11.4. Эффект Вайссенберга.

Исследуя различные случаи круговых течений расплавов полимеров, Вайссенберг показал, что жидкости, обладающие высокоэластичностью, при сдвиге по цилиндрическим плос­костям как бы стягиваются к оси вращения, преодолевая центростреми­тельные силы. При сдвиговом течении между вращающимися цилиндрами, дисками или между дисками и конусами возникает скорость

где w - угловая скорость вращения;  - радиальный зазор.

Под действием этой скорости сдвига возникают тангенциальные напряжения сдвига _r и происходит ориентация макромолекул по дуге окружности тел вращения. Растяжение макромолекул обуславливает появление нормальных напряжений _, направленных по дуге окружности, и возникают радиальные нормальные напряжения:

_ - _rr = _r / G_

При сложении векторов _ появляются радиальные нормальные напряжения _rr. Процесс возникновения нормальных напряжений можно смоделировать, если представить расплав в виде упругой ленты, намотанной на круглый стержень. Подобное происходит при наложении жгута на руку человека. Из геометрического построения (рис. 2.25) видно, что нормальное напряжение _rr обусловливает сжатие полимера, создает во внутренних слоях гидростатическое давление. Давление связано количественно с нормальным напряжением _, возникающем при наличии напряжений сдвига _r, поэтому считая слой вращающегося расплава как тонкостенную цилиндрическую оболочку, можно записать:

После подстановки в (2.101) получаем уравнение для расчёта давления в канале:

где R_н - наружный радиус цилиндра;  - зазор между цилиндрами.

Различные формы проявления эффекта Вайссенберга при вращении стержня

Рис. 2.28.

Отсюда становится понятным необычное поведение расплава при сдвиговом круговом течении. Так, при вращении стержня происходит подъем расплава по стержню вверх (рис. 2.26 б), а при вращении пусто­телого цилиндра, расплав течет по внутреннему отверстию, преодолевая силы гравитации, т.е. за счет избыточного давления, возникающего под действием нормальных радиальных напряжений.

Эффект Вайссенберга имеет практическое значение: на нем основано измерение первой разности нормальных напряжений в реогониметрах (вискозиметрах тип конус - плоскость); на этом же принципе работают дисковые экструдеры. В дисковом экструдере полимер шнеком подается в питающий цилиндр, где происходит его плавление, а затем расплав поступает в конический зазор между корпусом и вращающимся диском. Во вращающемся потоке расплава происходит ориентация макромо­лекул, возникают нормальные тангенциальные и радиальные напряжения, создается избыточное давление, под действием которого расплав выдавливается через формующую головку. Производительность и величина давления дискового экструдера зависят от скорости вращения ротора, радиального зазора и вязкоупругих свойств расплава.

13.

14.

15.

Список использованных источников