема рабочего узла капиллярного (а) и рота-ционного ( ) вискозиметров 1 — расплав полимера в рабочей камере 2 — плунжер, создающий напряжение сдвига т 3 — капилляр, в котором течет расплав полимера 4 — струя полимера, выходящая из отверстия капилляра

I) напряжением, вызывающим сдвиг в расплаве, — напряжением сдвига (его обычно обозначают буквой т) и 2) скоростью сдвига. Напряжение сдвига действует касательно к поверхности, на- которой происходит сдвиг. Величина напряжения сдвига зависит от площади по верхности стенок, с которыми соприкасается расплав полимера при течении. [c.34]

Во время пресс-литья расплав полимера должен протекать по системе литников и разводящих каналов, а также в оформляющих полостях формы на значительные расстояния, подвергаясь воздействию сильных сдвиговых напряжений. Очевидно, что для переработки таким способом кристаллизующиеся под воздействием сдвига полимеры, например фенилон П, непригодны. [c.156]

Для постановки механической задачи кристаллизующуюся систему предлагается рассматривать как двухкомпонентную смесь исходного и конечного продуктов, доля которых в общем объеме определяется степенью кристаллизации материала а, изменяющейся от О до равновесной степени кристалличности ар. Исходный продукт — расплав полимера, конечный — твердый кристаллический полимер. Расплав полимера — жидкость, которая при статическом нагружении испытывает только гидростатическое напряженное состояние. Это позволяет считать, что время релаксации исходного продукта относительно сдвиговых напряжений равно нулю. Напряженно-деформированное состояние второй фазы, т. е. закристаллизовавшегося (затвердевшего) продукта, можно представить моделью упругого тела, что соответствует бесконечно большим временам релаксации. Долю конечного продукта а, находим при решении энергетического и кинетического уравнений. [c.86]

Охлаждение полимера происходит постоянно на протяжении всего цикла формования. Из этого следует, что остаточные напряжения возникают в тех местах отливки, где произошла ориентация молекул полимера. Рассмотрим, как происходит ориентация молекул полимера на первой стадии цикла формования — стадии заполнения формы, когда расплав полимера быстро заполняет форму. В этот период охлаждение полимера незначительно, но все же вблизи поверхности формы образуется высокоориентированная тонкая пленка полимера. В этой пленке сохраняются остаточные напряжения. [c.380]

При использовании дисковых экструдеров полимер в виде гранул или порошка поступает в зазор между вращающимся и неподвижным дисками и плавится, благодаря выделению теплоты трения. Поскольку расплав полимера является вязкоупругой жидкостью, то при вращении диска в расплаве возникают нормальные напряжения и создается давление, под действием которого происходит выдавливание полимера через формующую головку. [c.104]

В отличие от ньютоновской жидкости расплав полимера графически характеризуется кривой, выгнутой в направлении к оси напряжений (рис. 8-1). Для ньютоновской жидкости (линия /) характерно постоянство коэффициента вязкости. Для ано-ма льно-вязкой жидкости типа расплава полимера (кривая 2) каждому значению Тс или у соответствует определенное значение коэффициента вязкости. Такую жидкость можно характеризовать эффективной вязкостью, численно равной коэффициенту вязкости ньютоновской жидкости, для которой данному значению у соответствует такое же значение Тс, как и для рассматриваемой аномально-вязкой жидкости. [c.18]

Представление о замерзшей оболочке не совсем обычно, поскольку вязкость полимера теоретически должна изменяться непрерывно от очень большого значения у холодных стенок формы до значительно меньшей величины в центре расплава полимера. Однако можно определить границу как плоскость, в которой вязкость имеет некоторое достаточно большое значение, а местные скорости течения, вызываемые тем же напряжением сдвига, что и во всей системе, пренебрежимо малы. Поэтому толщина оболочки зависит как от скорости роста оболочки, так и от времени роста. На входе в полость формы время роста максимально, а скорость роста минимальна, так как расплав полимера постоянно подается в полость в этой точке. Это означает, что толщина оболочки должна проходить через максимум где-то между фронтом волны и входом в полость формы. Действительно, рассмотрение картины двойного лучепреломления литьевого образца показывает на наличие этого максимума [c.154]

Принцип работы дискового экструдера основан на явлении, которое было открыто Вайссенбергом и состоит в том, что при течении упругих жидкостей (растворы и расплавы полимеров) возникают напряжения, направленные нормально к направлению сдвига. Если расплав полимера поместить между двумя соосными вертикальными цилиндрами и начать вращать наружный цилиндр, то [c.40]

