ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Гидродинамика расплавов полимеров. Основные виды течения. Основные уравнения гидродинамики расплавов и растворов полимеров из "Основные процессы переработки полимеров Теория и методы расчёта" Уже в работах Пойтинга отмечалось, что при значительной величине деформации упругих тел простой сдвиг сопровождается возникновением нормальных напряжений. К выводу о неизбежности воз никновеиия нормальных напряжений можно прийти, рассматривая деформацию призмы, находящейся в условиях простого сдвига (см. рис. 1.6). [c.55] Очевидно, что поскольку исходная призма превращается в ромб, диагональ ВВ растягивается на величину ОВ —ОВ, а диагональ АС сжимается. Эти деформации приводят к тому, что вдоль соответствующих направлений действуют растягивающие (или сжимающие) напряжения. Очевидно, что величина этих напряжений будет тем больше, чем больше величины деформаций. Их ориентация также зависит от величины деформаций, поскольку в исходном положении угол ВВС равен л/4. [c.55] Увеличение деформации сдвига сопровождается одновременным уменьшением угла ВВС. (Так, при единичной деформации, 7 = 1, угол ВВС уменьшается в 2 раза и становится равен я/8.) Поэтому при достаточно больших высокоэластических деформациях расплава в потоке возникают ориентированные по потоку растягивающие напряжения. [c.55] Систематическое изучение нормальных напряжений началось после публикации работы Вайссенберга, экспериментально исследовавшего различные случаи круговых течений расплавов полимеров . Типичные формы проявления эффекта Вайссенберга , необъяснимые с позиций классической гидродинамики, приведены на рис. 1.36. [c.55] Как показал Вайссенберг, жидкости, обладающие высокоэластич-ностью, находящиеся в условиях кругового течения, деформационное состояние которого характеризуется осевой симметрией, как бы стягиваются силами, возникающими при появлении нормальных напряжений, противодействующими силам тяжести и центростремительным силам. Так, при вращении цилиндра с эластичной жидкостью последняя поднимается по стенкам неподвижного внутреннего цилиндра (рис. 1.36, а) или по неподвижному стержню (рис. 1.36, б), собирается внутрь неподвижной открытой снизу трубы (рис. 1.36, в, г), поднимается по трубкам, вставленным в неподвижный диск (рис. 1.36, д), собирается под невращающимся диском, поднимая его (рис. 1.36, е). [c.55] Анализ напряженного состояния изотропной эластической жидкости при простом сдвиге показывает , что величины нормальных напряжений, возникающих в потоке, зависят от величины гидростатического давления. Поэтому определение величины нормальных напряжений по реологическим свойствам жидкости невозможно. [c.55] В то же время разности нормальных компонент напряжений не изменяются при наложении гидростатического давления и могут быть определены из реологических свойств и кинематики движения. [c.55] Третья разность — р х является суммой двух первых разностей. [c.57] Задача определения величины первой разности нормальных напряжений рассматривалась в ряде работ Теоретически этот вопрос рассмотрен только для наиболее простых вискозиметриче-ских течений. [c.57] Определение второй разности нормальных напряжений сопряжено со значительными методическими трудностями. По данным Филиппова и др.8з, П8,119,124,128 3 соответствии С гипотезой Вайссен-берга вторая разность нормальных напряжений (р г — руу) равна нулю. С другой стороны, в ряде работ127-129 показано, что вторая разность нормальных напряжений не равна нулю и может составлять не более 10—20% первой. Полная ясность в этом вопросе не достигнута и по сей день. [c.57] Действительно, существование тангенциальных напряжений в потоке движущегося по каналу расплава полимера приводит к тому, что в нем развивается не только пластическая, ио и высокоэластическая деформации. В случае течения в канале круглого сечения, например в капилляре вискозиметра, эта деформация приводит к возникновению продольных растягивающих напряжений, величина которых оказывается тем больше, чем больше величина высокоэластической деформации. [c.58] Отсюда следует, что нормальные напряжения существуют только на периферии, если пренебречь зависимостью динамического модуля от скорости сдвига. Поскольку С = О (7), а 7 изменяется в пределах от 7 = О при / = О до 7 = 7п,ах при г — Я, падение динамического модуля может полностью компенсировать уменьшение напряжения сдвига. При этом материал струи оказывается одновременно растянутым так, как если бы к струе приложили равномерно распределенное растягивающее усилие. [c.58] По выходе струи за пределы капилляра тангенциальные напряжения, вызывающее ее растяжение, исчезают и начинается процесс релаксации деформаций растяжения. Внешне это проявляется в увеличении диаметра экструдата, получившем название эластического восстановления . [c.58] В предыдущих параграфах было показано, что по своим реологическим свойствам полимеры в большинстве случаев относятся к классу аномально-вязких систем, т. е. систем, вязкость которых является функцией скорости сдвига и предыстории. [c.58] К бингамовским жидкостям обычно относят материалы, имеющие в состоянии покоя достаточно жесткую пространственную структуру, которая разрушается только при достижении определенной величины напряжения сдвига р . После этого при р ро система ведет себя как неньютоновская жидкость, свойства которой характеризуются пластической вязкостью . [c.59] Таким образом, пластическая вязкость—это своеобразный аналог обычной вязкости, определяющий связь между скоростью сдвига и разностью действующего тангенциального напряжения и предела текучести. [c.59] Псевдопластики — это системы, у которых отсутствует предел текучести. Типичная особенность их поведения — это постепенное уменьшение эффективной вязкости с увеличением скорости сдвига. Такое поведение характерно для растворов высокополимеров, расплавов, термопластов, каучуков и резиновых смесей. Принято считать, что псевдопластики—это аномально-вязкие жидкости, вязкостные характеристики которых не зависят от продолжительности деформации, т. е. изменение эффективной вязкости со скоростью сдвига происходит столь быстро, что временной эффект не может быть обнаружен методами обычной вискозиметрии. [c.59] Впервые дилатансия наблюдалась у песка Рейнольдсом, который и ввел этот термин. Дилатансия может быть упругой, пластической и вязкой. [c.59] При этом следует отметить, что изменение эффективной вязкости происходит настолько быстро, что зависимости от времени не наблюдается. [c.60] Для многих реальных материалов зависимость между напряжением сдвига и скоростью сдвига носит временной характер, т. е. эффективная вязкость определяется не только скоростью сдвига, но и продолжительностью деформации сдвига. В соответствии с тем, убывают или возрастают со временем напряжения сдвига, если материал деформируется с постоянной скоростью сдвига, различают две разновидности материалов тиксотропные и антитиксо-тропные. [c.60] Вернуться к основной статье