23 Переробляємість пластмас і оцінка її з використанням термомеханічного аналізу
Процес формування виробів із пластмас і еластомерів здійснюється, коли полімери знаходяться переважно у в’язкотекучому стані і лише в деяких випадках (наприклад, формування з листів) –у високоеластичному. При охолодженні виробів полімер переходить у твердий агрегатний стан у результаті скловання чи кристалізації. Перехід з одного фізичного стану в інший, а також процеси плавлення і кристалізації відбуваються при визначених значеннях температур, знання і використання яких необхідно при виборі режимів переробки полімерів. Так, в залежності від температури скловання і плавлення (текучості) змінюються час охолодження виробу, температура форми і робочих вузлів переробного устаткування, інші технологічні параметри процесу переробки.
Технологу при розробці режимів переробки необхідно знати основні фізичні властивості полімерів або композицій на їх основі, володіти методами їх визначення. Першу інформацію можна одержати з аналізу термомеханічної кривої.
Температура переходу з одного стану в інший і вид термомеханічної кривої використовуються для вибору методу і визначення умов переробки полімерів. Так, на підставі виду термомеханічної кривої можна рекомендувати умови переробки. Якщо перехід полімеру з кристалічного стану у в’язкотекучий відбувається у вузькому температурному інтервалі, то при переробці такого полімеру необхідно точне регулювання температури. Аморфні полімери в інтервалі застосовуваних температур переробки можуть піддаватися значному деформуванню, наприклад, у зоні плавлення екструдера, тому черв'як у цій зоні може мати перемінну глибину нарізки на порівняно великій довжині. Кристалічні полімери до температури плавлення майже не деформуються, тому для їх переробки потрібний черв'як з довгою зоною завантаження і короткою зоною стиску, відповідно змінюється і температурний режим нагрівання.
По виду термомеханічної кривої можна також непрямо судити про швидкість реакції. Чим повільніше відбувається твердіння, тим спостерігається більш плавний перехід від температури текучості до ділянки кривої, де відсутня зміна деформації.
Температура
Рис. 8.3. Термомеханічні криві термореактивних матеріалів з швидкотверднучим (1) і повільнотверднучим (2) зв’язуючим.
Термомеханічні дослідження проводять звичайно при розтягу плоских зразків або при вдавленні стержня в зразок циліндричної форми. У першому випадку за звичай дослідженню піддаються плівки, а в другому - зразки, вирізані з готових виробів або отримані пресуванням з порошку (гранул).
Характерна крива, одержана при циклічному напруженні, показана на рис. 8.5. Перевага термомеханічної кривої, записаної при циклічному напруженні, полягає в тому, що вона дозволяє більш чітко виявити перехід у високоеластичний стан і визначити температуру, при якій у в’язкотекучому стані значно зменшуються або цілком зникають високоеластичні зворотні деформації. Високоеластична деформація помітно починає виявлятися вище температури скловання, і на діаграмі виникає синусоїдальна крива. Залишкова незворотна деформація до температури текучості мала, тому нижня вітка синусоїди йде майже паралельно осі абсцис, а при Т > Тт незворотна деформація значно зростає і нижня вітка кривої піднімається вверх. Хоча полімер знаходиться у в’язкотекучому стані, частка зворотної високоеластичної деформації ще зберігається, ця деформація починає зникати трохи вище температури текучості. Таким чином, амплітуда коливань кривої є величиною, що характеризує пружну деформацію. Визначення температури зникнення пружної деформації має велике практичне значення, оскільки вона зв'язана з еластичним відновленням струменя розплаву полімеру – і, отже, впливає на розміри виробів.
Температура
Рис. 8.5. Термомеханічна крива аморфного полімеру, знята при циклічному напруженні зразка.
З викладеного випливає, що термомеханічний метод дослідження полімерів може бути використаний як для визначення характерних температур переходу з одного фізичного стану в інший, так і для оцінки перероблюваності полімерів і виявлення деяких особливостей їх будови. Варто помітити, що термомеханічний метод не дає повної інформації про перероблюваність полімерів і його звичайно використовують у сполученні з іншими методами, наприклад, з диференційно-термічним аналізом і реологічними дослідженнями.