ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Течение расплавов в каналах отверстий фильеры из "Полиолефиновые волокна" Движение расплавов в каналах фильеры по характеру аналогично движению расплавов в капиллярах вискозиметров, применяемых для изучения свойств расплавов полимеров. Малая длина капилляра 1—2) и отклонение от ньютоновского течения оказывают существенное влияние на свойства расплава. [c.120] Так как при движении жидкости в капилляре Re- l, то отношение Lld и формирование потока скоростей происходит в самом начале канала отверстий фильеры. [c.121] На режим течения сушественное влияние оказывают входовые эффекты. Как уже отмечалось выше, расплавы полимеров обладают вязко-эластическими свойствами. При входе в канал в расплаве возникают упруго-эластические деформации. Продолжительность нахождения расплава в капилляре составляет 10- —10 2 сек, а продолжительность релаксации значительно больше (0,1—5 сек), поэтому в процессе течения не успевают реализоваться возникшие при входе упруго-эластические напряжения. Эти напряжения оказывают влияние на некоторые процессы, протекающие при течении расплава по каналам фильер и после выхода расплава из фильеры. К ним относятся расширение (вспучивание) струи и дробление или нарушение равномерности расплава, приводящее к получению волокна с неравномерной поверхностью или спиралевидной формы. Интенсивность проявления этих процессов зависит от свойств расплавов, определяемых природой полимера и, в частности, упругой составляющей деформации и параметров процесса течения. [c.121] Дробление или огрубление поверхности наблюдается при многих технологических процессах формовании волокон, литье пленок и других технологических процессах экструзии полимеров. Характер дробления полиэтиленовой жилки показан на рис. 46. [c.121] Причины и место возникновения дробления расплава в литературе описаны недостаточно приводимые данные противоречивы. Однако довольно подробно изучено влияние отдельных факторов на дробление расплава, приводящее к получению изделий плохого качества, и установлены некоторые закономерности. [c.121] При входе расплава в капилляр происходит резкое увеличение градиента скорости, требуе-щего значительного увеличения напряжения сдвига для снижения вязкости расплава. Снижение начальной высокой вязкости до значений, соответствующих достигнутому градиенту скорости, также протекает во времени. Если напряжение сдвига превышает прочность расплава, происходит его разрушение (это наблюдается при резком возрастании градиента скорости). [c.122] По данным Метцнера и сотр. , нарушение целостности зкструдата нельзя определять по перегибу на кривой течения, так как иногда на кривой течения перегиб не наблюдается, а дробление расплава происходит особенно заметно это несоответствие при использовании коротких капилляров, например при формовании волокна. Явление дробления расплава наблюдается при достижении определенной скорости сдвига, названной критической скоростью сдвига (у ф.)- По мнению авторов работы , на дробление расплава более существенно влияет не сама скорость сдвига, а скорость ее изменения. Особенно большое значение укр. приобретает в связи со стремлением значительно увеличить скорость переработки термопластичных материалов. На величину Yкp. влияют многие факторы вязкость расплава, молекулярный вес и природа полимеров, температура, упруго-эластические составляющие деформации, форма капилляра и другие факторы. [c.122] Примечание. Исследования проводились диаметр капилляра изменился от 0,575 до 2,25 м,м. [c.123] Очевидно, что при увеличении длины капилляра уменьшается вероятность дробления расплава. [c.123] На величину кр. особенно заметное влияние оказывает геометрическая форма входного отверстия в капилляр. Установлено , что при течении расплава по капилляру на входе образуется естественный конус с углом 30—40°. Остальное пространство представяет собой мертвую зону, в которой расплав может только циркулировать. Поэтому, если цилиндрическую форму входного отверстия изменить на коническую, ликвидируется мертвое пространство перед входом и создается более равномерное поле сил. На оптимальный угол входа влияет много факторов, поэтому имеющиеся в литературе данные противоречивы. Для длинных капилляров изменение угла входа в пределах 40—180° мало сказывается на укр-По данным , уменьшение угла входа приводит к увеличению укр. [c.123] Геометрическая форма входного отверстия имеет особенно важное значение для коротких капилляров, к которым относятся фильеры. Формование волокон из расплавов обычно проводится на фильерах с коническим входным отверстием, обеспечивающим возможность применения более высоких градиентов скоростей. В одном из патентов формование полипропиленового волокна при высоких напряжениях сдвига рекомендуется проводить на фильерах с конусом, имеющим угол не менее 14°, высоту конуса 0,75 — 2,5 см и высоту цилиндрической части более 5 и менее 40% от суммарной высоты конической и цилиндрической частей фильеры. Такая форма фильеры дает возможность значительно увеличить напряжение сдвига без нарушения равномерности течения расплава. Так, например, при т=2,7 10 дин/см и подаче расплава со скоростью 1,7 мин формование полипропиленового волокна на фильерах, имеющих высоту конической части 1,25 см, конусность 14°, длину цилиндрической части 0,31 см и диаметр отверстия 0,05 см, протекает устойчиво. Для аналогичных фильер с цилиндрическим каналом нарушение равномерности потока расплава наблюдается при скорости подачи 0,6 г мин и т= 1,5-106 dunj M . При удлинении канала или уменьшении диаметра нарушение процесса формования происходит при более низких скоростях подачи или напряжениях сдвига. [c.124] Капилляры более сложного профиля с изменяющимся по длине углом дают возможность значительно увеличить скорость экструзии, но изготовление таких капилляров связано с большими трудностями. Профиль сечения отверстий фильеры следует подбирать с учетом свойств расплава полимера, и для каждого полимера должна быть своя оптимальная форма канала. [c.124] На- дробление заметное влияние оказывает температура расплава полимера. В ряде работ однозначно показано влияние температуры на укр,- При увеличении температуры заметно возрастает критическая скорость сдвига. Значение критической скорости сдвига для разных полимеров s широком диапазоне изменения температур показано на рис. 48. [c.124] До настоящего времени не установлены причины, вызывающие дробление расплавов. [c.125] Глухову и С. И. Клаз , причиной дробления расплава является пристенное скольжение полимера. Такое же мнение высказывается в работе . Многие авторы наблюдали пульсацию потока расплава при скоростях сдвига выше критической. [c.125] — обратимое напряжение сдвига, дин см . [c.126] При заданной температуре правая часть уравнения является постоянной величиной, так как критическое напряжение достигается при постоянной обратимой деформации. Тогда кр. з= onst, или Ткр = 1/7Й . Из теории эластической деформации известно, что модуль сдвига G = jMw, поэтому Ткр. определяется эластической составляющей деформации. Постоянство произведения Ткр.Мю для полиэтилена показано в работе Спенсера . Торделла также придает большое значение вязко-эластическим свойствам расплавов, причем, по его мнению, неравномерность течения связана с достижением критического соотношения между касательным и нормальным напряжением. [c.126] — обратимые деформации. [c.126] Обязательным условием применимости этого уравнения является соблюдение закона Гука для высокоэластической сдвиговой деформации. [c.127] Нарушение потока различные исследователи объясняют по-разному. Сторонники пристенного скольжения считают, что эти явления возникают внутри капилляра. Другие исследователи допускают, что нарушения возникают внутри потока при входе расплава в капилляр, а затем проявляются на поверхности. [c.127] Вернуться к основной статье