В связи с резким возрастанием вязкости повышение молекулярного веса приводит к увеличению показателя п и более крутому подъему кривой т=/(у). Расплав полимера и поток становятся чувствительными к изменению напряжения (давления) и температуры. Формование волокон из полимеров с большими молекулярными весами оказывается затруднительным или вообще невозможным. Оптимальные значения характеристических вязкостей волокнообразующих полимеров составляют для полиэтилена [c.112]

Если расплав полимера поместить между двумя дисками, из которых один закреплен, а другой вращается, то сила, которая необходима для поддержания постоянной скорости вращения, определит величину касательного напряжения в расплаве, а давление, стремящееся увеличить расстояние между дисками, явится мерой нормального напряжения. [c.180]

С этой точки зрения уместно кратко рассмотреть механизм действия так называемых пластификаторов , упомянутых в гл. 2, которые добавляют в высоковязкие и термочувствительные полимеры при их переработке. Эти добавки, будучи несовместимыми с полимером при температурах переработки, мигрируют к поверхностям перерабатывающего оборудования и вытесняют расплав с границы металл—полимер. Поскольку вязкость пластификатора значительно ниже вязкости расплава, а уровень напряжений очень велик, между пластификатором и расплавом возникает высокий градиент скорости. Таким образом, если толщина слоя пластификатора минимальная, расплав движется с заметной скоростью относительно металлической поверхности, и кажется, что имеет место явление проскальзывания на самом деле ни пластификатор , ни полимер не скользят относительно стенки. Так, если толщина слоя пластификатора равна 100 A, его вязкость — около 0,1 Па-с, а напряжения сдвига вблизи поверхности составляют 5-10 Па (обычно [c.115]

Полимеры разбухают на выходе из длинных капилляров, т. е. диаметр экструдата оказывается больше диаметра капилляра. Когда расплав течет в капилляре, на него действуют добавочные растягивающие напряжения, поэтому, оказавшись за пределами капилляра, он стремится сократиться в продольном и расшириться в радиальном направлении. Причиной этого является первая разность нормальных напряжений. [c.137]

Пример 10.1. Течение расплава полимера между параллельными пластинами. Пусть пасос для подачи расплава состоит из параллельных пластин длиной 0,1 м, расположенных на расстоянии 0,005 м друг от друга. Верхняя пластина движется со скоростью 25 м/с. Между пластинами находится расплав полиамида, который при температуре течения и скорости сдвига ниже 100 ведет себя как ньютоновская жидкость с вязкостью 82,7 Па-с. Требуется подсчитать максимальное давление на выходе, определить профили скорости сдвига и напряжения сдвига и расход для градиента давления, равного половине его максимального значения. [c.310]

Кристаллические структуры по-разному влияют на механические свойства кристаллических и кристаллизующихся полимеров. При приложении малых напряжений деформация кристаллических полимеров очень мала. Выше температуры плавления полимер переходит практически сразу в вязкотекучее состояние, при этом деформация резко возрастает (рис. И.8). Кристаллизующийся полимер того же химического строения имеет иную термомеханическую кривую. Так, если расплав кристаллизующегося полимера быстро охладить, то он не успеет закристаллизоваться и перейдет в стеклообразное состояние. До температуры стеклования он будет вести себя как обычный аморфный полимер, т. е. проявлять малые обратимые деформации. В отличие от-кристаллического, у кристаллизующегося полимера проявится и область высокоэластического состояния, и именно в ней, вследствие увеличения сегментальной подвижности макромолекул, наступит кристаллизация. Превратившись в кристаллический, полимер обнаружит высокие необратимые деформации лишь после достижения температуры плавления. [c.30]

Прочностные характеристики пластмасс, способность к переработке, стойкость к растрескиванию и другие свойства определяются не только составом и строением молекулярной цепи, но и надмолекулярной структурой полимеров. При плавлении полимеров в них сохраняются надмолекулярные образования, которые могут разрушаться при воздействии на расплав механических напряжений, вызывающих его течение. Это вызывает нестабильность свойств, в частности вязкости расплавов. В то же время при течении расплава происходит ориентация макромолекул, которая может вызвать механическое стеклование (кристаллизацию) полимера, т. е. материал потеряет текучесть. [c.274]

