Влияние эластичности на течение полимеров

Эластичность расплавов и растворов полимеров оказывает влияние на течение и определяет отличия реологического поведения полимеров от гидродинамики простых жидкостей. Можно отметить как основные следующие формы проявления эластичности при течении полимеров.

1. Аномалия вязкости, как уже было показано, является наиболее прямым следствием эластических деформаций. Нарушение способности к сегментальному движению в результате перехода макромолекулярного клубка в упругодеформированное состояние приводит к снижению затрат на внутреннее трение сегментов и к снижению вязкости. Поскольку процесс этот захватывает с ростом скорости сдвига все большее количество молекул, вязкость постепенно падает, что характерно для полимеров с широким ММР.

2. Эластичность в полимере в отличие от низкомолекулярных жидкостей приводит к постепенному нарастанию напряжений. В расплаве (или растворе) полимера напряжения возникают постепенно в соответствии с постепенным развитием эластических деформаций клубков макромолекул в направлении сдвига. При большой скорости сдвига флуктуационная сетка не может быстро разрушиться и в системе возникают напряжения, большие, чем те, которые могут быть обусловлены собственно сопротивлением вязкому течению. После разрушения флуктуационной сетки касательные напряжения снижаются и достигается режим установившегося течения. Именно это предельное значение напряжения в установившемся режиме течения берут для расчета вязкости путем деления на скорость сдвига в соответствии с законом Ньютона.

3. Искажение формы струи, выходящей из капилляра вискозиметра или из головки экструдера, как уже было показано, является следствием развития больших (до 500%) высокоэластических деформаций, что в конечном итоге приводит к скольжению полимера по стенкам капилляра и срыву струи.

4. Эластические деформации, накапливающиеся при течении, релаксируют при выходе из капилляра. Это приводит к сокращению струи. Если струя длинная (как, например, при непрерывном продавливании полимера через экструдер), то сокращение ее длины незаметно; однако оно проявляется в «разбухании» струи, увеличении ее поперечного сечения по сравнению с сечением капилляра. Чем выше эластичность расплава, тем больше увеличивается диаметр струи. Это явление приводит к необходимости сложных (и не точных) расчетов диаметра отверстия, которое обеспечит получение профиля экструдата необходимого диаметра и формы.

Эластичность полимера снижают либо повышением температуры переработки, либо снижением молекулярной массы, либо рецептурными факторами, например введением неэластичного (порошок металла) наполнителя, который приводит к снижению эластичности системы в целом.