Главная --> Справочник терминов


Распределения деформаций Для упрощения количественного анализа ламинарного смешения разработан метод исследования изменения площади поверхности раздела фаз в процессе смешения. Увеличение площади поверхности раздела можно непосредственно связать с начальной ориентацией и общей деформацией системы [17, 3]. Величину деформации можно рассчитать, зная в деталях картину течения. В конечном счете общая деформация может служить количественной характеристикой ламинарного смешения. Ее можно связать с конструкцией смесителя, технологическими параметрами процесса смешения, физическими свойствами смеси и начальными условиями. Однако измерить общую деформацию жидкости нелегко. Не удается также установить непосредственную связь между расчетной величиной деформации и композиционной однородностью смеси, которая зависит от распределения элементов поверхности раздела внутри системы. Лишь в относительно простых случаях удается рассчитать ширину полос текстуры по величине общей деформации. В более общем случае для определения величины деформации, обеспечивающей заданную однородность смеси, приходится устанавливать эмпирические закономерности. Таким образом, деформация является характеристикой процесса, позволяющей установить связь между параметрами процесса смешения и качеством смеси. В дальнейшем некоторые из этих количественных подходов будут рассмотрены более детально.

Следовательно, для равномерного распределения элементов поверхности раздела внутри системы начальное расположение частиц должно быть таким, чтобы они пересекались со всеми линиями тока. Однако контролировать начальную ориентацию и расположение смешиваемых компонентов трудно. Для смесителей со сложной картиной течения (псевдослучайное смешение) начальные ориентация и расположение компонентов не столь существенны. Если смешиваемые компоненты представляют собой твердые частицы, то их предварительно перемешивают для усреднения начальных ориентации и расположения частиц.

Мы рассмотрели две крайние разновидности течения; упорядоченное течение с регулярными линиями тока в коаксиальных цилиндрах и псевдослучайное вихревое течение в смесителях непрерывного и периодического действия. Между этими двумя крайними случаями есть много других реализуемых на практике сложных видов течения, поддающихся теоретическому анализу. Некоторые из них, например течение в зазоре между коаксиальными цилиндрами с встроенными планетарными роликами, исследовал Шерер [10]. При течении движутся все четыре стенки, и картина течения подобна той, которая наблюдается в двухчервячном экструдере с взаимозацепляющимися червяками. (Такие устройства применяют в одно-червячных экструдерах для интенсификации смешения.) В этом случае осевое течение накладывается на тангенциальное. Для определения смесительного воздействия в центр камеры впрыскивали окрашенную жидкость (метку) и следили за ее перемещением, за увеличением площади поверхности раздела, а также за распределением элементов поверхности раздела внутри системы. Начальное расположение метки таково, что она пересекает все линии тока, так же как в случае коаксиальных цилиндров (см. рис. 11.3, б), но в данном случае можно ожидать более благоприятного распределения элементов поверхности раздела и при не столь благоприятном исходном расположении диспергируемой фазы.

Другой интересный случай, исследованный Шерером, моделирует циркуляционное (поперек канала) течение в одночервячных экструдерах. Наиболее эффективное распределение элементов поверхности раздела в одночервячных экструдерах достигается при оснащении экструзионного канала смесительными секциями, состоящими из ряда стержней или других приспособлений, изменяющих направление потока. Эрвин [8] показал, что если в смесительной зоне экструдера осуществляется рандомизация распределения элементов поверхности раздела, то смесительное воздействие существенно возрастает.

При псевдослучайном характере смешения, необходимом для равномерного распределения элементов поверхности раздела внутри системы, направление сдвига также непрерывно изменяется, компенсируя до некоторой степени неблагоприятное влияние одномерного сдвига. Са и др. [3] предложили ряд методов повышения эффективности смешения при одномерном сдвиге. Они усовершенствовали смеситель, состоящий из коаксиальных цилиндров, создав электростатическое поле между цилиндрами. Если вязкость компонентов достаточно мала, то за счет электростатического поля поверхность раздела приобретает волнообразную форму, благодаря чему последняя стадия смешения дополнительно интенсифицируется.

