Методички / 956

де из цилиндра в капилляр. Это потери энергии на входовые эффек­

ты и могут бьпь определены графическим методом или методом

двух капилляров, через потери давления. На схеме (рисунок 6) пока­

зано изменение профиля скорости течения расплава при переходе

потока из канала большего диаметра (Dk) в канал меньшего диа­

метра (~) и формирование вихревых потоков. Течение расплава

идет под давлением Р.

В канале диаметром Dkтечение расплава носит установившийся

характер и профиль скоростей в потоке параболический. При пере­

ходе в канал меньшего диаметра он изменяется на трапецевидный,

поток те-чет в неустановившемся режиме. Давление Р на входе в

канал дна-метром ~ расходуется на перестроЙI<:y течения от неус­

тановившегося режима к установившемуся (вновь профиль стано­

вится параболичес-ким) на некоторой длине канала Lвxoд (дрвход)

и на преодоление сопро-тивления течению за счет вязкоro трения

на длине канала Lвязк (дрвязк). Изменение давления на участке

канала Lвxoд нелииейно, а на участке Lвязк пропорционально

произведению Lвязк х ", Т.е. линейно. Величина входовых потерь

Рвход графически определяется как отрезок на оси ординат, отсе­

каемый продолжением линейного участка графика Р = f(L). Если

продолжить эту линию до уровня, соответствующеro Р, то опустив

перпенДИКУляр на ось L, можно найти фиктивную дополнитель-

] 1

http://www.mitht.ru/e-library

ную длину канала (L фикт), на которую надо бьmо бы УДЛИНИТЬ ка­

нал, чтобы по всей его реальной длине реализовьmалось вязкое те­

чение.

Рисунок 6 - Схема формирования входовых потерь.

продолжить эту линию до уровня, соответствующего Р, то опустив

перпендикуляр иа ось L, можно найти фиктивную дополнитель-

ную длину канала (L фикт), на которую надо бьmо бы удлинить ка­

нал, чтобы по всей его реальной длине реализовывалось вязкое те­

чение.

2. ПОКАЗАТЕЛЬ ТЕКУЧЕСТИ РАСПЛАВА

ТЕРМОПЛАСТОВ

В промыmленности для качественной оценки технологичности

термопластов различнъlX марок и партий используют показатель

12

http://www.mitht.ru/e-library

текучести расплава mTP/, который определяется по гост 11645-73

на приборе ИИТР (существует несколько модификаций этого при­

бора).

Показатель теk')'Чести pacIU1asa характеризует вязкость термо-

пластов выше температуры текучести и выражается количеством

матери-

ала (В граммах), выдавленного через капилляр в течение 10 мин

при стандартных для каждого полимера условиях (температура,

груз, размеры капилляра и время прогрева материала в цилиндре

прибора).

Условия определения птр для некоторых TepMoIU1acToB npиве­

дены в Приложении 1 (в соответствии с гост 11645-73).

Оценка ПТР проводится на капилляре диаметром 9,48 мм дли­

ной 8 мм, диаметр отверстия капилляра - 2 мм (или 1мм).

t

где m - средняя масса экструдата в опыте (загрузке), г;

t - время выдавливания одного экструдата, с.

ПТР определяют при сравнительно низких скоростях (l00 -lO'с·')

и напряжениях сдвига, Т.е. этот показатель характеризует вязкость

(1}nтp) при низких сдвиговых воздействиях. При переработке экстру-

под давлением скорости сдвига изменяются в широком диапазоне:

запонение формы идет при скорости сдвига примерно 5'102 -5 1ОЗс·',

а в литнИI<ОВЫХ каналах и во впусках до 105 _106с·1, поскольку они

13

http://www.mitht.ru/e-library

имеют меньшие поперечныIe размеры. чем форма. Поэтому возни­

кает вопрос, можно ли по величине ПТР оценивать вязкость npо­ мьпnленных марок термопластов и их формуемость в условиях

литья.

Это можно делать в том случае. если два материала имеют кри­ вые течения подобные друг другу (рисунок 7).

у. >?~

?i > '?г..

Рисунок 7 - Кривые течения двух полимеров подобны.

Если кривые течения не подобны (рисунок 8), то по ПТР нельзя сравнивать вязкости разных материалов и их формуемость.

Рисунок 8 - Кривые течения двух полимеров не подоБныI

14

http://www.mitht.ru/e-library

вязкость и формуемость промышленньrx материалов можно срав­

нивать по птр в следующих случаях:

•материалы (партии) относятся к одной и той же марке поли-

мера, но имеют разный птр;

•материалы относятся к разным базовым маркам по ВЯЗКОСТИ

иимеют разный птр;

В этих случаях матералы имеют одинаковый характер зависи­

мости вязкости от скорости сдвига, но разную молекулярную массу.

Вязкость и формуемость прмышленных материалов не..'1b:JЯ срав­

нивать по ПТР в следующих случаях:

•материалы относятся к разным классам полимеров по хими-

ческому строению. Кроме того, условия определения птр для раз­

ньтх полимеров, как правило, отличаются;

• материалы представляют собой разныIe типы марок. Так

по птр нельзя сравнивать вязкость полимера базовой марки и спе­

ци-альной марки, полимера имеющего сшитое или разветвленное

строе-ние, разное ММР;

•иногда нельзя сравнивать по ПТР материалы на базе одно­

го и того же полимера, но выпускаемые разныIии фирмами, по­

скольку они могут иметь разное ММР, содержать добавки, отли­

чаться по структуре.

