23. Свободное упругое восстановление струи (Баррус-эффект).

Эффект Барруса. После выхода расплава из формирующих каналов под действием нормальных напряжений возникает эластическое восста­новление струи, так называемый эффект Барруса. Эластическое восста­новление – это увеличение сечения экструдата. Так, при течении в цилиндрическом канале на выходе наблюдается увеличите диаметра, а при истечении из кольцевых каналов увеличивается как диаметр, так и толщина стенки трубчатого экструдата:

Обычно в качестве показателя эластического восстановления струи используют коэффициент :

(67)

где - радиусы струи расплава и экструдата после охлаждения;

- радиус канала;

- плотности расплава и полимера при 20°С.

Изменение линейных размеров экструдата (уменьшение длины и уве­личение сечения) связана с протеканием релаксационных процессов. Упругая деформация, накопленная в расплаве, при течении в канале, восстанавливается после снятия внешней силы, т.е. при выходе из ка­нала макромолекулы переходят в равновесное состояние. Однако этот процесс происходит при свободном выходе. Если расплав отводится с помощью тянущего приемного устройства, то он на выходе растягивает­ся от принудительной вытяжки, и если эти напряжения больше нормаль­ных , обусловленных сдвигом, то сечение экструдата уменьшается и процесс экструзии осуществляется с вытяжкой расплава. Поскольку ориентация макромолекул количественно связана с напряжением сдвига , то коэффициент эластического восстановления зависит от ско­рости сдвига , температуры и длины канала. При увеличении происходит нелинейный рост . При низких высокая степень ориен­тации достигается при малых , а при повышении зависимость эта становится более плавной, т.к. возрастает процесс дезориентации макромолекул. При достижении некоторого значения темп роста замедляется, а иногда даже уменьшается, что связано с появлением эластической турбулентности (см. ниже) или проскальзыванием расплава по поверхности канала. При увеличении длины канала снижается, что объясняе тся входовыми потерями давления. Поскольку на входе в канал развиваются большие напряжения сдвига, то при течении в коротких каналах они не успевают снизиться к выхо­ду и расплав вытекает с большой степенью ориентации, а значение больше, чем в длинных каналах. При увеличении длины каналов постепенно снижается и на некотором расстоянии от входа в канал при переходе к установившемуся режиму течения становится минимальным (рисунок). Используя аналогичный анализ можно предсказать изменение с изменением других факторов, влияющих на реологические характеристи­ки.

определяется во многом и . Применение конического участка на входе в канал позволяет значительно снизить , однако при этом увеличение будет наблюдаться до более высоких скоростей сдвига , поскольку на входе уменьшается и неустойчивое течение, т.е. срыв струи, сдвигается в область больших .

Возникающая под действием ориентация макромолекул изменяется по глубине канала: в центре она минимальна, а на поверхности макси­мальна. При эластическом восстановлении растянутые внешние слои сжимают расплав и внутри струи возникает избыточное давление, рас­тягивающее внешние слои расплава в тангенциальном направлении. На­копленная упругая деформация восстанавливается не полностью, т.к. часть нормальных напряжений уравновешивается гидростатическим дав­лением, создающимся внутри струи на выходе после эластического восстановления струи.