|
|
|
Главная --> Справочник терминов Реологического поведения Деформационная способность полимерных материалов, обусловленная полностью обратимым изменением валентных углов и межатомных расстояний в полимерном субстрате под действием внешних сил, характерна для проявления упругих свойств. Температура, ниже которой полимерное тело может деформироваться под действием внешних сил как упругое, называется температурой хрупкости Гхр. Действие внешних силовых полей может быть представлено (рис. 3.3, а) как всестороннее сжатие, сдвиг и растяжение. Вместе с тем всякая конечная деформация полимерного материала проявляется, с одной стороны, как деформация объемного сжатия (или расширения), характеризующая изменение объема тела при сохранении его формы (дилатансия), а с другой, - как деформация сдвига, характеризующая изменение формы тела при изменении его объема (см. рис. 3.3, б). В связи с этим реологическое уравнение состояния должно описывать как эффекты, связанные с изменением объема деформируемого тела, так и влияние напряжений на изменение его формы. В общем случае деформация проявляется в двух видах: как обратимая и как необратимая. Энергия, затрачиваемая на необратимую деформацию, не регенерируется. Определение значений производной d(lgj )Д?(1§т) [см. рис. 4.2] позволяет оценить индекс течения п. Наиболее удобно для практических целей реологическое уравнение (4.3). Согласно Вместе с выражением производной (6.3-16) уравнение (6.3-15) представляет собой реологическое уравнение Уайта—Метцнера, которое часто используют в качестве модели нелинейной вязкоупругости. Естественно, при малых деформациях т^] = dt/dt и (6.3-15) превращается в уравнение максвелловской жидкости (6.3-9). Наконец, ряд широко используемых определяющих уравнений получают, конкретизируя вид функций G1, G2, ... (или Мг, М.2, ...), вместо В случае ньютоновской жидкости реологическое уравнение состояния для простого продольного течения имеет вид: * Трехкомпонентная модель Олдройда представляет собой нелинейное реологическое уравнение состояния, приведенное к дифференциальной форме, подобное уравнению состояния жидкости ZFD [см. выражение (6.3-10)]. Подробности см. К. В. Bird, R. С. Armstrong, О. ffasser, Dynamic of Polymeric Liguids, v. I, Wiley, N 4, 1977, S, 8.1, Эту систему замыкает реологическое уравнение Для / и /// областей полной кривой течения при плоско-параллельном движении реологическое уравнение имеет вид: При записи реологического уравнения в виде (1.3) трудно сравнивать различные материалы между собой. Для устранения этого недостатка иногда реологическое уравнение записывают в виде: Таким образом, степенное реологическое уравнение, несмотря на эмпирический характер, в достаточной степени аргументировано и широко используется при решении разнообразных практических задач. Наиболее простой моделью, сочетающей упругие и вязкие свойства, считается модель Максвелла. Общая деформация модели (7) складывается из мгновенной упругой деформации пружины и необратимой деформации вязкого течения. Реологическое уравнение модели Максвелла: , Однако модель Максвелла не учитывает эластичности, возникающей за счет раскручивания макромолекул и отличающейся от гу-ковской упругости. Для развития этой деформации необходим определенный промежуток времени. Такая «запаздывающая» упругая деформация представлена моделью, предложенной Кельвином и Фойгтом (независимо). Общее напряжение в модели (т) складывается из напряжений, возникающих в каждом из элементов. Реологическое уравнение этой модели имеет вид: Рассмотрим два одинаковых капилляра, один из которых изображен на рис. 6.1. В одном — ньютоновская жидкость, другой заполнен полимерным расплавом. Эксперимент показывает, что при изменении перепада давлений в капилляре в обоих случаях скорость истечения Q возрастает. Однако для ньютоновской жидкости отношение Q/ЛР постоянно, т. е. ее реакция на приложенное давление постоянна, в то время как для расплава полимера отношение Q/AP постоянно лишь при очень малых значениях АР и возрастает более чем в 100 раз при росте АР. Иначе говоря, сопротивление внешнему воздействию падает при росте АР. Такие жидкости «податливы», поэтому их называют псевдопластическими или «разжижающимися». Результаты этого эксперимента типичны для большинства расплавов полимеров, его реологический смысл заключается в том, что при росте скоростей деформации реакция жидкости изменяется и ее поведение из ньютоновского превращается в неньютоновское. Последнее, как правило, преобладает при скоростях деформаций, реализуемых в реальных процессах переработки. Фактически уменьшение вязкости представляет собой наиболее важную для процессов переработки особенность неньютоновского поведения расплавов полимеров. Эта особенность реологического поведения расплава облегчает течение при больших скоростях и снижает опасность перегрева вследствие чрезмерных тепловыделений при вязком течении. Конечно, с помощью определяющего уравнения для ньютоновской жидкости (6.2-1) такое поведение описать нельзя. Кроме эффекта Вайссенберга многие особенности реологического