- •Технології та обладнання для змішування пластмас.
- •Матриці пластмас. Основні термопласти, реактопласти та термоеластопласти, на базі яких створюються пластмаси.
- •Релаксаційні процеси, релаксаційний спектр та час релаксації полімерів.
- •6 Технологія і обладнання для стренгової грануляції композицій пластмас.
- •7 Коротка характеристика основних багатотоннажних полімерів. Стан і перспектива їх виробництва в Україні.
- •8 Молекулярно-реологічне обґрунтування процесів орієнтації пластмас.
- •9 Технології та обладнання для таблетування термореактивних пресматеріалів.
- •10 Пластмаси - полімерні композиційні матеріали, принципи їх створення.
- •11. Фiзична I хiмiчна деструкцiя полiмерiв. Особливостi хiмiчних процесiв при перегpiвi пвх
- •12. Особливостi екструзiйних технологiй. Класифiкацiя екструзiйного обладнання.
- •13. Загальна характеристика вихiдних компонентiв пласмас.
- •15. Екструдери черв’ячнi, дисковi I комбiнованi. Iх призначення та особливостi.
- •16. Наповнення полімерів. Основні види наповнювачів і типи структур наповнених полімерів. Особливості введення напОвнювачів.
- •17. Залежність коефіцієнту еластичного відновлення від швидкості зсуву і відносної довжини каналу.
- •18. Фізико-хімічні процеси, що протікають в екструдерах.
- •19. Пластифікація полімерів. Види пластифікації і пластифікаторів. Сумісність пластифікаторів з полімерами. Особливості введення пластифікаторів.
- •20. Фізичні властивості пластмас, їх вплив на переробку.
- •21 Основні параметри процесу екструзії
- •22 Модифікування властивостей сумішей полімерів наповнювачами, пластифікаторами та іншими добавками
- •23 Переробляємість пластмас і оцінка її з використанням термомеханічного аналізу
- •24 Функціональні зони екструдерів, їх сумісна робота
- •25. Горючість пластмас, методи її зниження
- •26 Тривала термостійкість полімерів і композицій. Термічна і механічна деструкція полімерів.
- •27 Гідравлічна взаємодія екструдера з головкою. Робоча точка єкструзії.
- •28 Спінювання, фізико-хімічні основи процесу
- •29 Текучість. Показник текучості розплаву термопластів
- •30 Математична модель зони завантаження. Коефіцієнт бокового тиску, його значення при аналізі руху “пробки”
- •31. Пространственное (сетчатое) структурирование термопластов
- •32. В’язкотекучі властивості пластмас, в тому числі час твердження по методу Канавця
- •34. Токсичность пластмасс
- •35.Усадка изделий из пластмасс. Анизотропия усадки.
- •36. Математическая модель зоны дозирования. Анализ степени влияния на продуктивность экструдера
- •37 Изменение агрегатного, фазового и физического состояния при экструзионной переработке пластмасс
- •38. Гранулометрический состав текучих , методы определения
- •39. Назначение и классификация пластмассовых труб, особенности методов их производства
- •40. Ориентация макромолекул, связь макроструктур со свойствами пластмасс
- •41. Класифікація методів переробки пластмас та іх загальна характеристика.
- •42. Особливості підготовки розплаву для екструзії труб
- •43. Эластическая турбулентность при течении расплава полимера
- •44. . Анализ процессов переработки с позиций элементарных стадий (модулей).Их значение для новых технологий и модернизации существующих.
- •45. Формування заготовок виробів з пластмас. Соекструзія заготовок виробів.
- •46. Стан і перспективи виготовлення виробів з пластмас
- •47. Переробляємість пластмас та оцінка її з використанням дта
- •48. Змішування сипких речовин, сипких та рідинних компонентів, розплавів пластмас
- •49. Одержання пластмас, їх класифікація і особливості властивостей
- •50. Термостабільність та термостійкість полімерів
8 Молекулярно-реологічне обґрунтування процесів орієнтації пластмас.
Наличие комформационных переходов при течении, а также развитие упругой деформации обусловливают проявление специфических эффектов, характерных для течения расплавов и растворов полимеров, таких, как нормальные напряжения при сдвиговом течении, эффект Барруса, эффект Вайссенберга.
Эффект Барруса. После выхода расплава из формующих каналов под действием нормальных напряжений возникает эластическое восстановление струи, так называемый эффект Барруса. Эластическое восстановление – это изменение сечения экструдата. Так, при течении в цилиндрическом канале на выходе наблюдается увеличение диаметра, а при истечении из кольцевых каналов изменяется как диаметр, так и толщина стенки трубчатого экструдата (рис. 7.3).
