ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Вязкое течение и вязкоупругие свойства полимера из "Полистирол физико-химические основы получения и переработки" Способность к течению появляется у полистиролов при переходе через температуру стеклования. По мере повышения температуры вязкость падает, изменяясь на многие десятичные порядки, и постепенно течение становится суш,ественной составляющей полной деформации. После перехода через температуру текучести и при выборе разумных значений длительности нагружения необратимые деформации оказываются доминирующими, и это позволяет вести переработку полистирола традиционными методами. Допустимый интервал повышения температуры расплава полистирола составляет 120—150 °С по отношению к температуре стеклования. При дальнейшем нагревании развивающиеся процессы термоокислительной деструкции делают материал нестабильным, что исключает возможность однозначной оценки показателей его свойств и реальность использования чрезмерно высоких температур. [c.173] Вязкое течение представляет собой процесс установления равновесия, нарушаемого действием внешних сил. Этот процесс носит, релаксационный характер. Развитие необратимых деформаций свидетельствует о завершении всех возможных релаксационных явлений, а границы диапазонов температур, в которых течение является доминирующей составляющей полной деформации, зависят от временного фактора. Хотя вязкое течение полистирола возможно в довольно широком интервале температур, практическое значение имеет более узкий диапазон, когда вязкость уменьшается до относительно низких значений (впрочем, остающихся несоизмеримо большими, чем вязкость низкомолекулярных жидкостей). [c.173] Применение термина расплав по отношению к полистиролу носит условный характер. Действительно, в строгом смысле это понятие означает состояние кристаллизующихся веществ выше их температуры плавления. Атактический полистирол 6 принципе не способен кристаллизоваться, так что существует непрерывный переход от твердого стеклообразного материала к состоянию вязкой жидкости. Однако общность свойств полистирола, находящегося в эластовязком и вязкотекучем состояниях, и расплавов любых кристаллизующихся полимеров оправдывает использование этого термина для тех релаксационных состояний полистирола, когда течение определяет закономерности проявления его механических свойств. [c.173] Основное значение для многих реальных технологических схем имеет течение в условиях сдвигового деформирования. При этом, если для осуществления установившегося течения, происходящего со скоростью сдвига у, требуется поддержание касательных напряжений т, то мерой сопротивления деформированию служит величина эффективной вязкости (или, просто, вязкости) т], вычисляемой как х/у. [c.174] Оценка вязкости в переходных режимах деформирования важна для эластовязкой области, когда продолжительность нагружения (временной фактор) невелика по отношению к временам релаксации и значение 7 составляет значительную долю полной деформации. [c.174] Если t 10 с, выбранный образец полистирола ведет себя практически как высокоэластическое тело и течение его незначительно. Если 1 10 с, то доминирующий вклад в полные деформации вносит течение, т. е. тот же полимер ведет себя преимущественно как вязкая жидкость. Изменение температуры приводит к смещению характерной точки t по временной шкале пропорционально (т]/т1°), т. е., наприкер, с повышением температуры до (и уменьшением вязкости до Т11) t снижается до значений порядка (т] /т]°) 10 с. Снижение температуры приводит к обратному эффекту, причем из-за того, что вязкость с понижением температуры возрастает очень редко, t увеличивается до значений, выходящих за рамки реальных экспериментальных возможностей. [c.175] Эта формула весьма удобна для практических целей, так как она позволяет на основе оценки вязкости образца указать, при каких продолжительностях нагружения для данного материала доминирующее значение приобретают обратимые или необратимые деформации. При этом отношение (т)/3,2-10 ) может рассматриваться как некоторое характерное время релаксации 0 для полимера с молекулярным весом М при температуре Т, когда вязкость расплава составляет т]. Приведенные конкретные значения t носят, конечно, характер оценок, которые должны выполняться для полистиролов с узким МВР. Расширение МВР может значительно и неоднозначно влиять на исходное значение t, па основании которого выше была получена формула (V.1). [c.176] Для полидисперсных полимеров спектр релаксационных явлений более размазан по временной шкале, чем для модельных монодисперсных образцов, что должно привести к более высокому значению числового коэффициента в формуле (У.4), чем 0,5. [c.177] Вычисление вязкости по этой формуле возможно, но практически этот способ нахождения не использовался, так как существуют более простые методы. [c.177] Нахождение вязкости при задании т = onst методом разгрузки предпочтительнее, чем по скорости установившейся ползучести. Это объясняется тем, что приближение к установившемуся режиму происходит чрезвычайно медленно и всегда остается сомнение, что развитие обратимой деформации уже закончилось. Отсюда значительные ошибки в определении 7 и, следовательно, значений вязкости. [c.178] При изложении методов определения вязкости, исходя из результатов измерений различных вязкоупругих функций, речь везде шла о линейной области механического поведения расплава, когда в каждый момент времени 7 т и 7 —х, так что эффективная вязкость не зависит ни от напряжения, ни от временного фактора. Такое значение вязкости, формально определяемое как предельное при т - 0, а практически измеряемое для некоторой области малых напряжений, в которой выполняется линейное соотношение между т и 7, называют наибольшей ньютоновской вязкостью и обозначают как т]о. При повышенных напряжениях и скоростях сдвига вязкость расплава изменяется в зависимости от режима деформирования, и тогда говорят о нелинейной области аномалии вязкости , графически представляемой в виде кривой течения — зависимости 7 от т (или т] от т, или т] от 7), изображаемой в линейной, полулогарифмической или двойной логарифмической системе координат. Определение вязкостных свойств полимера включает в себя оценку наибольшей ньютоновской вязкости, формы зависимости эффективной вязкости от режима деформирования, а также характеристику влияния температуры на т) и значения вязкости в нелинейной области поведения расплава. [c.178] Вязкое течение возможно не только при сдвиге, но и при других видах напряженного состояния. Из них важнейшее значение имеет одноосное растяжение. Вся методология разделения полной деформа-дии на обратимую и необратимую составляющие, оценки скорости деформации, напряжения, вязкости остается для растяжения точно такой же, как для сдвига с естественной заменой деформаций сдвига (7) относительным удлинением (е), касательного напряжения (т) нормальным (а) и сдвиговой вязкости (т)) продольной (Л). При этом для вязкоупругих полимерных расплавов в отличие от обычных вязких жидкостей не существует какой-либо простой связи между сдвиговой и продольной вязкостями, т. е. по результатам измерений вязкостных свойств расплава при сдвиговом течении нельзя предсказать, каким будет сопротивление деформированию при одноосном растяжении, осуществляемом в различных кинематических режимах. Отсюда следует необходимость изучения вязкостных свойств расплавов полистиролов при одноосном растяжении, поскольку этот метод дает независимую информацию о поведении полимера, важную как для непосредственных практических приложений, так и для выяснения общих закономерностей проявлений вязкоупругих свойств полимерных систем при различных видах напряженного состояния. [c.179] Вернуться к основной статье