В области / умеренных и небольших уц (низкие напряжения) формование волокон и пленок из расплавов хорошо кристаллизующихся полимеров (ПЭ, ПЭВД, ПКА и т. д.) приводит к росту у них сферолитов, сплюснутых относительно направления растяжения [66]. Как правило, с увеличением Яф степень сплюснутости сферолитов увеличивается, а диаметр уменьшается. Поскольку на выходящий из фильеры расплав действует не только растягивающее поле, но и термоградиентное, одно время считали, что именно последнее обуславливает неодинаковую скорость роста сферолитов в разных направлениях (перепад температуры вдоль формуемого волокна или пленки обычно на несколько порядков больше, чем в поперечном направлении). Однако, было обнаружено, что в деформированном расплаве сшитого ПЭ и при отсутствии термоградиентного поля растут анизометрические сферолиты [66]. Термодинамический анализ кинетики кристаллизации расплава в условиях растягивающих напряжений показал, что влияние молекулярной ориентации на структурообразование в этом случае сводится к подавлению роста кристаллитов в направлении растяжения. [c.59]

В более медленно кристаллизующихся полимерах, таких как синдиотактический полипропилен и синдиотактический полистирол, сердцевина может иметь стеклоподобную форму, в то время как у поверхности возникает существенная структурная ориентация. В термопластах, имеющих стеклоподобную структуру, это видно по распределению двулучепреломления. В медленно кристаллизующемся изотактическом полистироле расплав может иметь стеклоподобную структуру при обычных условиях литья под давлением. Однако при литье в формы с вращающимся сердечником в этом материале возникает кристаллизация, вызванная напряжением. [c.237]

Когда расплавленный полимер подвергается действию напряжения сдвига, он не ведет себя подобно вязкой жидкости, как, например, низкомолекулярные жидкости, а характеризуется частичной упругостью. Это означает, что при стационарном течении полимерного расплава возникает упругая деформация, от которой данный расплав может освободи гься при снятии напряжения сдвига. Такую упругую деформацию можно выразить как уе = г/О, где С — модуль упругости при сдвиге. [c.273]

Рассмотрим ньютоновскую жидкость и расплав полимера, находящиеся в одинаковых экспериментальных условиях между двумя параллельными пластинками (рис. 6.3). Нижняя пластинка фиксирована, верхняя мгновенно смещается на расстояние Ах . Тогда мгновенно приложенная деформация составит -= Ах/Ау. В обеих жидкостях будут развиваться напряжения =--- t)IAy. Их зависимость от времени показана на рис. 6.3, а и б. В случае ньютоновской жидкости напряжения релаксируют мгновенно в соответствии с уравнением (6.2-1) таким образом, за исключением бесконечно малого промежутка времени, когда пластинка смещается на расстояние Ах, величина к (AxlAy)ldt == dvjdt у = 0. Следовательно, медленная релаксация напряжений в полимерных расплавах при Y = О не может быть описана с помощью определяющего уравнения ньютоновской жидкости, однако это возможно в рамках тррии вязкоупругости (см. разд. 2.1 и 6.4). [c.138]

Рассмотрим конкретный практический пример ламинарного смешения. Жидкий компонент вводят в смеситель, содержащий расплав полимера в форме капель микроскопических размеров. Мы утверждаем, что то, что произойдет с каплями в потоке жидкости в начальной стадии смешения, не зависит от смешиваемости компонентов. Это объясняется тем, что при быстром растворении образуется тонкий (в лучшем случае) пограничный слой. Постепенно капли де формируются, подвергаясь воздействию локальных напряжений.. Поле напряжений неоднородно, поскольку компоненты смеси имеют различные реологические свойства (как вязкость, так и эластичность). Влияние поверхностного натяжения несущественно (соответственно несущественно и наличие или отсутствие четких границ раздела), Вязкие силы превышают поверхностное натяжение По мере деформации капель и увеличения площади поверхности раздела степень смешиваемости двух компонентов начинает играть все возрастающую роль. Для смешиваемых систем внутренняя диффузия способствует достижению смешения на молекулярном уровне, а в случае несме-шиваемых систем — вводимый компонент дробится на мелкие домены. Эти домены вследствие вязкого течения и под воздействием сил поверхностного натяжения достигают состояния, характеризуемого постоянной величиной деформации. Таким образом, для несме-шиваемых систем смешение начинается по механизму экстенсивного смешения и постепенно переходит в гомогенизацию. Морфология доменов, образующихся как в смесях, так и в сополимерах, является предметом интенсивных исследований [19]. [c.388]

I — расплав полимера в рабочей камере 2 - плунжер, создающий напряжение сдвига т 3 — капилляр, в котором течет расплав полимера 4 струя полимера, выходящая из отнерстия капилляра [c.160]

