Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 652
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 654
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 652
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 654
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 652
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 654
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 652
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 654
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 652
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 654
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 652
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 654
+7 (495) 465-16-29
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 652
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 654
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 652
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 654
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 652
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 654
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 652
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 654
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 652
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 654
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 652
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 654
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Технологические свойства термопластов (обзор)
Notice: Undefined index: sended in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/templates/jblank/index.php on line 182
Notice: Undefined index: sended in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/templates/jblank/index.php on line 182
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 652
Deprecated: preg_replace(): The /e modifier is deprecated, use preg_replace_callback instead in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/libraries/joomla/filter/input.php on line 654
Notice: Undefined offset: 1 in /home/h101035795/sabsay.ru/docs/templates/jblank/html/com_content/article/default.php on line 187
Сабсай О.Ю., Чалая. Н.М.
Пласт. массы, 1992, № 1, с. 5 - 13. |
Термопластичные полимерные материалы перерабатывают в изделия в расплавленном состоянии. В одном и том же технологическом процессе переработки полимер дозируют, расплавляют, транспортируют, формуют и охлаждают до твердого состояния. В процессе переработки расплавов термопластов, представляющих собой нелинейные вязкоупругие жидкости, осуществляется их течение в каналах сложной геометрии в неизотермических условиях. Поэтому к технологическим свойствам термопластов относятся их реологические и теплофизические свойства, кинетика фазовых переходов, а также объемные характеристики сыпучих материалов в твердом состоянии. Кривая течения, вязкость при фиксированной скорости сдвига и наибольшая ньютоновская вязкость используются для сравнительной характеристики сырья и математического моделирования технологических процессов, показатель текучести расплава (ПТР) - для сравнительной характеристики сырья и ориентировочного выбора способа переработки, константы и функции реологических уравнений состояния - для математического моделирования процессов, показатель текучести расплава при растяжении - для сравнительной характеристики сырья (тест на формуемость термопластов в волокна и пленки), потери давления на входе в канал - для математического моделирования процессов и сравнительной характеристики сырья, зависимость реологических свойств термопластов от температуры и гидростатического давления, функция диссипации и скорость скольжения