Теория и практика экструзии полимеров

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ ПЕРЕРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ

Вязкоупругие свойства полимерных материалов определяли комбинированным способом. Материальные функции, характсри - (мошие вязкость и первую разность нормальных напряжений, на­ходили при помощи щелевого реометра, вторую разность нор­
мальных напряжений оценивали методом двойного лучепрелом ления (методика приведена выше).

Схема рабочего узла для измерения материальных констлш, определяющих эффективную вязкость и первую разность нор мальных напряжений, показана на рис. 4.21. Для данной серим исследований неподвижный диск / выполнен с большим пет ральным отверстием, в которое вставлен элемент формировании щелевого потока, состоящий из верхней // и нижней /2 частей • пазами, совместно образующими полость для щелевого потока.

Система замера давления вдоль щели и на выходе состоит Ml четырех линий. Каждая из этих линий включает те же элемент, которые составляют аналогичные измерительные линии, показан ные на рис. 4.18, а именно: датчик 2, соединительную трубку I, манометр 4 и регулируемый переходник 5. Для поддержания м данного теплового режима щелевой реометр обеспечен системой температурной стабилизации, которая для верхней части включап нагреватель 10, датчик температуры 7 и регулятор температуры Л, а для нижней части — соответствующие элементы 13, 8 и 9.

6 5 4 3 2 1

Конструкция датчика ) показана на рис. 4.19, а сю описание и описание схемы заполнения системы жидко стью рассмотрены в прели душем разделе.

Рис. 4.21. Схема экспериментального утла для исследования вязкоупругих свойств поли­меров

Пазы в верхней II и нижней 12 частях щелевою реометра со стороны непод­вижного диска выполнены клинообразными, с углом наклона в сторону выходи о го отверстия. В измеритель ной зоне пазы выподно• ни плоскопараллельными, г суммарным сечением в вило прямоугольника с размерами сторон А = 2 мм и b ш 20 мм При этом длина щели/4 = 80 мм. Данное соотноше­ние между высотой и шири ной щели обеспечивай с п раведл ивость допущен и и об одномерности потока.

Расстояния от выходя щели до расположения да i чиков составляют: 1 = 6 мм, li = 22 мм, /3= 38 мм, /,|- = 54 мм. При этом расстом

«ни - oi входа в щель до первого по ходу движения полимера датчи - М (на рис. 4.21 данный датчик имеет номер 4) составляет 26 мм, щ» позволяет устранить эффекты входной зоны и полностью ста­ми ип шровать потоки в зоне измерений.

К процессе проведения экспериментов варьировались два па­раметра: эффективная скорость сдвига и температура.

>ффективная скорость сдвига определяется с помощью следу­ющего выражения:

6 Q

ЬМ^ТЛ - (4-215)

bn

II случае одномерного течения в щели напряжение сдвига на. н ике находится по формуле:

(4-2|6)

• I. I)/’/Эх - градиент давления в направлении течения.

Результаты измерений нормальных напряжений на стенке гце - м пого реометра для расплавов полиэтилена и полистирола прсд - I пилены в табл. 4.2. и 4.3 соответственно.

I mi л и и а 4.2. Результаты ючерений нормальных напряжений на стенке пн юного реометра для расплава полиэтилена нижого давления

/.к

№ дат­

sa.

МПа. при Y (С)

чика

30

50

100

5(Х)

1000

1

0.55

0.69

0,91

1.75

2,30

•133

2

1.82

2.29

3.00

5,76

7,56

12.82

3

3,09

3.90

5.09

9,79

4

4.30

5,49

7.19

13.81

18.07

1

0.43

0,55

0.75

1,44

1,90

2

1.44

1,81

2,47

4.76

6.23

453

3

2,46

3.08

4.20

8,08

10,58

4

3.47

4.34

5,93

11,39

14.92

1

0.35

0.44

0.62

1,19

1,57

473

2

1.15

1,45

2.05

3,92

5,15

3

1.95

2.47

3.48

6,66

8,74

4

2,76

3.49

4.90

9,40

12,32

1

0,27

0,33

0.47

0,98

1.34

2

0.31

1,10

1.56

3,24

4.41

493

3

1.55

1,87

2,65

5.50

7.48

4

2,18

2.64

3.74

7.76

10.55

Г а блиц а 4.3. Результаты измерений нормальных напряжений на стенке щелевого реометра для расплава полистрола

т к

Л?

