Течение полимеров при сдвиге

Это уравнение отражает идеальное (ньютоновское) течение жидкости, которое характеризуется следующими тремя чертами появлением сдвиговых деформаций при сколь угодно малых напряжениях, отсутствием эффектов упругости при течении и независимостью вязкости от скорости и напряжения сдвига. Полимеры, однако, обнаруживают отклонение от ньютоновского течения по всем указанным признакам. Во-первых, они могут проявлять признаки пластических тел, т. е. тел, характеризующихся наличием предела текучести — критического напряжения, только после достижения которого способно развиваться течение. Во-вторых, течение полимеров сопровождается накоплением высокоэластической энергии, что вызывает появление напряжений, перпендикулярных направлению течения, и, как следствие этого, разбухание экстру-дата, усадку образца и т. д. Полимеры, таким образом, наиболее ярко проявляют признаки вязкоупругих тел. Наконец, вязкость полимеров, как правило, сильно зависит от у и т, уменьшаясь с возрастанием последних (явление аномалии вязкости). Вязкость, соответствующая данному режиму течения и называемая обычно эффективной, будет рассмотрена ниже, здесь же мы остановимся на молекулярной трактовке ньютоновской вязкости [c.50]

Уравнение (10) с постоянным значением п применимо только для ограниченного интервала значений градиента или напряжения сдвига. Более полную картину течения полимера во всей доступной области изменения у. составляющей до 8 десятичных порядков, могут дать лишь эмпирически определяемые кривые течения — представленные в логарифмических координатах графики зависимости т либо т] от у. Конкретный вид графиков сильно зависит от молекулярной структуры эластомеров. [c.52]

ОСОБЕННОСТИ ВЯЗКОГО ТЕЧЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ ПРИ СДВИГЕ И РАСТЯЖЕНИИ [c.175]

Особенности вязкого НЫХ веществ, а также особенности тече-течения полимеров ния деформируемых материалов (вязкое при сдвиге и растяжении течение жидкостей, аномалия вязкости и [c.146]

Структуру эластомеров можно представить также состоящей из свободных сегментов (тепловое движение которых квазинезависимо) и распределенных по всему объему областей молекулярной упорядоченности в виде микроблоков. Между обеими структурными составляющими наблюдается подвижное равновесие, сдвиг которого происходит при изменении как Т, так и Р. При снижении Т упорядоченность структуры полимера возрастает, причем этот процесс протекает во времени. Если выбрать малое Р, чтобы практически не происходило разрушения сформированной надмолекулярной структуры, то в процессе медленного течения полимера его надмолекулярная структура должна успевать восстанавливаться. [c.168]

Для полимеров в вязкотекучем состоянии наиболее важной характеристикой является их поведение при сдвиге. Связь между скоростью вязкого течения у и напряжением т простого сдвига определяется законом Ньютона т = Т1у, где т] — коэффициент пропорциональности, называемый вязкостью. Вязкость характеризует сопротивление полимера сдвигу или его внутреннее трение. При постоянной температуре вязкость (т. е. отношение напряжения к скорости сдвига) может не зависеть от режима деформирования. Среды, удовлетворяющие этому условию, называются ньютоновскими. К ним относится большинство низкомолекулярных жидкостей. Непрерывная перестройка структуры таких жидкостей под [c.153]

Возникновение разрывов в полимерной системе или ее отрыв от стенок обусловливают возможность протекания релаксационных Процессов в этих зонах п, как следствие, залечивание разрывов. Эти противоположные по своей природе явления, протекающие последовательно и непрерывно, придают всему процессу колебательный характер. Такой характер течения полимеров при высоких напряжениях сдвига вызывает, например, искажение формы струй, вытекающих из насадок. Эго иллюстрируется рис. П, на котором показана фотография струи стереорегулярного каучука, вытекающего из цилиндрического капилляра (см. стр- VII). [c.251]

Энтропийный механизм структурной вязкости линейных полимеров был предложен и обоснован автором [И] в 1960 г. Его молекулярная природа заключается в следующем. В процессе течения надмолекулярная структура полимера обратимо разрушается и тем сильнее, чем больше напряжение сдвига. Разрушение структуры происходит так, что сегменты полимерных цепей, входящие в надмолекулярные образования, сохраняют постоянной энергию активации перехода их в свободное состояние. Последняя равна энергии активации течения полимера /д. Вероятность обратного процесса — перехода [c.176]