11.1. Перерабатывающее оборудование, используемое для смешения. Хорошее экстенсивное смешение может быть достигнуто за счет увеличения площади поверхности раздела и распределения элементов поверхности раздела внутри системы, а диспергирующее (или интенсивное) смешение требует наличия высоких напряжений сдвига. В соответствии с этим охарактеризуйте следующее перерабатывающее оборудование: вальцы, смеситель Бенбери, одночервячный экструдер с зацепляющимися червяками, вращающимися в противоположные стороны.

в материале атом позитрония локализуется в дефектах (элементах свободного объема) разупорядоченных областей, а позитроны - в дефектах кристаллитов. На основании рассмотрения кинетики захвата позитрония получена [3] в аналитическом виде зависимость между количеством дефектов, их размерами и характеристиками временного распределения аннигиляционного излучения позитронов. Этим методом удается получить данные непосредственного распределения элементов свободного объема по размерам, обнаружить возникновение зародышей кристаллической фазы этилена, в том числе, в этилен-пропиленовых каучуках.

Здесь константа пружины Еп заменена на весовую функцию / (т) dr, которая характеризует плотность распределения элементов Максвелла с временами релаксации, лежащими между т и т -\- dr.

Для некоторой части распределения структурных элементов приложение внешнего напряжения смещает равновесие, поэтому можно считать, что увеличение числа элементов, способных к переходам, аналогично эффективному повышению температуры. Для другой же части распределения элементов по их ориентации приложение напряжения эквивалентно понижению температуры. Роберт-сон далее полагает, что скорость, с которой совершаются конформа-ционные переходы, чувствительна к температуре, причем для описания температурной зависимости скорости этого процесса он применил уравнение Вильямса — Лэндела — Ферри. Поэтому

Развитие вычислительной техники позволяет моделировать достаточно сложные процессы формирования сетчатых полимеров, анализировать их структуру, причем этот метод свободен от недостатков двух предыдущих, поскольку позволяет рассматривать систему во всем интервале глубин превращения (как до, так и после точки гелеобразования), и нет необходимости введения каких-либо предположений о характере распределения элементов системы. Недостатком любого модельного анализа является его конкретность, сложность получения обобщений, а кроме того, на данном этапе развития вычислительной техники трудность, а часто и невозможность исследования достаточно больших систем. Поэтому роль краевых эффектов при исследовании неоправданно велика. Тем не менее модельный анализ позволяет получить такие результаты, которые не удается получить другим методом.

сегментов Куна N — >- оо, А2 = LA, hpq =\ р — q \ А2, функция распределения элементов цепной макромолекулы известна — это

В соответствии с теоретическими результатами е может принимать значение от 0 (6-растворитель) до 0,2 (очень хороший растворитель). Подобное изменение расстояний между концами цепи, а также и изменение функции распределения элементов цепи приводят к зависимости [г\] от качества растворителя, т. е. от а (или е).

Следующий анализ также предполагает однородное распределение деформаций в аморфных областях микрофибрилл. Учет неоднородного распределения деформаций еа,- вновь вызвал бы сужение распределения N0(Li/L0). Непосредственно из выражений (5.57) и (7.1) получим ожидаемую величину числа разорванных цепей или образованных свободных радикалов:

Третий вариант объяснения данных, полученных при ступенчатых деформационных испытаниях, предложили Крист и Петерлин [9]. Они предположили для любого из упомянутых выше экспериментов существование неравномерного распределения деформаций вследствие различия длин нескольких тысяч одновременно напряженных волокон. Эффект неравных длин волокон, несомненно, расширяет имеющиеся распределения относительных длин цепей. Но преждевременные разрушения отдельных волокон и образование поверхностей их разрушения нельзя объяснить числом образовавшихся свободных радикалов. Чтобы в дальнейшем выяснить этот вопрос, Хассель и Деври исследовали свободные радикалы, образованные при деформировании ленты материала найлон-66 с высокоориентированными волокнами [10]. Они получили аналогичные гистограммы, которые оказались даже более широкими по сравнению с пучками волокна найлона-66. На микрофотографии поверхности разрушения ленточного материала, полученной с помощью сканирующего электронного микроскопа, показано, что в ленте, как и в нити, дефекты образуются по всему объему напряженного образца (рис. 7.8 и 7.9). Полученная поверхность разрушения проходит вдоль направления наименьшего сопротивления через ранее образовавшиеся дефектные зоны. Лишь при приближении к значению разрушающей деформации становится заметным различие между деформированием одиночного волокна и пучка волокон. Статистическое объяснение данного факта приведено в гл. 3.

