- •1. Вплив макромолекулярної будови і надмолекулярних структур полімерів на процеси їх переробки і формування властивостей виробів.
- •2. Вплив температури і швидкості охолодження на кристалізацію полімерів.
- •3. Залежність деформаційних властивостей полімерів від температури.
- •4. Різні види деформацій, що розвіваються при течії полімерів.
- •5. Текучість полімерів, методи визначення.
- •6. Рівняння нерозривності при течії розплаву .
- •7. Рівняння руху при течії розплаву.
- •8. Рівняння енергії при течії розплаву.
- •9. Реологічне рівняння ньютонівської рідини.
- •10. Реологічне рівняння неньютонівської рідини.
- •11. Течія розплаву полімеру в циліндричній трубі.
- •12. Течія розплаву полімеру в плоскій щілині.
- •13. Наслідки високоеластичності розплаву полімерів при течії.
- •14. Еластичне відновлення струменю потоку розплаву.
- •15. Еластична турбулентність потоку розплаву.
- •16. Теплопровідність у стаціонарному і нестаціонарному режимах теплопередачі.
- •17. Загальні уяви про фізичну сутність і математичне моделювання технологічних процесів.
- •18. Замкнута система рівнянь: диференціальні рівняння, припущення, умови однозначності.
- •19. Механізм ламінарного змішування полімерів.
- •20. Періодичне та безперервне змішування компонентів композиції.
- •21. Диспергування інгредієнтів при змішуванні компонентів композиції.
- •22. Якісний аналіз роботи одночерв’ячного екструдера.
- •23. Фізична сутність зони завантаження одночерв’ячного екструдера.
- •24. Фізична сутність зони плавлення одночерв’ячного екструдера.
- •25. Фізична сутність зони дозування одночерв’ячного екструдера.
- •26. Фізична сутність і математична модель формування заготовок виробів з розплаву.
- •27. Гідродинамічний розрахунок формуючого каналу головки для труб.
- •Розрахунок коефіцієнта геометричної форми головки
- •Розраховуємо обємну секундну продуктивність
- •Розрахунок перепаду тиску в головці
- •Знаходимо ефективну в’язкість матеріалу в кожному каналі, Па*с:
- •Знаходимо перепад тиску в кожному каналі
- •28. Загальні принципи побудови математичних моделей процесів термічної обробки виробів з полімерів.
- •29. Умови рішення задач теплообміну при охолодженні виробів з полімерів.
- •30. Стаціонарні задачі теплопровідності для термічної обробки (охолодження) виробів з полімерів.
- •31. Фізична сутність і математичні моделі термообробки (охолодження) полімерних труб.
- •32. Фізична сутність і математична моделі накладення полімерної ізоляції на дріт та кабель.
- •33. Фізична сутність і математична модель операції калібрування порожнистого виробу.
- •34. Фізична сутність та математичні моделі операцій підготовки і дозування розплаву в литтєвий машині.
- •35. Фізична сутність і математична модель операцій вприску розплаву при литті під тиском.
- •36. Фізична сутність методів термоформування виробів з листів, математична модель операції нагріву заготовки.
- •37.Загальні відомості про пресування, математична модель операції нагріву прес-матеріалу.
- •38. Теорія розмірності та значення її при створенні математичних моделей.
15. Еластична турбулентність потоку розплаву.
При высоких скоростях выдавливания из формующих каналов экструзионных головок на поверхности экструдата (струи) появляется шероховатость или разрывы. Это явление неустойчивого течения называется эластической турбулентностью, однако в данном случае она не имеет ничего общего с турбулентностью, возникающей при течении ньютоновских жидкостей.
Начало неустойчивого течения можно зафиксировать визуально. Вначале появляется матовость (мелкая шероховатость), затем, по мере увеличения скорости, экструдат становится винтообразным или возникают дефекты поверхности типа «апельсиновая кожура», затем периодические дефекты – «поверхность бамбука» и, наконец, на поверхности появляются разрывы или расплав распадается на отдельные части. Начало неустойчивого движения соответствует достижению определенных значений скорости и напряжения сдвига, называемых критическими кр и τкр.
