3. Реология и механические свойства в процессах переработки полимеров.

Процессы переработки полимеров аналогичны химическим в том смысле, что как те, так и другие связаны с переносом кинетической энергии, тепло- и массопереносом. Поскольку полимерные материалы обладают необычными свойствами (прежде всего вязкоупругостью), процессы, протекающие при их переработке, как правило, гораздо сложнее химических. К характерным промышленно важным процессам переработки полимеров относятся фильерная вытяжка, экструзия пленок, литье под давлением, формование раздувом, термоформование листовых термопластов и пенопластов.

Для изучения процесса переработки полимеров следует установить взаимосвязь, с одной стороны, между его технологическими параметрами и механическими и реологическими свойствами материала и, с другой, между молекулярными и реологическими характеристиками полимера.

Реологические свойства вторичных полимеров взаимосвязаны с техническими и технологическими параметрами перерабатывающего оборудования, вязкостью и молекулярными параметрами полимеров, особенностями технологического режима производства (температура, скорость течения, вытяжки и т.д.), механическими свойствами перерабатываемых полимерных отходов (ударная вязкость, разрушающее напряжение и т.д.).

Реологические свойства служат своеобразным критерием качества получаемого вторичного сырья при регранулировании полимерных отходов. при проектировании узлов перерабатывающего оборудования (фильеры, шнеки, др.) учет реологических свойств полимеров имеет немаловажное значение. Таким образом, механические свойства конечного продукта в виде гранулированного вторичного полимерного сырья является функцией его химического строения и структуры.

Механические свойства полимеров характерны ярко выраженной темпе-ратурно-временной зависимостью их свойств и повышенной эластичностью.

При нагружении полимеров происходит их деформация. Различают следующие нагружения: статическое (при постоянной нагрузке и постоянном напряжении) и динамическое (с постоянной скоростью нагружения, цикличес-кой нагрузкой и ударным нагружением), различающиеся распределением нагружения во времени и вызывающие различный характер деформаций полимеров. Почти все полимерные материалы в определенном температурном интервале способны к большим, частично обратимым деформациям.

Всю конечную деформацию реального материала можно представить как результат последовательного проявления двух принципиально отличных видов деформаций: объемного сжатия или расширения, характеризующейся изменением объема при неизменной форме; сдвига, характеризующейся изменением формы при неизменном объеме.

у

F

∆ S

l_o А а B в

α

∆ l Н

σ_{o С}

0 х

х

рисунок 3.2 – Растяжение Рисунок 3.3 – Сдвиг

прямоугольной призмы. прямоугольной призмы.

В рассматриваемом случае (рис. 3.2., 3.3, 3.4) можно предположить, что полимерные материалы подчинены Закону Гука и модулю Юнга (модуль упругости) в следующем виде:

; ,

где Е – модуль упругости, модуль Юнга,

μ – коэффициент Пуассона,

σ_о – растягивающее напряжение.

Основная характерная особенность полимеров – сочетание упругости и вязкости: полимеры в одних случаях ведут себя как упругие тела, в других – как вязкие жидкости, но как правило, упругость и вязкость взаимно «накладываются». Полимеры не являются ни чисто упругими, ни истинно вязкими, и их поведение не подчиняется ни Закону Гука, ни Закону вязкости Ньютона.

E

2

1

1/υ

0

Рисунок 3.4 – График деформации упругого (1) и пластичного (2) материала.

Модельные представления в сущности основаны на том, что твердое тело, сочетающее упругость и вязкость, моделирует совокупность соответствующим образом соединенных между собой элементов, символизирующих упругость и вязкость.