На рис. 7 видны наиболее характерные особенности кривых течения. Прежде всего обратим внимание на то, что при низких напряжениях сдвига угол наклона кривых (в двойных логарифмических координатах) приближается к 45°, что указывает на ньютоновский характер течения полимера. С повышением напряжения сдвига кривые изгибаются вследствие уменьшения сопротивления потоку. При достижении высоких скоростей сдвига угол наклона кривых вновь приближается к 45 X. Это можно объяснить тем, что отдельные участки цепных молекул проходят капилляр настолько быстро, что не успевают ориентироваться. В результате сопротивление потоку [c.33]

Рассуждения автора, касающиеся временных эффектов, наблюдаемых при течении полимеров, не строги. Вследствие того что расплавы обладают не только вязкостными, но и упругими, и прочностными свойствами, неустановившиеся напряжения, измеряемые в ротационном вискозиметре в условиях постоянной скорости сдвига, отнюдь не характеризуют вязкости, так как, вообще, само понятие о вязкости для таких систем, как расплавы полимеров, достаточно строго может быть сформулировано лишь для установившегося режима течения. Подробнее об этом см. в работах Г. В. Виноградова с сотрудниками [ДАН СССР, 148, №2, 369 (1963) Высокомол. соед., [c.40]

До сих пор мы говорили о происходящих во времени обратимых изменениях структуры полимера. Однако, если подвергать полимер сдвигу в течение достаточно длительного промежутка времени, то под влиянием двух факторов деформации сдвига и температуры—может произойти разрыв полимерных цепей и уменьшение молекулярного веса. [c.42]

Выше уравнение Эйринга было рассмотрено в связи с обсуждением активационного механизма течения полимеров. Это уравнение было модифицировано Ри и Эйрингом с целью учета существования распределения времен релаксации расплава полимера. В другой работе Ри и Эйринг распространили свою теорию и на растворы полимеров. Для этого растворитель рассматривался как ньютоновская единица течения, а само уравнение было модифицировано с учетом наличия различных компонентов, обладающих разными вязкостью, временами релаксации и занимающих различный объем. При этом удается также учесть влияние на вязкость скорости сдвига. [c.80]

Основная особенность, присущая течению полимеров, заключается в их способности к одновременному развитию трех видов деформации упругой, высокоэластической и пластической . Первые два вида деформации носят обратимый характер, последняя является необратимой. Таким образом, для деформации сдвига элементарной призмы, вырезанной из расплава, будет справедливо следующее уравнение [c.20]

Основная особенность течения полимеров заключается в одновременном развитии трех видов деформации упругой уу, высокоэластической Vb и пластической Vn [19]. Деформации первых двух видов носят обратимый характер, деформации третьего вида являются необратимыми. Таким образом, для деформации сдвига элементарной призмы, вырезанной из расплава, справедливо следующее уравнение [c.46]

Уже Рейнер отмечал [9, с. 51], что при ламинарном течении вязких жидкостей каждый элемент объема не только деформируется со скоростью сдвига у, но и вращается с угловой скоростью 03=y/2- Рассматривая с этих позиций стационарное течение полимеров, можно считать, что каждый элементарный объем полимерного материала, вращающегося относительно поля напряжения с определенной частотой, подвергается периодической деформации растяжения с вдвое большей частотой [20, с. 37], поскольку за один оборот каждое сечение дважды совмещается с направлением главного растягивающего напряжения. Таким образом, установившееся ламинарное течение является своеобразным аналогом динамического режима деформации, а аномалия вязкости, наблюдающаяся при стационарном течении, аналогична частотной зависимости динамической вязкости и так же, как все остальные особенности механического поведения полимеров, является следствием релаксационного механизма деформации [14, с. 479 17, с. 153 21—36 38—40 121 122]. [c.48]

При теоретическом исследовании процесса течения полимеров зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига часто представляют в виде полинома [32], позволяющего описать поведение расплава в широком диапазоне градиентов скорости. [c.77]

Склонность полимерных материалов к образованию адгезионных узлов сцепления меньше, чем у металлов. Полимеры способны проявлять большие упругие деформации. Поэтому при сдвиге, к-рым всегда сопровождается трение, может отсутствовать интенсивное пластич. течение полимера в зонах контакта поверхностей трения, облегчающее их адгезионное сцепление. Упругие силы, действующие в зоне контакта, облегчают разрыв узлов сцепления при относительном перемещении этих поверхностей. Слабое растекание полимеров препятствует выносу из зоны контакта загрязнений и адсорбционных пленок, что также затрудняет образование и развитие адгезионных узлов сцепления. [c.97]

