Закон течения полимеров

Деформация идеально упругого тела описывается законом Гука (деформация пропорциональна приложенному напряжению). Деформация идеально вязкого тела описывается законом Ньютона (скорость деформации пропорциональна приложенному напряжению). Большинство тел не являются идеально упругими или идеально вязкими. Важнейшей научной проблемой является, поэтому формулировка закона, который бы описывал деформацию реальных тел, в которых нельзя пренебречь изменениями структуры при деформации.

Для полимеров наиболее типична кривая течения 2 (рис. 34 и 35). Наибольшее распространение для ее описания получила формула, предложенная Оствальдом и Де-Вилом:

τ=η·υⁿ (42)

которая от закона Ньютона (41) отличается тем, что в нее скорость сдвига входит в степени n. Это выражение и получило название степенного закона течения или закона Оствальда – Де-Вила. Сравнить закон Ньютона и степенной закон можно изобразив экспериментальные данные в логарифмических координатах:

lg τ =lg η ₀+lgυ, (43)

lg τ =lg η +nlgυ (44)

Как видим, оба уравнения в логарифмических координатах выражаются прямой линией, однако тангенс угла наклона кривой (43) рис. равен единице, а тангенс угла наклона кривой (44) равен n, что и показано на рис. 37. Экспериментальные данные, полученные для растворов или расплавов полимеров с помощью вискозиметра, хорошо описываются прямыми линиями в координатах рис.66.

Рис.37 Кривые течения в логарифмических координатах для ньютоновской (1) и псевдопластичной жидкости (2).

Показатель степени n носит название индекс течения. Он мало зависит от скорости и напряжения сдвига. Можно считать его постоянным при изменении скорости или напряжения сдвига в 100-1000 раз. Это значит, что при таком большом изменении напряжения сдвига логарифм скорости сдвига пропорционален логарифму напряжения сдвига, т.е. соблюдается степенной закон течения (42).

В технологической практике часто для оценки вязкости раствора или расплава полимера применяют показатель, называемый индексом расплава. Он ничего общего не имеет с индексом течения. Индекс расплава определяют в граммах полимера, прошедшего через капилляр данного диаметра и длинны, за время и при температуре, также строго регламентированных стандартами или техническими условиями данной отрасли производства. Заранее задана и нагрузка, прилагаемая к расплаву извне. Чем меньше индекс расплава, тем больше вязкость.