Выше мы отмечали, что во всех полимерных расплавах существует пространственная структура, образованная вторичными (ван-дер-ваальсовыми) связями. Еще раз оговоримся, что, несмотря на наличие этих связей, расплав полимера является истинной жидкостью в том смысле, что даже самые малые напряжения сдвига вызывают необратимую деформацию — течение. Однако при этом вязкость расплава очень велика. Существование пространственной структуры, образованной физическими связями, не препятствует этому течению, поскольку процесс разрушения связей под воздействием теплового движения молекул протекает достаточно быстро. Поэтому при малой скорости деформации расплавы не обнаруживают никаких эластических свойств, ибо скорость релаксации высокоэластических деформаций выше скорости их накопления. Входовые эффекты, соответствующие малым скоростям деформации, оказываются настолько малы, 86 [c.86]

В данном случае предпочтительнее всего использовать внешне обогреваемое температурнорегулируемое литниковое сопло (рис. 2). Тогда расплав полимера направляется по трубке, чьи стенки удерживают необходимую температуру переработки за счет электрического тока напряжением от 3 до 5 Вольт и которая эффективно изолирована от потерь тепла. Таким образом, можно вставить в длинный формообразующий знак с внутренним диаметром 38 мм втулку 9 со спиральным охлаждением, чье отверстие диаметром 22 мм способно разместить литниковое сопло длиной в 200 мм (рис. 3). [c.150]

СВОЙСТВ, возникающую в результате молекулярной ориентации. Так, если изделия производят методом литья под давлением, то вязкий расплав полимера под большим давлением подается в прессформу, где он быстро остывает. В процессе течения молекулы подвергаются значительной ориентации, которую легко наблюдать в поляризованном свете. Это ориентированное состояние молекул замораживается при их охлаждении, что создает потенциально слабые места в изделии, если при эксплуатации возникают напряжения в направлении, перпендикулярном ориентации. [c.191]

Напряжения, возникающие вследствие ориентации и объемного сжатия. Обычно можно представить полимеры состоящими из длинных, беспорядочно расположенных цепных молекул. Во время заполнения прессформы хаотическое расположение молекул переходит в упорядоченное, так как молекулы ориентируются в направлении течения. Как только расплав полимера прикоснется к холодной стенке формы, он быстро охлаждается (рис. 5,45, слой В). Расположенный дальше слой А продолжает двигаться, хотя он также охлаждается. Возникающие между [c.396]

Для переработки полиамидов в большинстве случаев применяют литьевые машины с предварительной пластикацией. Необходимость применения предварительной пластикации диктуется специфичностью свойств полиамидоз низкой теплопроводностью, высокой температурой плавления, узким интервалом температур плавления и разложения. В предпластикаторе происходит гомогенизация материала, и в литьевую форму впрыскивается расплав полимера с одинаковой в любой точке литьевой массы температурой, вязкостью и заданным молекулярным весом. Вследствие этого отливаемые изделия имеют более высокую степень кристалличности, меньшие внутренние напряжения, повышенную механическую прочность. [c.241]

В предпластикаторе происходит гомогенизация материала, и в литьевук> форму впрыскивается расплав полимера с одинаковыми в любой точке литьевой массы температурой, вязкостью и молекулярным весом. Вследствие этого отливаемые изделия имеют более высокую степень кристалличности, меньшие внутренние напряжения, повышенную механическую прочность. [c.281]

При литье под давлением расплав полимера попадает в форму, стенки которой имеют температуру ниже Гпл- Кристаллизация начинается у стенок формы, а затем проходит во внутренних слоях отливки. Первые порции расплавленного полимера, соприкасаясь со стенками формы, подвергаются напряжениям сдвига в направлении течения и быстро кристаллизуются. В этом случае возникают особые типы центров кристаллизации, в виде очень маленьких фибрил непра- [c.164]

По Метцнеру , изменение угла входа в пределах от 40 до 180° оказывает небольшое влияние на укр-, и только при угле входа меньше 20° наблюдается повышение укр.. По Милсу конусообразная форма входного отверстия с углом в 40° способствует уменьшению шероховатости поверхности литьевых изделий. Влияние входных эффектов на значение 7кр. наглядно показано в работе б с так называемым бесконечным капилляром , в котором отсутствуют входовые эффекты. Для моделирования бесконечного капилляра в капилляр с 1/йо = 54,8 заливался и длительное время выдерживался расплав полимера, при этом происходила релаксация напряжения. Выдавливание расплава из капилляра при у—135 сек приводит к получению [c.123]

