Лекція 5. Вплив молекулярної маси на в’язкість полімерів

При рівності температур і напруження зсуву вязкість суттєво залежить від М, ММР, полідисперсноті, розгалуженості і надмолекулярної структури досліджуваного полімеру. Для багатьох високомолекулярних з’єднань залежності вязкості розплаві полімерів від М при нульовій швидкості зсуву представляється в загальному виді виразом (13):

= К·М^, (23)

де:  - коефіцієнт, характерний для даног виду розчинника (паророзчинник).

На основі ряду досліджень багатьох полімерів була показана узагальнена залежність в’язкості полімерів, що знаходяться в текучому стані від їх М. цю залежність в логарифмічних координатах можна представити 2 прямими, які перетинаються. Молекулярна маса, що відповідає точці перетину прямих називається критичною.

Для лінійних полімерів (тобто у яких немає розгалуженості) при М>М_кр.

_н=К₂·М^2, ₂=3,4 (24)

(значення ₂ визначено експериментально).

При М<М_кр

_н=К₃·М^3 (25)

де: ₃=1 ÷ 2, К₂ і К₃ – деякі функції температури,М_кр – критична молекулярна маса;_нб – найбільша ньютонівська в’язкість;_нм – найменша ньютонівська в’язкість.

У всіх випадках при розрахунку по формулам (14) і (15) використовуються значення середньомасової молекулярної маси (М_w).

Температура переробки полімеру на переробляючому обладнанні повинна вибиратися з урахуванням їх молекулярної маси, так як в’язко-текучій стан досягається при певній в’язкості, яка залежить від молекулярної маси і температури, напруження зсуву.

Температура текучості лінійних полімерів швидко зростає з підвищенням їх молекулярних мас.

Для аморфних лінійних полімерів існує залежність (16):

lgM= (A₂+B₁) · (T_T-T_C)/(C+( T_T-T_C)) (26)

де: Т_С – температура склування; Т_Т – температура текучості; А₂,В₁,С – константи для даного полімер-гомологічного ряду.

При розгляданні текучості неньютогівської рідини недостатньо розглядати вплив тільки молекулярної маси на в’язкість полімерів, необхідно враховувати вплив на в’язкість молекулярно-масовий розподіл.

При нульовій швидкості зсуву в’язкість переважно залежить від середньо-масової М, і при одній і тій же молекулярній масі не залежить від особливостей ММР.

Якщо розплави полімеру ведуть себе як неньютонівські рідини і їх в’язкість залежить від швидкості зсуву, то форма залежності визначається ММР полімеру.

В’язкість полімеру з вузьким (М_w/M_n= 1:2) ММР в широкому діапазоні швидкостей зсуву мало змінюється, а при деякій критичній швидкості зсуву спостерігається зрив текучості. В’язкість полімеру з більш широким ММР зменшується при збільшенні швидкості зсуву, причому характер зміни залежить від ММР.

Бартєнєв Г.М. зробив спробу в узагальненому виді визначити зміну в’язкості від М, температури і напруження зсуву і цю залежність він назвав правилом логарифмічної аддитивності. Ця залежність виражається рівнянням (17):

= С₃·Мⁿ¹·exp(E/K₄·T-₄·) (27)

де: С₃ – константа визначається будовою полімерних ланцюгів; n₁ – показник ступенюі, що характеризує вплив М на надмолекулярну структуру полімеру (він не залежить від будови полімерних ланцюгів); ₄ – константа, що характеризує швидкість руйнування надмолекулярної структури з збільшенням напруження зсуву і залежить від вихідної структури і М, і не залежить від температури.

В^,язкість використовується при виборі технологічних параметрів переробки і розрахунку обладнання для переробки пластмас. Так, наприклад. якщо необхідно розрахувати розпірне зусилля , то використовується

формула Маленко.

Формула розпірного зусилля вальців (18):

P= (3·V₁· (1+f) ·B₁·L·µ)/8·h₀ (28)

f= V₂/V₁; V₁= ·D·n/60, D – діаметр валка, м.