Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Теоретические основы работы

Реологические свойства расплава – комплекс характеристик, определяющих его поведение при деформировании.

Реологические свойства полимеров, полученные при различных температурах и напряжениях сдвига, позволяют правильно выбрать метод переработки и рассчитать стадии процессов переработки полимера.

Формовка пластмасс осуществляется через экструзию и литье под давлением, по средствам вязкого течения и простым видом деформирования – простым сдвигом.

Перемещение макромолекул реализуется через преодоление межмолекулярных связей и изменение конформации самой макромолекулы. При таком виде перемещения внутри расплава возникает сила внутреннего трения, величина которой характеризуется коэффициентом вязкости или простой вязкостью η (Па с) расплава.

В результате приложения к расплаву некоторой силы начинается его деформация, мерой сопротивления деформации при простом сдвиге являются касательные напряжения сдвига или сдвиговые напряжения τ, а скоростью деформации – скорость сдвига γ (с-1).

Эти характеристики связаны между собой уравнением Оствальда-Де Вилла.

,

называемое также степенным уравнением течения. Его графическое представление и есть кривая течения. Переменная n- индекс течения.

В случае если расплав проявляет свойства Ньютоновской жидкости то его напряжения сдвига не зависит от скорости сдвига и индекс равен 1. Это относится к полимерам с узким ММР.

В логарифмических координатах данная кривая спрямляется в линию с определенным углом наклона (45о)

.

Однако расплавы ВМЖ обладают определенной эластичностью и с ростом напряжения сдвига наступает эффект срыва струи, т.е. момент когда расплав термопласта становится сильно упругим и кусками выпадает из капилляра. Это происходит при критическом напряжении сдвига τкр.

Но расплавы практически всех промышленных полимеров относятся к неньютоновским жидкостям, для которых вязкость зависит от напряжения сдвига, а индекс течения отличен от 1. И в зависимости от природы жидкости различаемы как дилатантные и псевдопластичные. Для первых n<1 для вторых n>1.

Кривая течения таким образом также изменяется.

Свою роль, при известных значениях τ и γ, приобретает показатель эффективной вязкости ηэф. Характеризующий вязкость в отдельно взятый момент времени или точку на кривой течения.

Классические кривые течения полимерных материалов имеют три участка:

I – участок с наибольшей Ньютоновской вязкостью. Расплав ведет себя как ньютоновская жидкость, и вязкость является константой. Кривая течения на этом участке является прямой линией т.к. скорость сдвига изменяется прямо пропорционально величине сдвига.
Это объясняется тем, что деформация сдвига невелика и интенсивности теплового движения хватает для того чтобы успевала пройти релаксация упругих напряжений. Другими словами величины сдвига не хватает для компенсации упругих напряжений, и течение протекает без изменения надмолекулярной структуры.

II – средний участок или структурная ветвь. Этому участку соответствует аномалия вязкости, когда происходит накопление упругих напряжений и сегментарное течение прекращается, развернувшиеся клубки макромолекул ведут себя как упругое тело стремясь опять свернуться. При достижении критической величины сдвига. И чем выше молекулярная масса, тем меньше эта величина.

III – участок наименьшей ньютоновской вязкости. Достигнув минимального значения вязкость далее не меняется, однако для промышленных ВМЖ еще раньше наступает эффект срыва струи а течение носит пробковый характер.

 

Влияние температуры на вязкость полимерного расплава описывается уравнением Аррениуса.

,

А- константа присущая материалу.

R –универсальная газовая постоянная

E –энергия активации вязкого течения

 

 

2.Эксперементальная часть.

Цель: Изучение реологического поведения полиэтилена высокой плотности по кривым течения, полученном при разных значениях величины сдвига, построение кривой течения и определение энергии активации вязкого течения.

Материалы и оборудование: полиэтилен низкой плотности в гранулированном виде; капиллярный вискозиметр постоянного давления ИИРТ; секундомер.

Лабораторные данные:

Масса груза, кг Масса груза,Н Время прохождения штока от верхней до нижней отметки, сек Масса срезанного образца, мг
2,16 21,2 1,36
5,00 49,0 1,38
6,64 65,1 1,40
10,20 99,9 1,35

 

*Прим. Измерения проводились при t=190oC

 

3.Обработка экспериментальных данных:

3.1. Расчет давления на расплав.

 

 

 

Давление, Па Нагрузка,Н
27,0 21,2
62,4 49,0
82,9 65,1
127,3 99,9

 

3.2. Расчет объёмного расхода:

q =υ∙ Sk,

где υ – линейная скорость перемещения штока, [м/с]

υ = h/th - расстояние между метками на штоке, 25,15мм = 0,02515м

t – время перемещения штока от нижней метки до верхней, с.

υ, м/с q*10 -8 , м3 P, Н
0,6 0,46 21,2
1,9 1,49 49,0
2,8 2,20 65,1
7,8 6,12 99,9

 

3.3. График зависимости «давление-расход»

3.4. Напряжение сдвига.

где F – давление на капилляр [H]
L – длина капилляра 8мм = 0,008м

r – радиус каппиляра 1мм = 0,001м

τ*104 ,Па Давление, Па P, Н
1,69 27,0 21,2
3,90 62,4 49,0
5,18 82,9 65,1
7,96 127,3 99,9

 

3.5. Расчет средней скорости сдвига.

где r = 0,001 м – радиус капилляра

q*10 -8 , м3 γ0 ,[ c-1] P, Н
0,46 1,46 21,2
1,49 4,75 49,0
2,20 7,00 65,1
6,12 19,5 99,9

 

3.6. Расчет эффективной вязкости.

Если n=1, то скорость сдвига на стенке капилляра рассчитывается по формуле:

а эффективная вязкость – по формуле:

τ*104 ,Па γ0 ,[ c-1] γR ,[ c-1] ηэф , [Па*с] P, Н
1,69 1,46 5,84 2893,8 21,2
3,90 4,75 19,0 2052,6 49,0
5,18 7,00 28,0 1850,0 65,1
7,96 19,5 78,0 1020,5 99,9

 

3.7.Построение графика «эффективная вязкость – напряжение сдвига»

3.8. Расчет энергии активации вязкого течения

Из этой формулы выделяем Ea и получаем:

Где R – универсальная газовая постоянная = 8,314

n – индекс течения = 1

A – константа зависящая от материала = 4

ηэф – эффективная вязкость

Т – температура опыта =190 oC = 463К

 

ηэф [Па*с] Eа, кДж/моль P, Н
2893,8 25,33 21,2
2052,6 24,02 49,0
1850,0 23,64 65,1
1020,5 21,33 99,9

 

Ecp = 23,58 кДж/моль

По справочным данным для ПЭ НП энергия активации вязкого течения = 25—29 кДж/моль




©2015 studenchik.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.