На рис. 44 представлена зависимость вязкости от величины напряжения сдвига т (неньютоновское течение) для полистирола с молекулярным весом 360 000. Из рис. 44 видно, что при напряжениях сдви1а, превышающих 10 dunj M , наблюдаются большие отклонения от линейной зависимости для течения. Если же ограничиться низкими напряжениями сдБИга или малыми градиентами потока, то сохраняется лине -ная зависимость для текучести. Тогда расплав полимера можно охарактеризовать с помощью вязкости, зависящей от его температуры и молекулярного веса. [c.600]

При деформации полимеров в расплаве молекулярные цепи стремятся ориентироваться в направлении действия силы, а среднее расстояние между концами молекулы увеличивается. Степень ориентации можно определить по величине угла двулучепреломления в потоке расплава (см. разд. 3.9). Другим методом определения молекулярной ориентации является измерение анизотропии усадки при отжиге тонких, быстро охлажденных образцов. Чтобы рассчитать степень молекулярной ориентации, которой подвергается полимерный расплав под воздействием поля напряжений, необходимо знать продолжительность действия напряжений и располагать адек- [c.68]

Кривая течения полимера, как известно, описывает совокупность установившихся режимов течения полимера с разными скоростями и напряжениями [3]. Из экспериментальных результатов следует, что расплав 1,2-СПБ относится к аномально вязким (неньютоновским) жидкостям, т. к. его эффективная вязкость (Лэф) не является величиной постоянной, а зависит от скорости и напряжения сдвига, причем скорость сдвига увеличивается быстрее, чем напряжение сдвига (рис. 1). Угол наклона кривых течения к оси абсцисс, xapaктepизyюш й интенсивность развития аномалии вязкости [3], с увеличением температуры практически не изменяется (рис. 1). [c.32]

Появление критической точки на фазовой диаграмме для перехода кристалл — расплав, на первый взгляд, само по себе удивительно, так как в простых системах ее быть не должно [39]. Искать аналогию с переходом жидкость — газ на том основании, что при растяжении гибкоцепных полимеров напряжение играет роль давления, а длина — объема, в данном случае тоже лишено физического смысла, так как, даже с учетом перемены знака, при развитии аналогии растяжения каучука сжатию газа, мы все равно не смогли бы построить подобие вандерваальсовых кривых. [c.328]

Выше температуры размягчения упругость полимеров не идеальна, так как упругое восстановление после деформации образца не является полным ( остаточная деформация ). Это происходит потому, что внутренние напряжения внутри образца, вызванные деформацией сегментов, при взаимном перемещении макромолекул могут быть компенсированы, что, в свою очередь, вызывает уменьшение восстанавливающей силы. Такого рода процессы называются релаксационными. При более высоких температурах процессы релаксации протекают быстрее (усиление мак-роброуновского движения), хотя сам полимер в расплавленном состоянии еще остается упругим, так как макромолекулы находятся в виде переплетенных клубков. Поэтому расплавы высокомолекулярных веществ называют также вязкоупругими жидкостями. Вязкоупругие свойства отчетливо обнаруживаются только в определенном температурном интервале в непосредственной близости от температуры размягчения полимеры являются настолько жесткими, что для их деформирования требуются значительные усилия и восстановление протекает весьма медленно. Значительно выше температуры размягчения расплав легко деформируется, но на упругое восстановление накладывается течение вследствие усиления макроброуновского движения. Область [c.37]

Образование разрывов на кривых течения, наблюдаемое для гибкоцеп-иых полимеров достаточно большого молекулярного веса, связано с их переходом из текучего состояния в высокоэластическое прп критической интенсив-иости воздействия (скорости и напряжении сдвига) вследствие этого расплав теряет способность течь и начинает целиком скользить по стенке капилляра, так что поверхность скольжения образуется не внутри расплава, а на границе полимер —твердая стенка. См. Виноградов Г. В., Высокомол. соед., I3A, 294 (1971) Виноградов Г. В., Малкин А. Я- и др. Высокомол. соед., 14А, 2425 (1972) J. Polymer Sei., А-2, 10, 1061 (1972).— Прим. ред. [c.176]

Одно из наиболее легко наблюдаемых последствий упругости расплавов полимеров заключается в так называемом фильерном расширении при экструзии (эффект Баруса). При выходе из фильеры или литникового канала полиме )ный расплав, находившийся под действием Напряжения сдвига, сразу же испытывает упругое [c.273]

По Бенбоу и Лэмбу [15] для весьма разнообразных полимеров расплав разрывается практически при одинаковом напряжении сдвига, равном 1,25-10 дин/см2. [c.276]