Методички / 1059

кривой такой, же формы, причем минимум расположен при

μ ~ 1,0 (lg μ →0).

Абсолютная величина d зависит не только от соотноше-

ния вязкостей, но и от соотношения упругостей расплавов.

Упругость расплава можно оценить, например, по величине

"разбухания" струи, выходящей из канала. Чем больше уве-

личивается диаметр струи по сравнению с диаметром канна-

ла, тем больше упругость расплава. Чем более упругим являет-

ся расплав, тем крупнее капли (хуже диспергирование). Ес-

ли значения упругости расплавов различаются незначитель-

но, то разные пары полимеров могут быть описаны единой кривой (рис. .7) или единой зависимостью числа Вебера от

где «плюс» соответствует μ > 1, а «минус» соответствует

μ < 1.

Характерно, что кривая, типа показанной на рис. 7 или аналогичная ей по форме кривая, описываемая уравнением

(14), характеризуют диспергирование также и в смеситель-

ном оборудовании типа вальцов или экструдера.

Форма кривой аналогична зависимости длины упругой волны λ (см. рис. 5) от соотношения вязкостей. Это указыва-

ет на то, что в условияхсмешения самопроизвольный распад

24

даря несовместимости «темного» и «светлого» полимеров

мы в идеальном ламинарном смесителе получили бы не

частицы, а длинные нити диспергируемого полимера. Поли-

меры, в подавляющем большинстве, нерастворимы друг в друге, однако, их смеси являются дисперсиями частиц, а не волокон одного полимера в матрице другого.

Два механизма образования полимер – полимерных дис-

персий могут иметь место при ламинарном смешении. Во-

первых, непосредственное разрушение вытянутых капель

диспергируемого полимера при перемене направления сдви-

га. Направление сдвига в реальном смесительном оборудова

нии меняется непрерывно для обеспечения максимального

эффекта смешения. Вo-втopых, переход нитевидной струк-

туры смеси полимеров в капельную может произойти в ре-

зультате гидродинамической нестабильности жидких нитей.

Рассмотрим второй механизм. При деформации сдвига полимер-полимерного расплава капли диспергируемого по-

лимера (дисперсная фаза) деформируются в эллипсоиды;

Капля, деформируется, тем больше, чем больше сила сдвига, определяемая вязкостью матрицы ηм при данной

21

скорости сдвига, и тем меньше, чем больше межфазное на-

тяжение σ1,2 на границе раздела капля – матрица:

Поведение капли определяется, в основном, первым членом уравнения (12 а), который иногда называют числом Вебера.

Число Вебера характеризует отношение вязких сил и межфазного натяжения. Если преобладающее значение име-

ет межфазное натяжение (знаменатель), то сферическая кап-

ля под действием сдвига превращается в эллипсоид, главная ось которого расположена под углом 45о к направлению сдви-

га. Если преобладают вязкие силы, то главная ось эллипсоида совпадает с направлением сдвига. Последний случай наибо-

лее характерен для расплавов смесей полимеров.

Значительная деформация расплава при наличии высо-

кой вязкости матрицы приводит к дальнейшему вытягива-

нию эллипсоида. Этому способствуют зоны растяжения в смесительном оборудовании, например при переходе от ши-

рокого сечения канала к узкому. Возникают длинные цилин-

дры или нити диспергируемого полимера. В таких жидких

22

цилиндрах существует нестабильное равновесие сил вязкого сопротивления и межфазного натяжения, в результате чего возникает упругая волна, которая может разрушить жидкий цилиндр на ряд капель (рис. 5).

Рисунок 5 – Последовательные стадии (а, б, в) распада жидкого цилиндра, находящегося в жидкой матрице другого (несовместимого) полимера

Разрушение (распад) цилиндра произойдет, если соблю-

дается условие λ> 2πR; колебания затухают, если л. < 2πR.

Если распад цилиндра происходит в покоящейся матри-

це, то возникает ряд капель одинакового диаметра d, между которыми образуются капли-спутники (см. рис. .5). Расчет показывает, что зависимость длины волны λ от отношения вязкостей фаз μ описывается кривой с минимумом. Экспе-

римент показывает, что зависимость d от μ выражается

23