Деформация полимеров в вязкотеку ем состоянии представляет деформацию сдвига, для которой характерно постоянство объема деформируемого тела при изменении его формы. Поэтому поведение и характер течения полимеров и низкомолекулярных жидкостей существенно различаются. [c.378]

Отметим, что г/ = О — центральная точка между пластинами.) Очевидно, что скорость сдвига не зависит от скорости пластин, если обе пластины движутся с одинаковой скоростью, и скорость сдвига возрастает с увеличением скорости пластины, если одна пластина движется относительно другой. В первом случае, когда АР = О, т. е. при условии существования только вынужденного течения (пробковое течение), скорость сдвига и, следовательно, диссипативные тепловыделения равны нулю, тогда как в последнем случае даже при наличии чисто вынужденного течения механическая энергия непрерывно переходит в тепло с интенсивностью .1 (Уа1Н) . Практическим следствием этих различий является то, что машины, работающие по принципу относительного движения поверхностей (червячные экструдеры), имеют верхние границы скорости, что обусловлено чувствительностью полимера к тепловой и сдвиговой деструкции. Действительно, при конструировании экструдеров это ограничение заставляет увеличивать длину винтового канала для получения нужного давления экструзии. Поэтому машина, работа которой основана на принципе движения двух поверхностей с равными скоростями, более эффгктивна с точки зрения генерирования давления, чем машина с одной движущейся поверхностью (при равных Уо и д ), и производительность ее может быть значительно увеличена в связи с отсутствием верхчего теоретического предела для значения [c.454]

При вязком течении происходит непрерывный процесс разрушения и перестройки его надмолекулярной структуры. Разрушение ее идет тем быстрее и дальше, чем больше Р и скорость вязкого течения. В процессе течения надмолекулярная структура полимера обратимо разрушается, причем тем сильнее, чем выше напряжение сдвига. При этом разрушение структуры происходит так, что сегменты полимерных цепей, входящие в надмолекулярные образования, отрываются по одному и энергия активации U перехода сегментов в свободное состояние равна энергии активации течения полимера. Отрыв сегментов от структурных микроблоков происходит под действием теплового движения, так как Р недостаточно велико, чтобы существенно влиять на процесс отрыва, поэтому в некоторой области изменения напряжений i/= onst. [c.165]

Характер течения полимерных систем зависит как от вида деформации (сдвига, растяжения), так и от скорости потока (квази-статический или динамический режим). В процессе течения полимеров разных молекулярных масс при определенных напряжениях и частотах внешнего воздействия возможен их переход, по данным Виноградова с сотр., из вязкотекучего состояния не только в высокоэластическое, но и в стеклообразное. Наличие у аморфных полимеров структурной упорядоченности флуктуацнонной природы проявляется и в вязкотекучем состоянии, влияя на процессы их переработки. После разрушения надмолекулярной структуры в полимерных системах при действии напряжений в условиях повышенных температур их реологические свойства изменяются (текучесть улучшается). Термообработка полимеров позволяет целенаправленно регулировать характер их надмолекулярной структуры, что важно для установления закономерностей процессов переработки. [c.172]

Измерение зависимости скорости течения полимеров у от напряжения сдвига т (кривые течения) показывает, что для полимерных систем характерен эффект аномалии вязкости, заключаюший- ся в уменьшении вязкости по мере увеличения напряжения сдвига т (рис.V. 17). [c.154]

Как видим, оба уравнения в логарифмических координатах выражаются прямой линией, однако тангенс угла наклона кривой, построенной по уравнению (11.3), равен единице, а тангенс угла наклона кривой, построенной но уравнению (11.4), равен п, что и показано на рис. 11.5. Экспериментальные данные, полученные для растворов или расплавов полимеров с помощью вискозиметра, хорошо описываются прямыми линиями в координатах рис. 11.5. Это несомненное удобство, так как при необходимости рассчитать скорость течения полимера в том или ином типе оборудования для переработки можно взять из справочной литературы значение показате- gj- ля степени п п, измерив вязкость полимера при одном значении напряжения или скорости сдвига, получить всю кривукз течения. Показатель степени п носит название индекс течения. [c.161]

Полимеры в вязкотекучем состоянии могут испытывать три вида деформации сдвиг, одноосное растяжение и объемное сжатие Наиболее изучено течение полимеров прн сдвиге Перемещение элементов тела осуществ чяется под действием тангенциальных напряжений ог со скоростью (где — деформация, (— время). Сдвиг являстся основным видом деформирования прн переработке полимеров на смесительном обо-рудовапни (смешение с ингредиентами, ватьцевание и др). Одноосная деформация яв ]ястся определяющей ирн производстве во юкон, а прн получении пленок большой вк 1ад вносит и двухосное растяжение [c.301]