Рис. 7.3. Изменение размеров расплава после выхода из канала:
а – круглый профиль; б – трубчатая заготовка.
Обычно в качестве показателя эластического восстановления используют коэффициент Кэ:
(7.12)
где Rс – радиус струи расплава; Rэ – радиус экструдата после охлаждения; Rк– радиус канала; ρр – плотность расплава; ρо – плотность полимера при 20°С.
Изменение линейных размеров экструдата (уменьшение длины и увеличение сечения) связано с протеканием релаксационных процессов. Упругая деформация, накопленная в расплаве при течении в канале, восстанавливается после снятия внешней силы, т. е. при выходе из канала макромолекулы переходят в равновесное состояние. Однако этот процесс происходит при свободном выходе.
Поскольку ориентация макромолекул количественно связана с напряжением сдвига, то коэффициент эластического восстановления зависит от скорости сдвига, температуры и длины канала. При увеличении скорости сдвига происходит нелинейный рост коэффициента эластического восстановления. При низких температурах высокая степень ориентации достигается при малых значениях скорости сдвига, а при повышении температуры зависимость эта становится более плавной, так как возрастает процесс дезориентации макромолекул под действием тепловой флуктуации. Следует заметить, что при достижении некоторого значения скорости сдвига темп роста коэффициента эластического восстановления Кэ замедляется, а в некоторых случаях даже уменьшается значение Кэ Это явление связано с появлением эластической турбулентности или проскальзыванием расплава по поверхности канала.
При увеличении длины канала Кэ снижается, что объясняется входовыми потерями давления. Поскольку на входе в канал развиваются большие напряжения сдвига, то при течении в коротких каналах они не успевают снизиться к выходу и расплав вытекает с большой степенью ориентации, а коэффициент эластического восстановления больше, чем в длинных каналах. При увеличении длины каналов напряжения постепенно снижаются и на некотором расстоянии от входа в канал при переходе к установившемуся режиму течения становятся минимальными. Поэтому высокая степень ориентации, достигнутая на входе, постепенно, к выходу из канала уменьшается, что сказывается на значении коэффициента «разбухания» струи.
Используя аналогичный анализ, можно предсказать изменение Кэ с изменением других факторов, влияющих на реологические характеристики. Основным критерием оценки эластического восстановления должны служить напряжение сдвига и время релаксации. Так, применение конического участка на входе в канал позволяет значительно снизить Кэ однако увеличение коэффициента будет наблюдаться до более высоких скоростей сдвига, поскольку напряжения сдвига на входе уменьшаются и неустойчивое, течение, т.е. срыв струи, сдвигается в область больших скоростей сдвига.
Эффект Вайссенберга. Исследуя различные случаи круговых течений расплавов полимеров, Вайссенберг показал, что жидкости, обладающие высокоэластичностью, при сдвиге по цилиндрическим плоскостям как бы стягиваются к оси вращения, преодолевая центростремительные силы. При сдвиговом течении между вращающимися цилиндрами, дисками или между дисками и конусами ориентации макромолекул происходит по дуге окружности тел вращения.
Рис. 7.4. Изменение размеров экструдата (а) и схема возникновения тангенциальных нормальных напряжений σθθ (б) при течении между вращающимися цилиндрами.
Рис. 7.5. Схема расположения векторов напряжений при круговом течении расплава.
Р
При этом, если молекулу представить в виде упругой обобщенной механической модели, то модель, деформируясь, также будет располагаться по дуге окружности, как показано на рис. 7.4, б. Макромолекулы, находясь в такой неравновесной конформации, стягиваются к оси вращения, так как при сложении векторов σθθ появляются радиальные нормальные напряжения σrr.
Из геометрического построения (рис. 7.5) видно, что нормальное напряжение σrr обусловливает сжатие полимера и количественно связано с нормальным напряжением σθθ. Отсюда становится понятным необычное поведение расплава при сдвиговом круговом течении. Так, при вращении стержня происходит подъем расплава по стержню вверх (рис. 7.6), а при вращении пустотелого цилиндра расплав течет по внутреннему отверстию, преодолевая силы гравитации.
Эффект Вайссенберга имеет практическое значение: на нем основано измерение первой разности нормальных напряжений в реогониметрах, на этом принципе работают дисковые экструдеры.