Наступление неустойчивого течения в основном обусловлено пристенным скольжением расплава на стенке канала. При низких скоростях сдвига напряжения сдвига, возникающие на стенках канала, меньше сил адгезии расплава, и дефектов не наблюдается. По мере увеличения скорости потока напряжения сдвига возрастают и появляется местное проскальзывание расплава по поверхности. При этом напряжения сдвига резко падают за счет перехода параболического профиля скорости к прямоугольному. Затем вновь происходит сцепление расплава с поверхностью и переход на установившееся течение, а потом наступает новый срыв. Такое периодическое пульсирующее течение вызывает колебание высокоэластических деформаций, которые нарушают глад-кость струи и обусловливают появление дефектов типа «поверхность бамбука». Если срыв происходит не по всей поверхности одновременно, возникает закручивание струи и образование винтообразной поверхности. При очень больших напряжениях сдвига отрыв расплава вызывает большие высокоэластические деформации и в поверхностных слоях возникают разрывы. Таким образом, неустойчивое течение связано не вообще со скольжением, а с периодическим процессом скольжение – прилипание (stick – slip).
Поскольку неустойчивое течение приводит к уменьшению и повышению напряжений сдвига, возникает связь поверхностных дефектов с высокоэластическими свойствами расплавов полимеров. Периодическое проскальзывание обусловливает неравномерное развитие упругой высокоэластической деформации, которая, релаксируя на выходе из канала, вызывает неоднородное изменение размеров экструдата (струи). В связи с этим появляются периодические кольцевые утолщения, а при срыве струи по винтовой линии происходит закручивание струи.
Обработка многочисленных экспериментальных данных показала, что неустойчивое течение наступает при достижении определенных напряжений сдвига τкр или при развитии критического значения высокоэластической упругой деформации εу.
На критическое значение напряжения сдвига оказывает влияние длина канала. Чем короче канал, тем при меньших скоростях наступает неустойчивое течение. Это объясняется тем, что при больших напряжениях сдвига, возникающих во входовой части канала, они при малой длине канала не успевают полностью отрелаксировать, и течение происходит при неустановившемся режиме, т. е. большие напряжения сохраняются до выхода из канала и не стабилизируют потока.
Склонность потока к появлению неустойчивого течения возрастает в случае применения каналов с плоским входом. При резком переходе от одного сечения канала к другому во входовой части появляются значительные эластические деформации и гладкость поверхности экструдата нарушается при более низких скоростях, чем при плавном переходе (применение конфузора). Исследования потока полиэтилена низкой плотности методом двойного лучепреломления показывают, что максимальные нормальные напряжения образуются в тонком слое в резервуаре перед входом в канал и возрастают с увеличением расхода. Как известно, перед плоским входом возникают вихри, вызывающие циркуляционное течение в угловой зоне. При достижении критической скорости в области вихрей появляются сильные пульсации и в резервуар периодически попадает расплав из циркуляционной зоны (вихрей). Поскольку расплав в области вихрей имеет меньшую накопленную эластическую деформацию, то это неизбежно приводит к колебанию размеров экструдата на выходе из канала. Таким образом, при неправильно сконструированных каналах неустойчивое течение может быть обусловлено как проскальзыванием, так и пульсацией расплава в вихревых зонах. Повысить глянец поверхности, уменьшить шероховатость можно за счет повышения температуры.
При высоких температурах напряжения сдвига уменьшаются, вязкоупругие свойства проявляются значительно слабее и в результате увеличения гибкости макромолекул быстрее происходят релаксационные процессы, т. е. уменьшается длина входовой части канала. Поэтому при более высоких температурах можно получать качественные изделия при сравнительно высоких скоростях течения расплава.
Важность описанных эффектов для технологии производства изделий из полимерных материалов обусловлена тем, что появление поверхностных дефектов существенно ограничивает производительность экструзионных агрегатов при изготовлении труб, пленок, листов, оболочек кабелей, профилей и волокна.