Для характеристики реологических свойств расплава полимера обычно используют кривые течения и вязкости, получаемые при раз-личньгх температурах и представляющие собой зависимости скорости сдвига от напряжения сдвига и вязкости от напряжения и скорости сдвига [2, 3]. На практике для оценки технологичности переработки термопластичных полимеров применяют также показатель текучести расплава (ПТР) или индекс расплава, определяемый методом капиллярной вискозиметрии. Использование этого показателя удобно тем, что на основании значений ПТР могут быть рассчитаны другие параметры вязкого течения полимера [1, 3]. [c.32]

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]

В проявлейие аномалии вязкости кроме релаксационных процессов вносит еще вклад разрушение существующих в расплавах полимеров надмолекулярных структур, которое происходит, начиная с некоторых значений скоростей сдвига (участок II кривой течения 2 на рис. И. 14). Надмолекулярные структуры сохраняются в расплаве при малых скоростях сдвига, т. е. иа начальном участке I кривой течения полимера, и полностью отсутствуют при очень больших скоростях деформирования полимера, т. е. на участке III. Аномалию вязкости поэтому связывают с понятием структурной вязкости. Системы, аномалия вязкости которых выражается в уменьшении вязкости с ростом скорости сдвига, называют псевдопластичными. Многие полимеры в вязкотекучем состоянии являются псевдопластичными высоковязкими жидкостями, эффективная вязкость которых в реальных условиях переработки снижается в сотни и тысячи раз. [c.36]

Реологи уже более четверти века доказывают, что для характеристики полимера необходимо иметь полную кривую течения. Это же требование относится и к растворам, суспензиям и гелям. Однако в большинстве случаев поставщики и потребители сырья продолжают характеризовать реологические свойства полимеров, применяя методы малых скоростей сдвига. Такие методы могут быть полезными для контроля реологических свойств различных партий полимеров, незначительно отличающихся друг от друга, или семейства полимеров одного и того же типа. Когда же оцениваются материалы, полученные различными способами, или полимеры разных типов, то для наиболее полной их характеристики необходимо расширить область напряжений сдвига. Грин в своей книге, выпущенной в 1949 г., указал на необходимость получения всей кривой течения полимера . Диллон и Джонсон еще в 1933 г., исследуя невулканизованную резину, рассмотрели различные типы приборов, применяемых для измерения вязкости. Они пришли к выводу, что скорости сдвига в промышленном оборудовании значительно выше, чем скорости сдвига, реализуемые в вискозиметрах. Следовательно, условия получения данных на низкоскоростных вискозиметрах весьма далеки от тех условий, которые встречаются в реальных машинах. [c.43]

Герцог и Вайссенберг (1928 г.) установили, что в полимерах, подвергнутых сдвигу, возникают нормальные силы . Можно предположить, что при течении полимера в капилляре происходит ориентация структурных единиц в потоке. По выходе из капилляра напряжения сдвига перестают действовать. Естественно, что молекулы стремятся возвратиться в исходные (неориентированные) положения. В действительности процесс релаксации происходит и при течении в самом капилляре, в результате этого стенки капилляра испытывают давление, направленное по нормали к поверхности. В случае ротацион- [c.44]

Одновременное развитие всех этих трех видов деформации приводит к тому, что в условиях установившегося течения полимеры обладают свойствами так называемых аномально-вязких, или не-ньюто новских жидкостей. Это означает, что при весьма малых напряжениях сдвига реологические свойства расплава характеризуются постоянной ньютоновской вязкостью. В этой области скорость накопления высокоэластиче-- ских деформаций оказывается меньше скорости их релаксации, быстро увеличивающейся с росто.м деформации. Вследствие этого накопленная обратимая деформация оказывается очень малой, а материал течет с постоянной ньютоновской вязкостью г)а (облзсть/ на рис п. I). Дальнейшее увеличение напряжения (или скорости деформации) приводит к тому, что накапливающаяся деформация уже не успевает релаксировать полностью, поэтому какая-то часть деформации носит высокоэластический характер. Внешне это проявляется в интенсивном [c.46]

