Термины, связанные с цементом. Реологических испытаний

Главная --> Справочник терминов

Реологических испытаний точная оценка основных молекулярных параметров полибутадие-нов, а следовательно, и их технических свойств может быть осуществлена на основе ограниченного числа реологических характеристик. Этот метод наиболее эффективен в случае линейных и слаборазветвленных полибутадиенов, получаемых в присутствии литиевых и титановых катализаторов, однако он позволяет получить ценную информацию и в отношении «кобальтовых» и «никелевых» каучуков.

В работе [88] было показано, что молекулярная масса достаточно точно коррелирует с'рядом реологических характеристик, например с вязкостью по Муни при 100°С и хладотекучестью (рис. 8). Это позволяет использовать для расчета Mw СКДЛ легко определяемый показатель М100

Расплав полимера должен транспортироваться, и в нем необходимо создавать избыточное давление для продавливания через формующую фильеру или нагнетания в полость формы. Эта элементарная стадия полностью зависит от реологических характеристик расплава и оказывает определяющее влияние на конструкцию перерабатывающего оборудования. Создание давления и плавление могут происходить одновременно; обе эти стадии могут взаимодействовать друг с другом. Расплав полимера может подвергаться смесительному воздействию. Смешение расплава производится с целью создания равномерного распределения температур или для получения однородной композиции (в тех случаях, когда в машину поступает смесь, а не чистый полимер). «Проработка» полимера, направленная на улучшение его свойств, и многочисленный набор смесительных операций, включающих диспергирование несовместимых полимеров, измельчение и дробление агломератов и наполнителей, — все это относится к элементарной стадии «смешение».

До сих пор мы рассматривали только сдвиговые течения, обращая особое внимание на установившиеся вискозиметрические течения [40, 44—46]. Причиной этого является простота теоретического рассмотрения этих течений и их превалирующее распространение в технологии переработки полимеров. Тем не менее существует другой класс течений, известных как «продольные течения», или «течения при растяжении», которые также часто встречаются при переработке полимеров. В качестве примера можно привести фильерную вытяжку струи расплава при формовании волокна, одноосную вытяжку плоской струи при получении пленки из плоскощелевой головки экструзионным методом, двухосное растяжение при формовании пленки рукавным методом, многоосное растяжение при формовании изделий методом раздува и, наконец, сходящееся течение в конических каналах уменьшающегося диаметра. Во всех этих примерах упоминаются продольные течения, которые гораздо сложнее течений, используемых для определения реологических характеристик полимеров. В то время как реологи изучают однородные изотермические продольные течения (которые достаточно трудно правильно реализовать в эксперименте), инженерам-переработчикам приходится иметь дело с неоднородными и неизотермическими продольными течениями, поскольку такие течения часто встречаются при формовании на стадии отверждения,

В идеальном случае производительность шестеренчатых насосов определяется величиной перемещаемого объема и, следовательно, не зависит от реологических характеристик жидкости. Однако в действительности некоторое количество жидкости просачивается между гребнем зуба и корпусом, между торцами шестерни и корпусом и между сцепленными зубьями шестерен, снижая при этом эффективность работы насоса. Потоки утечек зависят, конечно, от вязкости жидкости. Давление выхода зависит от сопротивления, установленного на выходе.

Можно рекомендовать следующую процедуру построения математической модели для расчета головки независимо от ее типа: 1) реальный поток заменяют последовательностью простых вискози-метрических течений; 2) составляют одно или несколько уравнений материального баланса, связывающих между собой объемные расходы вискозиметрических течений каждого типа; 3) принимая, что можно изменить один или несколько геометрических параметров головки, рассчитывают течение при одном или нескольких режимах экструзии, определяя для них значения упомянутых выше геометрических параметров головки как функции размеров изделия, реологических характеристик экструдируемого расплава и параметров процесса экструзии.

При больших значениях 9 течение в конической щели становится невискози-метрическим; это связано с тем, что все компоненты скорости не равны нулю и vJur «=# tg 9. Именно поэтому не удается достоверно предсказать поведение расплава в процессе формования заготовки, исходя из реологических характеристик, определение которых проводили в условиях установившегося вискозиметрического течения. Кроме того, течение в каналах головки при формовании заготовки является неустановившимся как в аккумуляторных головках с плунжерными копильниками, так и в агрегатах с возвратно-поступательным перемещением червяка. Причинами этого являются резкое перемещение плунжера (червяка) ^и сжимаемость расплава; а так как время перемещения очень мало, то нестационарность реологических свойств является второй причиной, затрудняющей моделирование нестационарного процесса формования заготовки, исходя из сведений о свойствах расплава, определенных в режиме установившегося течения.

Исчерпывающая математическая модель процесса каландрования должна была бы состоять из описания гидродинамики движения расплава между валками при одновременном рассмотрении деформации валков под действием распорных усилий, описания теплопередачи в каландруемом полимере и металлических валках и описания изменений в структуре материала под действием продольной вытяжки. С учетом реологических характеристик полимера, условий питания и технологических параметров (таких, как температура и частота вращения валков, величина зазора между валками, степень перекрещивания и контризгиба валков) такая модель позволила бы рассчитать истинную картину течения в зазоре, определить изменение ширины каландруемого изделия при его прохождении через зазор, установить поперечную разнотолщинность изделия, рассчитать распределение температур в изделии и оценить влияние этих факторов как на переход каландруемой пленки к тому или иному валку, так и на возникновение нестабильных режимов работы.