Возможность сравнивать вязкость по птр определяется по по­

добию изменения вязкости от скорости сдвига для двух материалов

следующим образом. для каждого из материалов птр определяют

15

http://www.mitht.ru/e-library

при нагрузках Р и lOP. Если отношение ПТР при Р к ПТР при lOP

близко для анализирумых материалов, то ДЛЯ них вязкость при изме­

нении скорости сдвига изменяется подобно (рисунок 9), и по ПТР

можно проводить сравнение вязкости и формуемости этих материа-

лов.

Если отношения ПТР сильно различаются для этих материалов

(рисунок 1О), то ПТР не может использоваться для сравнения их вязкости и формуемости.

"9' ~'/

Рисунок 9 - Зависимость вязкости от скорости сдвига для материалов с подобным характером течення расплава.

Рисунок 1О - Зависимость вязкости от скорости сдвига для

материалов с различным характером течения расплава.

16

http://www.mitht.ru/e-library

птр одного и тогоже полимера по стандартам разных стран, а

также рекомендациям гост 11645-73 может быть определен при разных условиях. для сравнения вязкостиых свойств полимера по

значениям птр, определенным при различных условиях, надо рас­

считать коэффИIIИент приведения.

Если ПТР) материалаопределен при р) и Т), а ПТР2 при Р 2 И

Т2, то коэффициент приведения можно рассчитать как:

где: Ен - энергия активации вязкого течения в ньютоновской облас­

ти, кДж/кмоль;

R - газовая постоянная, кДж/(моль . К).

Показатель текучести расплава является более чувствительной к

изменению молекулярной массы полимера характеристикой, чем

относительная вязкость раствора того же полимера.

Кроме того, многие полимеры растворимы только при повышен­

ной температуре, что усложняет проведение опытов.

3.ТЕРМОСТАБИЛЬПОСТЬ РАСПЛАВОВ

ТЕРМОПЛАСТОВ.

Термостабильность расплавов термопластов определяется ре­

ологическим методом. Термостабилыюсть хараlCТеризуют време­

нем термостабильности, равном времени прогрева материала при­

постоянной температуре, за которое вязкость расплава изменяется

17

http://www.mitht.ru/e-library

на 15 % (рисунок 11)

Рисунок 11 - Зависимость вязкости расплава термопласта

от времени прогрева.

Термоокислительная деструкция термопластов в температур­

ных интервалах переработkИ данного полимера сопровождается из­

менением молекулярной массы. что приводит к изменению вязко-

сти.

в зависимости от соотношения процессов деструкции и структу­

рирования (за счет образования поперечных связей или дополни­

тельной поликонденсации) вязкость расмава снижается или воз­

растает с увеличением длительности прогрева.

Изменение вязкости расплава при определении времени термо­

стабильности может бьrrь оценено по изменению массового расхо­

да расплава (г/с) через капилляр - весовой метод, по изменению

объемного расхода (смЗ/с) - объемный метод, или по изменению

времени истечения постоянного объема расплава (с) через капилляр.

Массовый расход определяется взвешиванием экструдатов, сре­

заемых через определенные промежутки времени (за 15-30 с).

18

http://www.mitht.ru/e-library

Объемный расход оценивается с помощью индикатора часово­

го типа по перемещению поршня на заданное расстояние через рав­

ные промежyrки времени.

При определении времени истечения постоянного объема

расплава за постоянный объем принимается объем расплава. вы­

текающий через капилляр при попускании поршня от нижней до

верхней метки на хвостовике поршия.

Все замеры (масса экструдатов. перемещение поршия в едини­

цу времени, время перемещения поршия на заданное расстояние)

проводятся только на участке между метками, нанесенными на хво­

стовик поршня.

Для некоторых полимеров (сополимеры формальдегида, ПВХ,

сополимеры ПММА) изменение окраски или появление в экструда­

те ПУЗЫРЬКОВ летучих продуктов, вызванное термоокислителъной

деструкцией, наступает раньше, чем изменение вязкости на 15%.

В этом случае определяется время прогрева до появления измене-

ния окраски ( t токр) или выделения летучих продуктов (! тлет),

а за время термостабильности расплава принимается минимальное

из перечисленных времен.

Размеры каппиляра и масса груза при определении термостабилъ­

ности расплава берутся такими же, как при определении птр (см.

Приложение 1).Интервал температур переработки выбирается как

(Тпл + 200) -;- (Тдестр -25 О), а для аморфных - (Ттек + 200) -;-

(Тдестр-25 О).

Зависимость времени термостабилъности от температуры npо-

19

http://www.mitht.ru/e-library

грева характеризуется кривой термостабильности, которая позволя­

ет выбрать температуру расплава при переработке и рассчитать до­

пустимое время пребывания расплава в материальном цилиндре

литьевой машины или в цилиндре экструдера при конкретных тем­

пературах. Принято считать, что расплав материала термостабилен

при данной температуре, если время термостабильности составля­

ет не менее 20 мин при переработке экструзией и литьем под дав­

лением под давлением. Более точно можно спрогвозировать пове­

дение материала при переработке, если сопоставить время пребыва­

ния порции расплава при заданной температуре с его временем тер­

мостабильности при этой же температуре. Должно выполняться

условие: 'Тт.с. ~ 'tпребо

Время пребывания расплава в материальном цилиндре при литье

под давлением равно произведению количества порций расплава

(объемов отливки), находящихся в цилиндре, на время цикла.

Время термостабильности связано с температурой следующей

где В - коэффициент, зависящий от типа и марки полимерного ма­

териала;

U - энергия активации процессов термоокислительной

деструкции материала; Дж/моль;

R - универсальная газовая постоянная, 8,3 Дж/моль'К;

Т - температура определения термостабилъности, К .

Влажность полимерных материалов в условиях переработки в

20

http://www.mitht.ru/e-library