Вплив температури та тиску на реологічні властивості полімерів

План лекції

1. Вплив температури на реологічні властивості полімерів.

2. Вплив тиску на в’язкість полімерів. П’єзоефект в’язкості.

1. Вплив температури на реологічні властивості полімерів.

В попередніх лекціях згадувалось, що вплив температури проявляється у пропорційному зменшенні часів релаксації. З іншого боку для ньютонівської в’язкості справедливе рівняння Арреніуса:

, (8.1.)

де А – коефіцієнт, який залежить від молекулярної природи рідини і має розмірність в’язкості;

Е_а - енергія активації в’язкої течії;

R- газова стала;

T - температура.

Експериментальна перевірка відповідності рівняння Арреніуса результатам реологічних досліджень полімерів, показує, що це рівняння є справедливим за умови зміни температури в діапазоні 30÷40° К. А при визначенні величини Е_а за результатами віскозиметричних досліджень аномально-в’язких рідин необхідно використовувати значення ефуктивної в’язкості, розраховане при умові постійного напруження зсуву.

Вільянсом, Ленделлом і Феррі було показано, що логарифм відношення ньютонівськиїх в’язкостей в інтервалі температур Т – Т_С, може бути описане рівнянням:

, (8.2.)

де Т_С – температура склування;

– ньютонівська в’язкість при температурі склування.

Диференціюючи дане рівняння, одержуємо рівняння для розрахунку енергії активації:

(8.3.)

Індекс течії при зміні температури в інтервалі 50 - 100°С залишається незмінним або дещо зростає. При цьому величина індексу течії, визначена для ділянок кривих течії, які відповідають одному і тому ж інтервалу змін напруження зсуву, лишається практично незмінною. Аналізуючи вплив температури на величину ефективної в’язкості, слід розрізняти температурну зміну в’язкості при постійному напруженні зсуву (τ = const) і при постійній швидкості зсуву ( =const). Коректне врахування активаційного впливу температури можливий тільки при умові τ = const. В цьому випадку можливо визначити ефективну в’язкість з степеневого закону, розв’язуючи який з врахуванням рівняння Арреніуса, одержуємо для температурної залежності коефіцієнта консистенції k(Т):

. (8.4.)

2. Вплив тиску на в’язкість полімерів.

Гідростатичний тиск в процесах переробки термопластів досягає значних величин. Так, тиск в головці екструдера досягає 300-400 кгс/см², тиск впорскування у більшості литтєвих машин в середньому складає 800-1200 кгс/см².

П’єзоефект (вплив тиску на в’язкість) в’язкості у розплавах полімерів значно сильніший ніж у низькомолекулярних речовин. Наприклад, при зміні тиску від 350 до 1750 кгс/см² ефективна в’язкість для поліетилену при 150⁰С і швидкості зсуву 500 сек^–1 збільшується у 5,6 разів. Кількісне врахування впливу тиску на в’язкість проведено з використанням рівняння:

, (8.5.)

де β_р – п’єзометричний коефіцієнт в’язкості;

Р – гідростатичний тиск.

За допомогою даного рівняння можна оцінити вплив тиску на величину коефіцієнта консистенції k:

. (8.6.)

Вплив тиску на ефективну в’язкість зводиться до впливу вільного о’єму на рухливість макромолекул. Менший тиск – більший вільний об’єм, при цьому полегшується перегрупування макромолекул і, відповідно, зменшується час релаксації. Збільшення тиску призводить до збільшення густини, зменшення вільного об’єму, процеси перегрупування утруднюються, що, в свою чергу, призводить до збільшення часу релаксації і підвищення в’язкості.

Лекція 9