ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние фундаментальных характеристик и параметров процессов переработки полимеров на их технологические свойства из "Основы создания технологического процесса получения полимеров" Отсутствие общей количественной теории прогнозирования технологических свойств полимерных материалов отрицательно сказывается на формулировании строгих и обоснованных технических требований к сырью для получения различных изделий, затрудняет математическое моделирование процессов переработки и вынуждает затрачивать время и средства на всестороннее изучение полного комплекса технологических свойств материалов в зависимости от основных характеристик и технологических параметров переработки во всем возможном интервале их изменения. Без такой трудоемкой работы нельзя дать путевку в жизнь новым полимерам и композиционным материалам, создать близкий к оптимальному марочный ассортимент полимеров и осуществить расчеты процессов формования. [c.200] Различные технологические свойства полимеров имеют разную чувствительность к изменению основных характеристик и параметров процессов переработки. Проявляющиеся при этом тенденции можно качественно охарактеризовать следующим образом [10, 29, 91, 96]. [c.200] Характеристики сыпучих (порошкообразных и гранулированных) полимеров — насыпная плотность, гранулометрический состав, сыпучесть и др., — наоборот, определяются прежде-всего технологией и режимами получения материалов. В этом отношении показательны характеристики гранул — диаметр, отношение длины к диаметру и форма, которые можно регулировать, варьируя геометрические параметры фильер экструзионных головок, скорость и температуру экструзии (поскольку перечисленные параметры существенно влияют на коэффициент разбухания полимерной струи), скорость отбора выдавливаемых жгутов (прутков) и частоту вращения режущих (ножевых или фрезовых) инструментов [117]. [c.201] Стойкость полимеров к термоокислительной, гидролитической и механической деструкции определяется, с одной стороны, природой полимера, эффективностью и количеством введенной в полимер стабилизирующей системы, а с другой — существенно зависит от параметров процессов переработки, прежде всего от температуры, напряжения деформации, времени пребывания материала в поле термомеханических воздействий и среды, в которой он находится при переработке (воздух, азот или другой инертный газ). Таким образом, на эту группу технологических свойств полимеров влияют как фундаментальные характеристики материала, так и параметры переработки [118— 120 . [c.201] То же относится и к реологическим свойствам полимерных материалов. [c.201] Вязкостные, высокоэластические и релаксационные свойства растворов и расплавов полимеров определяются их химическим строением, молекулярной массой и ММР, но в значительной степени зависят также от температуры, напряжения, скорости деформации и давления, т. е. от широкого набора технологических параметров переработки. [c.201] Зависимости реологических свойств полимеров от молекулярной массы ММР, температуры, давления, влажности, методы обобщения вязкостных характеристик явились предметом многолетних исследований советских [83, 86, 96, 103] и зарубежных [89, 94, 108, 121] ученых. Конкретные данные об этих зависимостях можно найти в справочной литературе [47, 87], поэтому здесь они не рассматриваются. Остановимся только на некоторых вопросах, имеющих очень важное значение для технологической прак тики. [c.201] Следует отметить, что многие исследования последнего времени, направленные на установление взаимосвязей между реологическими характеристиками растворов и расплавов полимеров и показателями их молекулярного строения, вьшолнены на мономолекулярных (монодисперсных) полимерах,. которые можно рассматривать только в качестве модельных объектов. [c.201] Однако реальные полимерные материалы (за редчайшим исключением) полимолекулярны (полидисперсны), что является следствием статистического характера любых химических реакций, в том числе синтеза полимеров, и перенесение обобщенных результатов исследований реологических свойств монодисперсных полимерных образцов на промыщленные полимерные системы может не обеспечивать необходимой для инженерной практики точности. [c.202] В последние годы были предприняты попытки на основании систематического изучения влияния показателей молекулярного строения на реологические свойства полимеров при сдвиговом и продольном течениях разработать методы расчета реологических характеристик промышленных материалов, обладающих умеренно широким и широким ММР [122—123]. Известно большое число характеристик молекулярного строения полимеров, однако при установлении их количественных корреляций с показателями реологических свойств (как и с показателями других технологических свойств) целесообразно ограничиться только теми характеристиками молекулярной массы и ММР, которые с достаточной точностью определяются опытным путем, а именно среднечисленной [Мп] и среднемассовой (Mw) молекулярной массой [122]. [c.202] Приведенные выще примеры наглядно показывают, что реологические (в данном случае вязкостные) свойства полимеров в разной степени зависят от фундаментальных характеристик. Хорошо известно, что вязкостные свойства полимеров определяются их химическим строением, молекулярной массой и ММР, в то время как высокоэластические свойства в большей степени определяются ММР и разветвленностью макромолекул. Так, коэффициент нормальных напряжений возрастает с увеличением произведения ((g)wMw), характеризующего среднемассовое значение объемов статистических клубков макромолекул, а модуль высокоэластичности Ge = 2ai2(ou—сггг) уменьшается с возрастанием ширины ММР. [c.203] Полидисперсность (ширина и тип ММР) оказывает влияние и на другие характеристики вязкоупругости. Показано [122], что характерное время релаксации линейного полимера зависит от молекулярной массы в той же степени, что и наибольшая ньютоновская вязкость. Так называемый коэффициент темпа снижения динамической вязкости уменьшается с возрастанием полидисперсности, но для широкого ММР практически не зависит от него. Влияние показателей молекулярного строения полимеров на характеристики вязкоупругости схематически показано на рис. 5.1. [c.203] Существенное влияние на реологические свойства полимеров оказывают технологические параметры переработки, а для некоторых термопластов еще и влажность образцов. Степень влияния температуры, давления, скорости п напряжения деформации зависит от природы и основных характеристик материала. Так, влияние температуры определяется в первую очередь гибкостью макромолекул и межмолекулярным взаимодействием [83, 112, 124]. Гибкоцепные линейные неполярные полимеры, например ПЭВП, имеют низкий температурный коэффициент вязкости (энергия активации вязкого течения составляет 25—29 кДж/моль). Разветвленность макромолекул ПЭНП приводит к возрастанию значения практически вдвое (42— 50 кДж/моль) для жесткоцепных термопластов с громоздкими группами в основной цепи или заместителями (поликарбонат, полистирол) характерна сильная зависимость вязкости расплавов от температуры ( т = 100—ПО кДж/моль). [c.203] Важно отметить, что с расширением ММР (повышением полидисперсности) промышленных полимеров снижаются скорость и напряжения сдвига, начиная с которых течение расплава отклоняется от ньютоновского, т. е. становится аномально-вязким. Положение этой условной точки на кривой течения, однако, мало зависит от молекулярного строения полимера. [c.204] Влияние давления на вязкостные свойства расплавов (так называемый пьезоэффект вязкости) определяется свободным объемом, регулярностью строения цепей, наличием стерическнх затруднений. Для полиолефинов барический коэффициент вязкости невелик, а для полистирола, поликарбоната, полиметилметакрилата, имеющих сравнительно большой свободный объем, громоздкие группы или заместители в макромолекулах, он может быть значителен. Если при экструзии при давлении 10—20 МПа зависимостью вязкости от гидростатического давления можно пренебречь, то для таких процессов, как высоконапорная экструзия (давление более 25—40 МПа) и литье под давлением (давление 80—200 МПа) или при сверхвысоком давлении (2—4 кБар и более), это приводит к большим ошибкам в расчетах. [c.204] Вернуться к основной статье