Эффекты, возникающие при течении расплавов.

• Нормальное напряжение при сдвиговом течении

• Эффект Баруса

• Эффект Вайсенберга

1. развитие нормальных напряжений. При течении под действием т макромолекулы подвергается силовому воздействию. Поскольку одна часть макромолекулы задерживается межмолекулярным взаимодействием, а другая ее часть увлекается движением, то происходит ориентация. В то же время тепловая флуктуация вызывает частичную дезориентацию, поэтому в зависимости от скорости сдвига γ• и температуры устанавливается динамическое равновесие. Вдоль основной цепи возникает усилие, обусловливающее появление нормальных напряжений. Значение этих напряжений пропорционально напряжению сдвига и накопленной упругой деформации. Упругая деформация зависит от напряжения сдвига и модуля упругости. ε = τ/G (G- модуль упругости).

2. Эффект Баруса. После выхода расплава из каналов под действием нормальных напряжений возникает этот эффект (эластическое восстановление струи). Это изменение сечения экструдата. При течении в цилиндрическом канале, на выходе наблюдается увеличение диаметра. В кольцевых каналах меняется и диаметр, и толщина стенки. В качестве показателя эластического восстановления используют коэффициент равный отношению радиуса струи расплава к радиусу канала. Изменение линейных размеров (уменьшение длины и увеличение сечения) связано с протеканием релаксации, а именно упругая деформация, которая накапливается в расплаве при течении в каналах, восстанавливается после снятия внешней силы, то есть при выходе макромолекулы переходят в равновесие. Этот процесс происходит при свободном выходе. В случае, если расплав отводится с помощью тянущего устройства (волы), то на выходе он подвергается действию растягивающих напряжений. Если эти напряжениях больше, чем напряжения сдвига, то сечение экструдата уменьшается и процесс (экструзия) происходит с вытяжкой расплава. Кэ (коэффициент эластического восстановления) зависит от скорости сдвига, температуры и длины канала. При увеличении скорости Кэ увеличивается. При низких температурах высокая степень ориентации достигается при малых значениях скорости; при повышении температуры эта зависимость становится плавнее, поскольку возрастает дезориентация макромолекулы под действием тепла. При достижении некоторого значения скорости сдвига γ• рост Кэ замедляется или может уменьшиться. Это связано с проскальзывание расплава по поверхности канала. При увеличении длины канала Кэ снижается. Это объясняется входовыми потерями давления. На входе развиваются большие напряжения сдвига т, поэтому при течении в коротких каналах они не успевают снизиться к выходу и расплав вытекает с большой степенью ориентации, а Кэ больше, чем в длинных каналах. При увеличении длины каналов напряжения постепенно снижаются и на некотором расстоянии от входа становятся минимальными. В результате высокая степень ориентации, которая была на входе, на выходе уменьшается, что сказывается также на Кэ. Применение конического участка на входе позволяет снизить Кэ, однако его увеличение будет наблюдаться при более высоких скоростях сдвига.

3. Жидкости, обладающие высокой эластичностью при сдвиге по цилиндрическим плоскостям, стягиваются к оси вращения, преодолевая центростремительные силы. В случае сдвигового течения между вращающимися цилиндрами, дисками или между дисками и конусами, ориентация макромолекул происходит по дуге окружности тел вращения. Если макромолекулы представить в виде механической модели, то модель эта, деформируясь, будет располагаться по дуге окружности. Макромолекулы в такой неравновесной конфирмации стягиваются к оси вращения. Практическая значимость: на принципе этого эффекта работают дисковые экструдеры.