В качестве иллюстрации влияния безразмерного градиента давлений на деформацию сдвига на рис. VIII. 30, б приведены кривые зависимости параметра Гз от Bi, рассчитанные численным методом для различных значений индекса течения. Из рисунка видно, что с увеличением безразмерного градиента давлений значение этого параметра плавно возрастает. Аналогичным образом возрастает и удельная деформация сдвига. Интересно, что с ростом индекса течения деформация сдвига, которой подвергается экструдируемый полимер, быстро растет. Так, при одинаковом значении безразмерного градиента давления (В = 0,5) суммарная деформация сдвига при переходе от п = 1 к и = 4 увеличивается почти в два раза (см. рис. VIII. 30, б). [c.308]

Участку кривой течения D отвечает более или менее заметная аномалия вязкости. Она выражена тем слабее, чем уже ММР полимера и выше температура. В точке D достигаются критические значения скоростей и напряжений сдвига, при которых совершается переход полимера в высокоэластическое состояние. Это сопровождается резким снижением его текучести и уменьшением адгезионного взаимодейстня полимера со стенкой капилляра. В результате наблюдается падение сопротивления движению полимера в канале и соответственно скачкообразное повышение расхода — эффект срыва потока, что показано вертикальной ветвью DE кривой. Срыву может отвечать огромный скачок расхода. При срыве ламинарное течение полимера сменяется скольжением относительно стенок канала. В этом режиме движения полимера расчет скорости сдвига становится невозможным. Следовательно, то, что принято называть кривой течения (см. раздел 5.1 настоящей главы) относится к участку ЛS D рассматриваемй кривой и никоим образом не к участку DE. Это очень важное замечание. При формальном (но лишенном физического смысла) расчете вязкости на участке DE она оказывается обратно [c.194]

Выше указывалось (см. раздел 6.7 настоящей главы), что вязкость высокомолекулярных линейных полимеров с узким ММР слабо зависит от напряжения и скорости сдвига, вплоть до их высоких значений, тогда как у полидисперсных образцов аномалия вязкости может быть выражена очень резко. Ясно, что кривые течения полимеров с узким и пшроким ММР не могут быть подобными и, следовательно, не совмещаются переносом параллельно самим себе в координатных осях lg у —lg т или lg т —lg Y. Это иллюстрируется экспериментальныма данными, относящимися к пойибу-тадиенам с узкими и широким ММР (рис. 2.50). Сказанное можно пояснить, сопоставляя релаксационные характеристики полимерных систем с различными ММР. Дело в том, что приведенное выше выражение для 0 справедливо для монодисперсных полимеров и его нельзя распространять на полимеры с широкими ММР, [c.229]

Данное уравнение применимо для случая установившегося течения. С повышением температуры разность между значениями ньютоновской вязкости при низких и высоких скоростях сдвига будет уменьшаться, а область неньютоновского течения будет сдвигаться в сторону более высоких скоростей сдвига. С увеличением температуры показатель степени неньютоновского поведения полимера несколько увеличивается и приближается к области ньютоновского течения. При этом уменьшаются силы межмолекулярного взаимодействия, а следова- [c.76]

Таким образом течение полимера возможно в то1М случае, когда имеется достаточное количество дырок, т. е. достаточный свободный объем. Это очень наглядно можно сравнить с попыткой выйти из переполненного транспорта в часы пик . При наличии свободного объема, допускающего течение, необходим запас тепловой энергии сегмента для преодоления взаимодействия с соседями (физически сильному человеку легче выйти из вагона ). Под действием напряжения сдвига в условиях, когда течение полимера возможно, сегменты [макромолекул перемещаются, некоторые узлы переплетений макро молекул распутываются и возникают в другом (месте, т. е. флуктуационная сетка последовательно разрушается и создается вновь, разрушаются одни микрообласти ближнего порядка и создаются другие, в результате надмолекулярная структура в целом не меняется, но происходит течение, т. е. перемещение макромолекул, как результат последовательного перемещения сегментов. [c.132]

Вязкое течение полимеров происходит пе только при сдвиге, но и при др. видах деформации, из к-рых наибольший интерес представляет растяжение. Вязкость простых низкомолекулярпых жидкостей при растяжении (продольная вязкость) в 3 раза выше вязкости при сдвиге. В случае полимеров это соотношение выполняется только при очень малых скоростях деформации. По мере увеличения последней продольная вязкость полимеров, а следовательно, и сопротивление деформированию возрастает. Сопротивление деформированию обусловленное распрямлепием цепных макромолекул в ходе растяжения, при заданной постоянной скорости деформации растет до нек-рого предела, соответствующего установлению стационарных распределений конформаций макромолекул. [c.288]