— пустоты или полости могут формироваться вследствие неоднородного распределения деформаций в наполненных или ненаполненных эластомерах;

деформацию 7- Функция g (7) зависит от времени смешения. Интегрируя функцию распределения деформации g (7) dy, получим интегральную функцию распределения деформаций:

Рис. 7.16. Интегральная функция распределения деформаций в трехцилиндровом смесителе при Р = 1 и те = -— 0,95. Сплошная линия соответствует х =- 0,1 (Y — -- 39,37) или х — 0,9 (\> -- 40,38); пунктирная линия — х ---. 0,5 (\ -: 40); штрпхпунктирная — х ----- 0,3 (\ ^ 39,77) или у ^'0,7 (-у ::- 40,18).

Рис. 7.18. Функции распределения деформаций для вынужденного течения в смесителе из параллельных пластин (/) и для ньютоновского ламинарного течения в круглой трубе (2).

контроль качества смеси, меньше требуется обслуживающего персонала. К недостаткам таких смесителей следует отнести низкую диспергирующую способность и трудности, возникающие при необходимости перехода от одной смеси к другой. При работе смесителя необходимо обеспечивать равномерное питание и поддерживать более или менее стабильную последовательность введения компонентов. Однородность смеси как по сечению выходящего потока, так и во времени должна обеспечиваться конструкцией смесителя. Первое достигается при условии, если все частицы жидкости во время пребывания в смесителе испытывают одинаковую деформацию сдвига (узкая функция распределения деформаций) и если на вход смесителя подается макрооднородная смесь. Разумеется, необходимы также достаточно хорошее перемешивание и перераспределение компонентов внутри смесителя. Для достижения однородности состава смеси во времени нужно, как было показано в гл. 7, либо тщательно дозировать вводимые в смеситель компоненты, либо многократно повторять смешение. Последнее означает, естественно, расширение функции распределения времен пребывания. При этом нельзя допускать чрезмерного увеличения времени пребывания материала в смесителе, так как это может приводить к его механической или термической деструкции, а также увеличению времени перехода от одной композиции к другой.

Функция распределения деформаций и реологические характеристики

Рассмотрим теперь важный фактор смешения — функцию распределения деформаций (ФРД). Даже при самых выгодных начальных условиях широкая ФРД обязательно приведет к плохому сме-

шению. Чтобы проиллюстрировать это, обратимся снова к смеси телю, состоящему из коаксиальных цилиндров. Берген [9] изучал смешение черно-белой композиции, используемой для изготовления линолеума. На рис. 11.5 показаны начальное и конечное состояния смеси после 1 и 20 оборотов внутреннего цилиндра. Видно, что в результате смешения после 20 оборотов у поверхности движущегося цилиндра появилось кольцо, образованное «однородной» серой смесью, а в области, прилегающей к внешнему цилиндру, смешение, очевидно, отсутствует. Автор приписал эту неравномерность смешения бингамовскому характеру реологических свойств жидкости, хотя это обстоятельство лишь отчасти может быть причиной такой картины смешения. Дело в том, что неравномерность смешения проявляется даже у ньютоновской жидкости, а также у степенной жидкости, поскольку причина неоднородности смешения состоит в неоднородности функции распределения деформаций. Поясним этим эту мысль на примере.

Рис. 11.6. Функция распределения деформаций О (у) для степенной жидкости при куэттовском течении в зазоре между коаксиальными цилиндрами для случая, показанного на рис. 11.5, i. Значение п:




Рассматриваемого соединения Рассмотрены различные Рассмотрение молекулярных Радиационного инициирования Рассмотреть подробнее Рассмотрим последовательно Рассмотрим структуру Рассредоточения положительного Растягивающего напряжения

-
Яндекс.Метрика