расплава по стенке канала - для математического моделирования процессов , условия наступления неустойчивых режимов течения - для определения предельной скорости экструзии при заданных размеров формующего инструмента, кинетика фазовых переходов, температура стеклования и плавления, коэффициенты тепло- и температуропроводности, теплоемкость - для математического моделирования процессов, термостабильность расплава - для определения оптимального объема (размеров) агрегата для переработки термопластов, температурный интервал переработки - для ориентировочного выбора температурного режима переработки, допустимое содержание влаги и летучих в расплаве - для выбора режимов подготовки (сушки) сырья, плотность - для математического моделирования, насыпная плотность гранул и гранулометрический состав - для выбора дозаторов, математического моделирования, технологическая усадка - для математического моделирования, проектирования литьевых форм. В данном случае термин "математическое моделирование" употребляется в широком смысле и включает любые численные оценки. Таблица 1. Условия определения ПТР полимеров |
Полимер |
Температурный интервал переработки, К |
Условия определения ПТР | Температурный интервал эксплуатации, К | Энергия активации вязкого течения, кДж/моль | |
нагрузка, Н | температура, К | ||||
Полиэтилен высокой плотности (ГОСТ 16338-85) | 473-533 | 50.0 | 463 | 173-343 | 25-32 |
Полиэтилен низкой плотности (ГОСТ 16337-77) | 453-493 | 21.6 | 463 | 173-373 | 54-57 |
Полипропилен (ГОСТ 26996-86) | 463-543 | 21.6 | 503 | 263-363 | 38-46 |
Полистирол (ГОСТ 20282-86) | 453-513 | 50.0 | 473 | 233-343 | 96 |
Ударопрочный полистирол (ОСТ 6-05-406-80) | 453-503 | 50.0 | 473 | 233-343 | 73 |
АБС-пластик (ТУ 6-05-1587-84) | 473-513 | 216.0 | 483 | 233-343 | - |
Сополимеры стирола марок МС, МСН (ГОСТ 122271-76) | 453-503 | 100.0 | 473 | 233-238 | - |
Полиамид ПА-6 (ТУ 6-05-4-88) | 503-543 | 21.6 | 508 | 223-353 | 38-54 |
Полиамид ПА-610 (ГОСТ 10589-87) | 493-543 | 21.6 | 508 | 213-343 | 38-46 |
Полиамид ПА-12 (ОСТ 6-05-425-86) | 513-553 | 21.6 | 508 | 213-333 | 43-62 |
Поликарбонат (ТУ 6-05-1668-80) | 523-563 | 21.6 | 553 | 173-393 | 110-126 |
Полиформальдегид, сополимеры формальдегида (ТУ 6-05-1543-87) | 463-493 | 21.6 | 463 | 213-343 | 21-25 |
Полиэтилентерефталат (ТУ 6-05-1984-85) | 533-543 | - | - | 213-443 | 86-107 |
Полибутилентерефталат (ТУ 6-05-211-1951-83) | 508-533 | 21.6 | 523 | 233-413 | 71-98 |
Полиметилметакрилат (ОСТ 6-01-38-81) | 463-503 | 125.0 | 463 | 223-363 | - |
Полисульфон (ТУ 6-05-1969-84) | 553-613 | 21.6 | 573 | 213-423 | 71-77 |
Полиарилат (ТУ 6-58-3644-89) | 553-623 | - | - | 213-423 | - |
Константы и функции реологических уравнений состояния [1, 2, 5, 6]. Для описания течения расплава термопласта в каналах оборудования для их переработки используют общие уравнения сохранения массы, импульса и энергии с соответствующими граничными и начальными условиями. Дополнительно в этой системе уравнений должна быть указана связь между силами, действующими на расплав (тензором напряжений), и его деформацией (тензором деформаций): p /(p - *) = const ( p > *) где p , p - прочность при разрыве и обратимая деформация при разрушении соответственно; * - "критическая" обратимая деформация, ниже которой вероятность разрушения равна нулю (ударопрочный полистирол, полибутадиен, полиизопрен).
где С1с и С2с - константы, которые выражаются через коэффициент линейного теплового расширения и свободный объем полимера; ln н (Т) - ньютоновская вязкость при температуре стеклования.
Перепишем формулу Вильямса-Ланделла-Ферри в виде:
Обозначим [ln н (Тc ) + С1с] = А, С1сС2с = -B, Tg - С2с = T0 и получим другое известное выражение для описания зависимости н от температуры - формулу Фалчера-Таммана: ln н (Т) = A + (B/T - T0). При TT0 получим формулу Аррениуса: н (Т) = K eE/RT, где R -универсальная газовая постоянная; Е - энергия активации вязкого течения (см. табл. 1). E() / E () = 1 - (/) где
Более простую формулу можно получить при описании кривой течения степенным законом: =kn, Е() = n Е(). Таблица 2. Теплофизические свойства полимеров |
Полимер | с, кДж/кг K | , Вт/м К | a, 10 м/с | Tпл, К | Tc, K | Теплота плавления, кДж/моль |
Полиэтилен высокой плотности | 1.8 - 2.4 2.5 - 4.3 |
293-373 К 0.4 - 0.50 |
1.9 - 2.5 1.0 - 1.3 |
393-404 | 143 | 7.54 - 8.38 |
Полиэтилен низкой плотности | 2.0 - 3.5 2.4 - 4.0 |
293-343 К 0.29 - 0.42 0.28 - 0.38 |
1.4 - 1.6 1.1 - 1.2 |
376-388 | 138 | - |
Полипропилен | 1.7 - 1.9 |
293-403 К 0.12 - 0.25 |
1.3 |
433-445 |
277 | 8.79 - 10.89 |
Полистирол | 1.2 - 1.8 |
293-368 К 0.14 - 0.18 |
1.1 - 1.3 |
- | 373 | 8.38 - 10.00 |
Полиамид ПА-6 | 1.7 - 2.5 |
293-423 К 0.27 - 0.28 |
1.0 - 1.6 |
488-501 |
223 | 21.78 - 23.46 |
Полиамид ПА-610 | 1.8 - 2.0 |
293-423 К 0.19 - 0.20 |
1.0 - 1.6 |
486-495 |
- | 54.47 - 56.56 |
Полиамид ПА-12 | 1.9 - 2.0 |
293-423 К 0.27 - 0.28 |
0.9 - 1.3 |
451 - 453 |
- | - |
Полиамид ПА-66 | - | 293-423 К 0.25 |
2.4 |
540 |
214 | 44.40 - 46.00 |
Поликарбонат | 1.2 - 2.4 |
293-423 К 0.20 - 0.28 |
1.5 - 2.7 |
493 - 513 |
416 - 424 | - |
Полиформальдегид и сополимеры формальдегида | 1.2 - 2.3 |
293-423 К 0.18 - 0.30 |
0.8 - 1.4 |
446 - 453 |
151 | 7.12 |
Полиэтилентерефталат | 1.0 - 2.3 |
293-513 К 0.21 - 0.28 |
1.0 - 1.6 |
498 - 540 |
347 | 22.62 - 24.30 |
Полибутилентерефталат | 2.2 - 2.6 2.7 - 3.5 |
293-473 К 0.25 - 0.30 0.29 - 0.34 |
1.1 - 1.3 1.1 - 1.4 |
496 - 500 |
316 | - |
Полиметилметакриалат | 1.3 - 1.7 |
293-360 К 0.19 - 0.20 |
0.9 - 1.1 | - | 368 - 378 | - |
Полисульфон | 2.5 - 4.0 | 293 К 0.20 - 0.22 |
0.6 - 1.7 | - | 463 - 468 | - |
Условия наступления неустойчивых режимов течения [2, 5]. При большой скорости деформирования напряжения в расплаве не успевают релаксировать, что обусловливает неустойчивость течения в каналах перерабатывающего оборудования, отличающуюся от явления турбулентности, наблюдаемого при течении низкомолекулярных жидкостей. Такая неустойчивость течения наступает при числе Рейнольдса (Re) на несколько порядков меньше критической величины Re при переходе от ламинарного режима течения к турбулентному.
Первый член правой части этого уравнения описывает движение расплава как целого, второй член - течение расплава. Преобразуя уравнение, получим:
Из левой части последнего уравнения следует, что при бесконечно большой поверхности канала (R ) проскальзывание исключается и Qп = Q. . Полученные значения Tc и Тпл приведены в таблице 2. При определении Тс необходимо учитывать и другие факторы. Вследствие релаксационной природы полимеров их Тс зависит не только от скорости сканирования температуры, но и от приложенного напряжения. За величину Tc следует принимать где - напряжение. При температуре несколько выше Tc вязкость термопластов очень высока и деформации, развивающиеся в полимерах, практически полностью обратимы. Такое состояние термопласта называется высокоэластическим. Температурный интервал, в котором термопласт находится в высокоэластическом состоянии, не может быть точно определен, поскольку он зависит от приложенного напряжения - скорости деформирования, однако именно в этом интервале осуществляется ориентация волокон и пленок. На практике этот температурный интервал целесообразно определять термомеханическим методом. Образец нагружают (возможно приложение растягивающих напряжений) или вдавливание твердого индентора