5»,

МПа. при у (с*1)

11 |

датчика

30

50

100

500

НИХ)

1

0.77

0.91

1.06

1.66

2.02

453

2

2,57

3,00

3,49

5.52

6,70

3

2,57

3.00

3,49

5,52

6,70

4

6,06

7.07

8.24

13,05

15.82

1

0.62

0.72

0.84

1.32

1.54

473

2

2,04

2.38

2,78

4.39

5,12

3

3.47

4.05

4.72

7,47

8.71

4

4.82

5,61

6.55

10.37

12,09

1

0.49

0.57

0.69

1,09

1.32

493

2

1,62

1.89

2.29

3.63

4.39

3

2,76

3.21

3.89

6,17

7.47

4

3.83

4,46

5.4

8.56

10.37

1

0.39

0.45

0.55

0,84

1.01

513

2

1.29

1,50

1.81

2.78

3.36

3

2.19

2.55

3,09

4,79

5.71

4

3.04

3.54

4,29

6,55

7.93

——■— ' Ш

Для определения вязкостных свойств полимерных жидкостей необходимо построить кривые течения, используя уравнение

(4.206) для обработки экспериментальных данных.

Так как непосредственные замеры с помощью датчиков давле­ния позволяют определить нормальные напряжения на стенке, а для определения напряжений сдвига по формуле (4.217) необхо димо иметь данные по градиенту давления, то следует установить взаимосвязь между градиентами нормальных напряжений и даилс ния. С учетом независимости девиаторной составляющей напри жений от значения координаты, характеризующей направление движения потока, из уравнения (4.66) следует:

SHAPE * MERGEFORMAT

(4.217!

d Sa(b, x) дР(Ь, х)

дх

дх

Необходимо заметить, что уравнение (4.217) справедливо толь ко для установившегося течения в каналах с постоянными геомо ричсскими параметрами. В противном случае девиаторная состав ляющая напряжения зависит от координаты х.

I la рис. 4.22 в качестве примера для одного из вариантов, ирсл - I, именных в табл. 4.2, показаны распределения нормальных на­пряжений вдоль щели на ее стенке. Аналогичные графики можно ниучить и для других сочетаний температур и скоростей сдвига и I iafvi. 4.2. и 4.3.

Как видно из рис. 4.22, нормальные напряжения вдоль щели име­ни шнейное распределение, что соответствует углу наклона в 45°.

Построение зависимостей на рис. 4.22 в двойных логарифми - н i mix координатах позволяет с большой точностью найти давле - мис на выходе, которое необходимо знать для определения первой (мшости нормальных напряжений.

(4.218)

Рис. 4.22. Распределение нормальных напряжений на стенке щелевого реомет­ра для четвертого датчика при у = = 1000 с 1 и следующих значениях тем­пературы:

На рис. 4.23 и рис. 4.24 приведены кривые течения для иссле - ivcmmx материалов, из которых видно, что напряжения сдвига подчиняются степенному за - MMiv:

Ч =СЧ"Х

Численные значения мате­рил 1ьных констант С и яь по­именных из кривых течения с учетом выражения (4.218), при - |' юны в табл. 4.4.

Гис. 4.23. Зависимость напряжения мига от скорости сдвига для ПЭНД при к п’кнцих значениях температуры:

Рис. 4.24. Зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига для полисти­рола при следующих значениях темпера­туры:

/- 433 К: 2 -453 К; 3-473 К; 4- 493 К

1ля определения материаль­ных констант, характеризую­щих первую разность нормаль­ных напряжений, использовали выражение (4.153). Ретулылгы но давлению на выходе приве - leiiiu в табл. 4.2. и 4.3. Кривые

Материал

Полиэтилен

низкого

давления

Полистрол

зависимости первой разности нормальных напряжений от скорос­ти сдвига приведены на рис. 4.25 и 4.26. Из приведенных график - следует, что первая разность нормальных напряжений, так же как и напряжение сдвига, удовлетворяет степенному закону. Следова­тельно, можно записать:

(•У«-УИг)*=с2УЯ|- (4.219)

Материальные константы с2 и п2 сведены в табл. 4.4. Как следу ет из приведенных здесь данных, для полиэтилена низкого давле­ния показатели степени в степенных соотношениях, описываю-

Рис. 4.25. Зависимость первой разности нормальных напряжений от скорости сдвига для ПЭНД при следующих зна­чениях температуры:

Рис. 4.26. Зависимость первой разности нормальных напряжений от скорости сдвига для полистирола при следующих температурах:

/- 433 К; 2-453 К; 3-473 К; 4- 493 К

/ - 453 К; 2-473 К; 3- 493 К; 4-513 К

Рис. 4.27. Схема экспериментальной установки для ис­следования напряженно-деформированного состояния расплавов полимеров методом двойного лучепреломле­ния

ншх как напряжение сдвига, так и первую разность нормальных напряжений, одинаковы. Для полистирола наблюдается некото­рое отклонение в показателях степени п и п2.

Материальные константы, характеризующие вторую раз­ность нормальных напряжений, определялись на эксперимсн - глльной установке с модификацией рабочего узла, изображен­ного на рис. 4.27.

1’нс. 4.28. Зависимость отношения вто­рой ратности нормальных напряжении к ценной от скорости сдвига при темпера-

При этом использовался второй вариант, приведенный вразде - ie 4.4.3. Распределение отношений второй разности нормальных напряжений к первой в зависимости от скорости сдвига приведе­но на рис. 4.28. Из приведенных на рис. 4.28 результатов видно, что отношение второй разно­сти нормальных напряжений к первой остается практически постоянным для всего диапа - юна исследуемых скоростей сдвига. Данное соотношение наблюдается и при других тем­пературах.

Значения материальных кон­стант для исследованных по­лимерных жидкостей, опи­сываемых моделью для моди­фицированной жидкости вто­рого порядка, с учетом выражений (4.33) приведены ' туре 473 К:

В Табл. 4.5. /- полистирол; 2— ПЭНД

Полимер

Г. К

;/г.

Шу

А, КГ*.

,, mi*i

Не 1

МО-4.

И ■с"2*1

МОЛ 1 Не"’*']

>

М

■ Г ' м

1

М*

Поли­

433

-0,58

-1.58

-1.58

1.85

2.80

1.72

этилен

низкого

453

-0,58

-1.58

-1.58

1.49

2.32

1.42

давле­

473

-0.58

-1.58

-1,58

1.23

1,95

1.19

ния

493

-0.58

-1.58

-1,58

1.06

1,64

1.00

453

-0.73

-1,75

-1.75

4.54

6,53

4.66

11олн-

453

-0.73

-1.75

-1.75

3.47

5.01

3.58

стнрол

493

-0.73

-1.75

-1,75

2.97

4.88

3,06

513

-0.73

-1.75

-1,75

2.27

3.73

2.34

Теория и практика экструзии полимеров

СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ РУКАВНЫХ ПЛЕНОК

Системы охлаждения экструзионных агрегатов для производ­ства рукавных пленок должны обеспечивать: — заданную интенсивность охлаждения с целыо получения ка­чественного изделия при заданной производительности экструдера; — заданную структуру пленки; — равномерность охлаждения …

РАСЧЕТ ПРОЦЕССА НАМОТКИ ПЛЕНКИ

При расчете процесса намотки пленки задают длину полотна или массу готового продукта. Если расчет рулона проводят по мас­се, то часто бывает необходимо исходя из диаметра рулона оце­нить толщину намотанной пленки. …

РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ РУКАВНЫХ ПЛЕНОК

При изготовлении рукавной пленки длина зоны охлаждения определяется системой и интенсивностью охлаждения. Обычно используют охлаждение рукава с помощью кольцевого сопла («воздушного кольца#). Преимущества этого метода охлаждения перед другими (распылением воды, …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua

За услуги или товары возможен прием платежей Онпай: Платежи ОнПай