3. Некоторые методы переработки полимеров*"рассчитаны на то, что формование надмолекулярных структур (структурирование) будет происходить непосредственно в самом процессе переработки. Примерами таких технологических процессов являются формование волокна и экструзионно-выдувное формование с предварительной вытяжкой. В первом примере волокно после фильерного формования для получения нужной структуры должно быть подвергнуто «холодной вытяжке» (см. разд. 3.7). Во втором примере характерное время релаксации полимера при температуре формования должно быть достаточно велико, для того чтобы в материале до начала охлаждения сохранилась большая часть созданной в процессе формования двухосной ориентации. Таким свойством обладают аморфные полимеры при температуре, несколько превышающей температуру стеклования. Можно назвать эту способность «структурируемостью»; она зависит как от реологических характеристик расплава полимера, так и от его механических свойств при Tg < Т < Тт.

Системы реологических испытаний конструируются так, чтобы отвечать требованиям либо проведения исследовательских работ, либо контроля качества, либо того и другого. Они включают определение показателей пластичности на пластометре с параллельными плитами; определение вязкости по Муни и способности к преждевременной подвулканизации; определение жесткости и эластического восстановления по Дефо и оцениваются с помощью комплекса методов, зафиксированных в стандартах. Используемые для определения реологических характеристик приборы в зависимости от характера деформирования разделяются на вискозиметры выдавливающего (капиллярные) и ротационного (сдвиговые) типов, сжимающие пласто-метры и вибрационные реометры. Каждый из этих типов имеет свои достоинства и недостатки и отражает те или иные условия переработки резиновых смесей (таблица 16.1).

Устройство для исследования реологических характеристик полимерных материалов (СССР) состоит из червячной машины с двумя шнеками, зоны выдавливания которых соединены с зонами загрузки двумя полостями. В первой полости размещен ротор вискозиметра, во второй - плунжер. При работе устройства полимерная смесь непрерывно циркулирует от одного шнека к другому, и реологические характеристики можно измерять с помощью ротационного вискозиметра при заданной температуре. С помощью червячной машины можно производить впрыскивание смеси в воздух или испытательную форму, измеряя при этом давление впрыска и количество выдавливаемого материала.

Течению расплава, сжимаемого между двумя параллельными дисками, как отмечалось ранее, присущи все характерные особенности течения при литье под давлением. Эту геометрическую конфигурацию и этот тип течения используют также в некоторых системах гидродинамической смазки и в различных приборах для реологических исследований асфальта и других вязких жидкостей. Пластометр Вильямса, работа которого основана на этом принципе, использовался в резиновой промышленности многие годы [27]. Недавно Лейдер и Берд [28] указали на преимущества этого простого геометрического решения для скоростных реологических испытаний полимерных расплавов.

3. Приборы для реологических испытаний.

Характеристика поведения каучуков и резиновых смесей при их переработке является первостепенной проблемой в производстве каучука [2]. Для этого имеются в распоряжении методы, начиная от реологических испытаний с точным определением таких зависимостей, как кривые вязкости [3]кривые течения, нормальные коэффициенты упругости [4] заканчивая простыми методами испытания технологических свойств, как, например испытания по Муни или Дефо. Кроме того, аналитические методы исследования молекулярной структуры каучуков позволяют предсказать или объяснить поведение материалов при переработке.

Системы реологических испытаний конструируются так, чтобы отвечать требованиям либо проведения исследовательских работ, либо контроля качества, либо того и другого. Они включают определение показателей пластичности на пластометре с параллельными плитами; определение вязкости по Муни и способности к преждевременной подвулканизации; определение жесткости и эластического восстановления по Дефо и оцениваются с помощью комплекса методов, зафиксированных в стандартах. Используемые для определения реологических характеристик приборы в зависимости от характера деформирования разделяются на вискозиметры выдавливающего (капиллярные) и ротационного (сдвиговые) типов, сжимающие пласто-метры и вибрационные реометры. Каждый из этих типов имеет свои достоинства и недостатки и отражает те или иные условия переработки резиновых смесей (таблица 16.1).

16.4, Динамические методы реологических испытаний

29. Геттферт А. Методы и приборы для реологических испытаний каучуков и резиновых смесей. Их использование при исследованиях, разработках и контроле качества. // Препр. Междунар. конф. по каучуку и резине. Секция "С". М., 1984. Т. 3.

16.4.Динамические методы реологических испытаний . 456

Динамические методы. Динамические методы реологических испытаний получили в последние годы широкое распространение. При испытаниях вязкоупругий материал подвергается знакопеременным (циклическим) сдвиговым деформациям при сравнительно малых амплитудах в широком диапазоне изменения частот колебаний. В отличие от испытаний при стационарном режиме циклическое деформирование не приводит обычно к разрушению вторичных (надмолекулярных) структур материала, поэтому особенно удобно применять этот вид испытания для оценки реологических

Сущность метода температурно-временной суперпозиции применительно к результатам реологических испытаний состоит в том, что экспериментальные данные, полученные при различных температурах, могут быть совмещены параллельным перемещением вдоль оси логарифма скорости сдвига.

Вернемся к уравнению (1.65). Оказывается, если взять результаты реологических испытаний разных полимеров и выбрать температуру приведения таким образом, чтобы %= 1, то все экспериментальные данные будут расположены достаточно кучно около одной общей кривой (рис. 1.29); впервые этот экспериментальный факт был установлен в работе 28.

Сущность температурно-временной суперпозиции применительно к результатам реологических испытаний состоит в том, что экспериментальные данные о зависимости логарифма напряжений сдвига от логарифма скорости сдвига, полученные при различных температурах, могут быть совмещены перемещением вдоль оси скорости сдвига на величину lg ат.

Ректификационных аппаратов Рекуперативные теплообменники Рельефное изображение Релаксации напряжения Раскрытие трехчленного Релаксационные характеристики Релаксационных состояниях Релаксационным процессом Релаксационного максимума