6.2. Эффект Вейссенберга. Нормальные напряжения

Экспериментально различные следствия возникновения нормальных напряжений впервые наблюдал Вейссенберг. Он показал, что жидкости, обладающие высокой эластичностью и находящиеся в условиях кругового течения, как бы стягивается силами, возникающими при появлении нормальных напряжений и противодействующих силам тяжести и центростремительным силам.

Эффект Вейссенберга количественно исследуют с помощью приборов двух типов: ротационных и капиллярных вискозиметров. Кроме того, нормальные напряжения рассчитываются на основании тех или иных косвенных показателей. Ротационные приборы по схеме деформирования делятся на приборы типов ''конус-плоскость'', "плоскость-плоскость'', "цилиндр-цилиндр". Капиллярные методы измерения нормальных напряжений получили развитие в связи с изучением нормальных напряжений при высоких , причем оценка измерений нормальных напряжений проводится по результатам измерений тех или иных эффектов, косвенно связанных с нормальными напряжениями. Поэтому при выводе расчетных формул делаются допущения, которые лишают капиллярные методы желаемой точности.

Хорошо известен так называемые эффект Баруса - эластическое восстановление струи, выходящей из капилляра. По величине разбухания струи можно рассчитать первую разность нормальных напряжений . При этом в коэффициент разбухания вводится температурная поправка плотности полимера.

Для измерения нормальных напряжений при очень высоких скоростях течения маловязких полимерных систем используется метод расчета по силе реакции струи, выходящей из капилляра. Этот метод широко применяется в связи в возросшим за последние года интересом к изучению эластичности очень разбавленных растворов полимеров, что обусловлено практическим применением эффекта Томса - снижения гидравлического сопротивления малыми добавками полимера при переходе в область турбулентного течения.

А.Я. Малкиным и Г.В. Виноградовым на основании метода корреляции частотных и стационарных характеристик текучих полимерных систем предложен расчет по кривым течения. При этом получаются простые соотношения, позволяющие находить начальный коэффициент первой разности нормальных напряжений , отвечающей началу аномально-вязкого течения:

; (6.1)

; (6.2)

, (6.3)

где В - скорость сдвига, отвечавшая началу аномально-вязкого течения. Необходимым условием существования ограниченного значения является равенство нулю в начальной точке.

Согласно предсказаниям различных теорий в линейной области деформирования полимерных систем должно выполняться соотношение . Как показывают результаты большого числа экспериментальных исследований, для данное соотношение действительно имеет место. Значит, существует предельное значение При увеличении наблюдается снижение значения , что соответствует уменьшению темпа роста нормальных напряжений. Это хорошо согласуется с предсказаниями различных феноменологических и молекулярных уравнений состояния. Вторая разность нормальных напряаений при измерении равна не более 20% от , а коэффициент второй разности нормальных напряжений , что не позволяет судить о величине предельного значения