поведения объясняются тем, что при простых сдвиговых течениях Экстремальное изменение напряжений — нелинейное вязкоупру-гое явление, поэтому оно не предсказывается в рамках теорий линейной вязкоупругости. Заметим, что в процессах переработки полимеров напряжения экстремально возрастают в периоды, соответствующие заполнению формы при литье под давлением и при получении заготовки в периодических процессах формования с раздувом. Полагают поэтому, что эта особенность реологического поведения оказывает влияние на ход этих процессов. Более того, особенности вязкоупругого поведения полимеров, в частности их способность к релаксации напряжений и упругому восстановлению, играют важную роль в процессах переработки полимеров (особенно сильно они влияют на структурообразование и формуемость). Как было показано в гл. 3, остаточные напряжения и деформации, существующие в изделии после формования, в значительной степени определяют его конечные морфологию и свойства. Из всех особенностей реологического поведения расплавов полимеров, которые были рассмотрены выше, наиболее важной является снижение вязкости при увеличении интенсивности внешних воздействий. Это замечание не умаляет влияния нормальных напряжений и вязкоупругого поведения на формование и структурообра-зование в полимерах, но подчеркивает очень важную роль эффектов, связанных с «разжижением» расплавов полимеров. Из сказанного выше ясно, насколько сложно реологическое поведение расплавов и растворов полимеров. Поэтому не удивительно, что тридцатилетние усилия реологов не привели еще к созданию определяющих уравнений, количественно описывающих все явления, возникающие при течении полимерных расплавов. Ученые и инженеры используют уравнения, описывающие те особенности течения полимеров, которые представляют для них наибольший интерес или важны для частной рассматриваемой задачи. Для описания реологического поведения расплавов полимеров было предложено множество определяющих уравнений, но только небольшая их часть была использована для решения задач, связанных с процессами переработки полимеров. Тем не менее интересно проследить историю их происхождения и выявить существующую между ними взаимосвязь. Мы попытались кратко рассмотреть взаимосвязь некоторых определяющих уравнений, которые широко применяются для описания свойств расплавов и растворов полимеров. Ни одно из них количественно не описывает всех особенностей реологического поведения этих сред. Одни из них лучше, чем другие, зато их применение для решения задач вместе с уравнением движения более затруднительно. В табл. 6.1 кратко суммированы возможности предсказания реологических эффектов с помощью упомянутых уравнений, а также некоторых других. Строго говоря, (6.5-3) — эмпирическое определяющее уравнение, предназначенное для предсказания реологического поведения при Подставляя (13.4-7) и (13.4-10) в итоговое уравнение (13.4-3), получим уравнение, учитывающее особенности реологического поведения степенной жидкости: Структуры, термодинамически стабильные ниже температуры фазового перехода, могут сохранять некоторую кинетическую стабильность выше этой температуры, что проявляется в сохранении «кинетической памяти». Так, если закристаллизованный полимер нагрет выше Гпл и время существования расплава меньше соответствующего т*, то при снижении температуры до Гкр исчезнувшие дискретные структуры появляются в том же виде и на тех же местах. Существование флуктуационных структур объясняет особенности реологического поведения и высокую вязкость расплавов полимера. д-процесса, а именно л3-процесса, характеризующегося временем релаксации т3=104 с или выше. Интересные особенности реологического поведения стереорегулярного бутадиенового эластомера СК.Д получены на длительных кривых ползучести при малых скоростях деформации сдвига (рис. 5.9). реологических исследований применяются в технологии разнообразных производственных процессов, а также при разработке различных проектов и в конструкторских работах. Без знания реологического поведения, например, пластмасс и резиновых смесей невозможно проектировать и рассчитывать оборудование для процессов переработки полимеров в изделия (формование, вальцевание, шприцевание и каландрование). Оказалось, что знания, которые дают теория упругости и гидродинамика, для новых материалов недостаточны. Хотя пластичность — одно из наиболее характерных свойств материалов, однако теории пластичности металлов в случае полимеров оказываются неприменимыми. Реологические свойства низкомолекулярных и полимерных жидкостей имеют не только отличительные (обусловленные высокими молекулярной массой и вязкостью последних), но и сходные черты (активационный механизм вязкого течения). Среди различных реологических свойств полимерных систем их вязкостные свойства, являются наиболее важными [8; 18; 72; 6.1; 6.2].  Рельефное изображение Релаксации напряжения Раскрытие трехчленного Релаксационные характеристики Релаксационных состояниях Релаксационным процессом Релаксационного максимума Рентгенография электронография Реологические уравнения |
- |
Навигация