Методички / 956

на 11 J;~,,, ДЛЯ полимерного образца при переходе иЗ расплава в кри­

стал-лическое состояние может количественно характеризовать

упорядоченность и однородность структуры, а отношение dJ;';.д/dТ

на этом участке кривой - скорость процесса кристаллизации или

плавления.

Для смесей полимеров на зависимости Vуд. = f(T) обычно обна­

руживаются две области переходов, характерные ДЛЯ каждого ком-

понента.

Скорость изменения удельного объема образца характеризует

коэффициент теплового расширения полимера в твердом состоянии

и в расплаве, что позволяет рассчитать значение коэффициентов в

любом температурном интервале.

Изменение давления приводит к изменеmпo величины удельно­

го объема и скорости его роста (или уменьшения) при изменении

температуры (рисунок 17).

,.Т .

уд

Рисунок 17 - Зависимость удельного объема термопластов

от температуры при разных давлениях

Способность полимера изменять объем под действием давле­

ния называют сжимаемостью и характеризуют коэффициентом

31

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

сжимаемости Х:

V

Сжимаемость полимеров определяется наличием свободного

объема и уменьшается с ростом гидростатического давления.

В расчетах процессов формования для определения удельного

объема расплава полимеров в зависимости от температуры (Т) и

давления (Р) часто применяют видоизмененное уравнение состоя­

ния Ван-дер-Валъса, предложенное Спенсером и Джилмором:

(V - OJ)(Р+lr) =RT/ р, (16)

где:

R = 8,29 Дж/(молъ. К) - универсальная газовая постоянная;

J.! - масса ] структурной единицы, кг/моль;

Т - температура, К;

V - удельный объем полимера, м3 !кг:

Р - внешнее давление на полимер, МПа;

о) - объем, занимаемый собственно молекулами полимера, м3!кг;

1t - внутреннее давление, обусловленное межмолекулярным взаимо­

дейтвием, МПа.

для линейных полимеров f.1 можно рассчитать как массу

структурного звена по сумме масс входящих в него атомов.

Значения постоянных в уравнении состояния для некоторых

полимеров приведены в Приложении 1.

32

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

Это уравнение справедливо и ДЛЯ наполненных систем, при

этом определение констант о> и х проводят на 1 г полимера.

Методика сводится к определению констант о> и х, которые

входят в уравнение состояния. Поскольку влияние темпера1УРЫ на

изменение плотности полимера более значительно, чем давления,

константы OJ и 1f, определяют по изменению плотности (или удель­

ного объема) от температуры при постоянном давлении.

Получение данных, необходимых для построения дилатомет­

рических кривых проводится на приборе ИИРТ, приспособленном

для этих целей, в интервале температур от ТКОМИ до 300 С.

Уравнение состояния расплава полимера можно представить в

виде:

После дифференцирования уравнения (3) с учетом, того что в

условиях эксперимента Р << Х, можно записать:

Величину (8V/8Т ) для полимеров определяют методом графи­

ческого дифференцирования зависимостей Vуд = f(T) в области вяз­

котекучего состояния. После чего определяют значения констант

OJ и л:. При вычислении значения ()) в уравнение (17) подставляет­

ся среднее значение удельного объема на выбранном для графиче­

ского дифференцирования участке кривой.

33

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

РАБОТАN!I J

Методика оцеики реологических свойств термопластов

по кривым течеиия

1.Цель работы:

Изучение реологического поведения расплава термопласта по

кривым течения, полученным при нескольких температурах, и

определение энергии активации вязкого течения.

2.Материалы и оборудование:

Термопласты в гранулированном или ПОРОШI<ообразном виде.

Капиллярный вискозиметр постоянного давления ИИРТ с набором

капилляров. Секундомер. UПтангенциркуль.

3.Порядок выполнения работы:

3.1.Изучите устройство установки, зарисуйте ее принципиальную схему с указанием основных узлов. Изучите инструЦИIO по технике

безопасно<.,'Ти работы на приборе ИИРТ.

3.2. Оформите в лабораторном журнале таблицу для записи резуль­ татов измерений (см. Приложение 2).

3.3. По Приложению 1 выберите для изучаемого материала условия проведения определения ПТР.

3.4. Ороведение измерений.

установите на реryляторе температуры требуемое значение темпе­

ратуры. Запишите его в лабораторный журнал.

Закройте задвижку канала ИИРТа.

Поместите в камеру прибора капилляр.

34

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

Установите в камеру прибора ртутный термометр. По показаниям

термометра у6едитесь в достижении необходимой температуры и,

при необходимости, проведите ее корректировку задатчиком термо­

реryлятора. После нагрева камеры до заданной температуры извле­

ките термометр, уберите его в картонный чехол.

Подготовьте необходимый для проведения опыта набор грузов, вес

которых соответствует заданной нагрузке.

Замерьте штангенциркулем расстояние между крайними метками

на штоке прибора и диаметр наконечника штоха с точностью до

О,О5мм, запишите результаты в лабораторный журнал.

Установите проволочную заглушку снизу в отверстие капилляра

для предотвращения вьпекания расплава до начала замеров.

