Реологические свойства

 

В пластикационном цилиндре экструдера полимер находится в состоянии расплава, течение которого определяется вязкостью. Вязкость зависит от температуры, величины деформации течения. Вязкость является мерой сопротивления жидкости течению (другими словами, насколько легко течет жидкость).

Рисунок 4. Схематическое изображение вискозиметра

 

Графическая зависимость между скоростью и напряжением сдвига для определенной температуры называется кривой течения материала. Вязкость представляет собой отношение напряжения сдвига к скорости сдвига, поэтому кривую течения для наглядности представляют также в координатах скорость сдвига—вязкость.

Вязкость расплава (MV — melt viscosity) представляет собой отноше­ние напряжения сдвига на стенку к скорости сдвига на стенке и имеет размерность Па • с. Вязкость расплава определяют по DIN 54811 на ка­пиллярном вискозиметре (рис. 8). Измеряют либо давление при заданных объемном расходе расплава и температуре, либо объемный расход при заданном давлении.

 

Показатель текучести расплава (ПТР)

 

На практике определяющую роль при выборе полимерного сырья для кон­кретного вида переработки играет показатель текучести расплава (ПТР).

ПТР характеризует скорость течения расплавленного термопласта через капилляр стандартных размеров при заданных температуре и давлении. ПТР выражают в граммах полимера, выдавливаемого в те­чение стандартного времени полимера (г/10 мин). Чем больше значе­ние ПТР, тем выше текучесть полимера.

Для определения значения ПТР используют прибор ИИРТ — изме­ритель индекса текучести расплава (рисунок 4), действие которого основа­но на принципе капиллярного вискозиметра.

Рисунок 4. Принцип действия работы ИИРТ

 

Для измерения ПТР-сырья отбирают не менее трех отрезков экстру­дированного материала (не содержащих пузырьков воздуха), последо­вательно отсекаемых через опре­деленные интервалы времени. Масса отрезка определяется как среднее арифметическое резуль­тата взвешивания всех отрезков. ПТР определяется по следующе­му соотношению:

 

ПТР = 600 х m/t,

 

, где m — средняя масса экструди­рованных отрезков, г

; t — интер­вал времени между двумя после­довательными отсечениями, с.

 

Метод оценки ПТР стандар­тизован ГОСТ 11645-73, кото­рому соответствуют европейский стандарт ISO 1133-76 {MFI— melt flow index, индекс расплава), аме­риканский ASTM D1238-73 и стандарт Германии DIN 53735.

Испытания по ISO, DIN и ASTM проводят на капиллярных вискози­метрах постоянного давления или постоянного расхода, устройство которых аналогично ИИРТ.

В последние 10—15 лет в качестве показателя текучести расплава стали использовать MVI (melt volume index) — объемный расход расплава, или объемный индекс расплава. На MVI распространяются стандарты ISO 1133, DIN 53735, ASTM D1238[2].

В стандарте DIN 53735 описаны 2 метода измерения текучести: метод А и состоящий из двух принципиально различных методик метод В (рис. 10).

Метод А заключается в измерении массы при выдавливании рас­плава полимера через стандартный капилляр.

Метод В заключается в измерении перемещения поршня и плотно­сти материала при подобных условиях По методике 1 измеряют рас­стояние, на которое перемещается поршень, а по методике 2 — время перемещения поршня.

Индекс течения по методу А стандарта DIN 53735 равен скорости течения MFR (ПТР) по стандарту ISO 1133.

 

Индекс расплава	MFI	г/10 мин	Масса расплава, выдавливаемого через канал капилляра в течение 10 мин
Объемный индекс расплава	MVI	см3/10 мин	Объем расплава, выдавливаемый через канал капилляра в течение 10 мин

Примечание. Температуры испытаний равны 190, 220, 250, 260, 265, 280, 300, 320 и 360 °С, массы используемых грузов — 1,2; 216; 3,8; 5; 10 и 21 кг.

Например, обозначение MVI (250/5) означает объемный индекс течения в

см3/10мин для испытательной температуры 250 °С и номинальной массы груза 5 кг. Соотношение MVI и MFI — это плотность при температуре плавления.

 

Для оценки влияния молекулярно-массового распределения на вязкость полимера (в соответствии с ISO 1133) определяют соотношение между дву­мя значениями ПТР при различных нагружениях, которое обозначается как Flow-rate-ratio, или показатель чувствительности к сдвигу.

Исследуя зависимость ПТР и вязкости от времени при постоянной температуре или при различных температурах, можно оценить степень де­струкции расплава. Если деструкция сопровождается образованием в поли­мере поперечных сшивок, то ПТР будет уменьшаться (рис. 11), если при деструкции снижается ММ, то ПТР растет.

Индукционный период деструкции длительностью Т0 определяет абсо­лютную термостабильность расплава при температуре испытания. Изго­товители сырья предоставляют необходимые данные, касающиеся макси­мально допустимых значений деструкции полимера. Это важно при работе с полимерами, требующими обязательной сушки.

Склонность материалов к деструкции характеризуется временем термо­стабильности — периодом, в течение которого вязкость расплава или ПТР изменяется при температуре переработки не более чем на 10—15%. Эта ве­личина выбрана потому, что более точно измерить вязкость промышленны­ми приборами не представляется возможным.

За нормируемый показатель термостабильности принимают также отно­шение ПТР расплавов до и после прогрева в течение заданного промежутка времени (от 15 до 30 мин). Полимер считается термостабильным, если за время в пределах 15—30 мин его вязкость или ПТР не изменяются.

Рисунок 5. Определение термостабильности полимеров.