в поверхность образца под действием постоянного груза) и повышают температуру, например с постоянной скоростью. Измеряют деформацию образца в зависимости от температуры. На кривых полученных зависимостей имеются две характерные температурные точки: точка расстекловывания полимера и точка его размягчения. В частности, при вдавливании индентора наблюдается резкое увеличение угла наклона кривой в первой точке, во торой точке кривая проходит через максимум (индентор начинает вдавливаться в поверхность образца). Таблица 3. Характеристики сыпучих термопластов в твердом состоянии |
Полимер | Насыпная плотность, г/см3 |
Размер гранул, мм |
Плотность (при 293 К), г/см3 |
Коэффициент трения по стали | Содержание влаги, % | Содержание летучих, % | Усадка, % |
Полиэтилен высокой плотности | 0.50 - 0.55 | 2 х 5 | 0.95 | 0.12 | - | 0.25 | 1.0 - 3.0 |
Полиэтилен низкой плотности | 0.50 - 0.55 | 2 х 5 | 0.91 - 0.93 | 0.33 | - | 0.10 | 2.0 - 5.0 |
Полипропилен | 0.40 - 0.50 | 2 х 5 | 0.90 | - | - | 0.09 - 0.20 | 1.9 - 2.0 |
Полистирол | 0.56 - 0.63 | 3 х 5 | 1.05 - 1.08 | - | 0.15 - 0.30 (Т=343 К, = 2-3 ч) |
0.05 - 0.80 | 0.4 - 0.8 |
Ударопрочный полистирол | - | 2 х 5 | 1.04 - 1.06 | - | 0.10 - 0.20 | 0.08 - 0.10 | 0.4 - 1.0 |
АБС-пластик | 0.65 - 0.75 | - | 1.04 - 1.05 | - | 0.30 (Т=353 К, = 3-4 ч) |
0.10 | 0.3 - 0.7 |
Сополимеры стирола марок МС и МСН | - | 2 х 5 | 1.12 - 1.14 | - | 0.10 (Т=343 К, = 4-5 ч) |
0.40 - 0.80 | 1.2 - 2.5 |
Полиамид ПА-6 | 0.65 - 0.75 | 2 х 3 | 1.13 - 1.14 | 0.20 - 0.30 | 0.20 (Т=363 К, = 6-8 ч) |
- | 1.2 - 1.7 |
Полиамид ПА-610 | 0.60 - 0.70 | 2 х 5 | 1.08 - 1.10 | 0.26 - 0.32 | 0.20 (Т=358 К, = 6-8 ч) |
- | 0.8 - 1.5 |
Полиамид ПА-12 | 0.50 - 0.60 | 2 х 4.5 | 1.01 - 1.02 | 0.28 - 0.30 | 0.12 (Т=358 К, = 5-7 ч) |
0.50 | 0.7 - 1.5 |
Полиамид ПА-66 | - | - | 1.13 - 1.14 | 0.15 | - | - | 1.7 - 1.8 |
Поликарбонат | 0.65 - 0.70 | 2 х 4 | 1.19 - 1.20 | 0.45 - 0.55 | 0.02 (Т=393 К, = 8-9 ч) |
0.20 | 0.6 - 0.8 |
Полиформальдегид, сополимеры формальдегида | 0.60 - 0.78 | 4 х 4 | 1.41 | 0.28 - 0.37 | 0.01 (Т=363 К, = 4 ч) |
0.20 | 1.5 - 3.5 |
Полиэтилентерефталат | 0.75 - 0.85 | - | 1.31 - 1.32 | 0.27 | 0.01 (Т=383 К, = 5-7 ч) |
- | 1.2 - 1.7 0.5 - 0.7 |
Полибутилентерефталат | 0.73 - 0.88 | - | 1.29 - 1.30 | 0.15 | 0.01 (Т=393 К, = 8-9 ч) |
- | 0.9 - 2.2 |
Полиметилметакрилат | 0.72 - 0.74 | - | 1.27 - 1.31 | - | 0.01 | - | 0.2 - 0.6 |
Полисульфон | 0.70 - 0.74 | 2 х 6 | 1.18 - 1.20 | 0.13 - 0.17 | 0.01 (Т=393 К, = 8-10 ч) |
- | 0.7 |
|
Важными технологическими параметрами являются насыпная плотность гранул (см. табл. 3), а также коэффициенты внутреннего и внешнего трения гранул полимера. Разница между насыпной плотностью гранул и плотностью расплава определяет оптимальную степень сжатия шнеков экструзионных агрегатов. Для расчета длины загрузочной втулки экструдера необходимо знание коэффициентов внутреннего и внешнего трения гранул и их зависимости от температуры и давления.
где
Значения усадки необходимо знать при конструировании изделий и формообразующей оснастки. Наименьшей усадкой характеризуются аморфные полимеры - полистирол, полиметилметакрилат, поликарбонат, полисульфон (см. табл. 3). В определенной степени это связано с тем, что данные полимеры имеют низкий коэффициент линейного теплового расширения и высокую сжимаемость. Кристаллизующиеся полимеры со сравнительно высоким коэффициентом линейного теплового расширения и минимальной сжимаемостью (полиэтилен высокой и низкой плотности, полипропилен, полиамид и др.) обладают большой усадкой. Литература 1. Тадмор З., Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров. Пер. с англ. Под ред. Р.В. Торнера. М., Химия, 1984. |