Загрузите в камеру прибора примерно 5 г гранул изучаемого мате­

риала, уплотняя их шомполом.

Установите шток в камеру, навесьте на него подготовленные грузы.

Убедитесь, что шток установлен вертикально.

Включите секундомер и в течение 5 или 1О мин (по ухазанию пре­

подавателя) nporpейте материал в камере. Секундомер ВЫЮIючите.

По окончании времени npогрева уберите проволочную заглушку.

Штох под действием грузов начнет двигаться вниз, а через капил­

ляр будет вытекать расплав.

В тот момент, когда нижняя метка на штоке опустится до уровня

крЫlIIКИ камеры, включите секундомер и зафиксируйте время пере­ мещения штока от нижней до верхней метки (время истечения).

Данные занесите в лабораторный журнал.

35

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

Выдавите штурвалом прибора или вручную ОСтатки расплава из

камеры. Orкройте задвижку камеры, выдавите на подставку или

хлопчатобумажную тряпку капилляр и прочистите его медной про­

волокой.

Вновь установите капШUlЯр в камеру прибора. По ртутному

термометру убедитесь в соответствии температуры заданному зна-

чению.

установите проволочную заглушку. Загрузите следующую порцию

гранул. Повторите замеры при других заданных нагрузках

(ори друrиx температурах, с использованием второго капилляра).

Результаты измерений времени истечения запишите в журнал.

4.0бработка результатов эксперимента.

Проведите обработку экспериментальных данных. Результаты

представьте в виде Таблицы 1 (Приложение 2).

4.1.Рассчитайте давление на расплав для каждого опьrrа:

4.2. Рассчитайте объемный расход расплава ДЛЯ каждого замера:

где v-линейная скорость перемещения штока, (мlc]~

SK - площадь сечения KaMepы~ M2~

36

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

v = hlt, где h - расстояние между метками на штоке, м,

t - время перемещения штока от нижней метки до верхней, с.

4.3. Постройте график зависимости «давление - расход» для каж­ дого кап:илляра при заданных Teмnepa1YPax (рис. 1).

Выберите на рисунке1 при каждой температуре значения расходов

(не менее 4-х), одинаковые ДЛЯ обоих использованных капилляров

(qt, q2, qз ,Q4). Определите значения давлеиий., соответствующих

ЭТИМ расходам на длинном и коротком капиллярах (F1,F2, Fз, F 4 И

Р1,Р2, Рз, Р4)'

4.4.Найдите отношение длин капилляров кдиаметру (Lk 'dк).

Постройте для температур, использованных в эксперименте, гра­

фик. «давление - (Lk /dtJ» при одном выбранном значении Q,

одинаковом для обоих кa.пиJUIЯpОВ и определите по нему величины

входовых по-теръ ( Р вх) при каждой температуре.

4.5. Напряжение сдвига при температурах опыта рассчитайте по

методу двух капилляров, используя давления для одинаковых рас­

ХОДОВQ:

2(L2 - L1)

где Fj и Pj - давления, обеспечивающие одинаковый расход qi на

длинном и коротком кan:иJIЛjIJ)ах;

r= 1 мм, радиус капилляров;

i- номер значения расхода, выбранного по графику на рисунке 1.

37

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

4.6.Рассчитaйrе среднюю скорость сдвига в каПИJIJIЯpe:

где q j - объемный расход РSCШIава, соответствующий Fj и Pj, ~/c ; r - радиус капилляра, м3

Если n = 1, то скорость сдвига на стенке капилляра рассчвты-

ва-етсяпо формуле УR =4уо, аэффективнаявязкость- по фор-

Рисунок 1 - Схема определения давлений, обеспечивающих

равные расходы раСШIава на капиллярах разной длины.

38

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

P,F

Р

с ~~________~

Рисунок 2 - Схема определения входовых потерь давления

графическим методом.

Таблица записи результатов обработки экспериментальных

данных для построеНИi кривых течения:

~терим____________________________

4.7. По результатам эксперимента для каждой температуры строят­

ся зависимости «эффективная вязкость - напряжение сдвига» или

39

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

«эффективная вязкость - скорость сдвига» по указанию преподава-

тели.

4.8. Постройте зависимость «логарифм вязкости - обратная темпе-

Сравните полученные результаты с литературными даниыми.

Вопросы для ПОДГОТОВI<:И 1<: лабораторной работе Х!1

иеезащите:

]. Каковы основные отличия течения расплавов полимеров и низко­

молекулярных жидкостей?

2. Приведите характерные кривые течения для ньютоновской, дила­

тантной и псевдопластичной жидкостей.

3. Каковы причины ВОЗНИJ.(новения BxoдoBых потерь давления при

течении расплавов полимеров в капиллярном вискозиметре И как

они определяются? как учитываются потери давления при расчете

вязкости расплава?

4. Как изменится вязкость расплава полимера при изменении тем­

пературы опъrra, молекулярной массы полимера, молекуля:рно­

массового распределения, при введении пластификаторов,

наполнителей?

5. в чем заI<ЛIOЧаются причины аномалии вязкости полимерных сис­

тем?

40

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