Файл: Перегудов, В. В. Тепловые процессы и установки технологии полимерных строительных материалов и изделий учебник.pdf

зависимости вязкости полимерных материалов от температуры име­ ется много различных эмпирических соотношений.

Наиболее часто используют для выражения зависимости вязко­ сти от температуры эмпирическое уравнение

большинства полимерных материалов, как показывают исследова­ ния, при температурах, характерных для их переработки, значи­ тельно превышает сжимаемость обычных жидкостей при комнатной температуре. Поэтому предполагают, что вязкость при увеличении давления в процессе переработки также должна возрастать. Одна­ ко прямых экспериментальных данных, подтверждающих это поло­ жение, пока недостаточно.

При объемном сжатии расплавов полимерных материалов в них возникают силы сопротивления, аналогичные вызывающим дефор­

постоянной величиной и зависит от температуры, приложенного на­ пряжения и других факторов, для характеристики расплавов поли­

Коэффициент n называют индексом течения жидкости, а коэф­ фициент К характеризует свойство материала сопротивляться из­ менению формы.

•20

Эффективная вязкость (хЭф таким образом определяет величину силы, которая должна вызвать течение расплава.

Большинство процессов переработки полимеров в строительные материалы и изделия связано с течением расплавов, поэтому не­ обходимо установить поведение расплавов полимеров при перера­ ботке, которые с точки зрения реологии являются жидкостями.

Для математического описания физических законов процесса течения полимерных материалов необходимо знать уравнения не­ разрывности потока, движения и энергии, а также уравнения, опи­ сывающие ответное поведение материала на приложенное напря­ жение.

Уравнения неразрывности потока,'движения и энергии потока, которые представляют собой математическую формулировку физи­ ческих законов для жидкости, изучаются в курсе гидродинамики.

Уравнения, определяющие зависимости скорости сдвига от на­ пряжения сдвига для подвергаемых переработке полимерных мате­ риалов, называют реологическими уравнениями состояния матери­ ала.

Параметры, входящие в реологическое уравнение состояния, характеризуют материал, его постоянные свойства, а напряжение и деформации являются в нем реологическими переменными.

Материалы ведут себя различным образом при изменении их объема и формы, поэтому для определения реологических харак­ теристик необходимы два уравнения: определяющее соотношение между объемом и давлением (таким является термодинамическое уравнение состояния) и определяющее соотношение между напря­ жением и деформацией сдвига — реологическое уравнение. В обо­ их случаях в эти соотношения входят соответствующие производ­ ные по времени.

Уравнение (1.16), определяющее соотношение между объемом ir давлением, рассмотрено в § 2 настоящей главы. Следовательно,, дальнейшей задачей будет выявление реологического уравнения* определяющего соотношения между напряжением и деформацией, сдвига.

Предсказать в общем виде закономерность деформаций .поли-1 мерных материалов практически невозможно, поэтому для описа­ ния закономерностей деформации того или иного тела строят физи­

21

верхняя грань тела сместится в направлении действия силы на рас­ стояние Д/.

Если площадь верхней грани тела 5, то возникающие касатель­ ные напряжения aT — F/S связаны с величиной деформации зако­ ном Гука:

где u.-—коэффициент пропорциональности (коэффициент динами­ ческой вязкости), являющийся величиной постоянной.

увеличить силу, то во столько же раз увеличится скорость сдвига жидкости и, соответственно, скорость подъема поршня.

22

где стт — напряжение сдвига; ц, — вязкость жидкости, заполняющей поршень; iw = deT /rft—-скорость деформации (течения) жидкости; е т — относительная деформация сдвига; т—"время . действия на­ пряжения.

По закону Ньютона увеличение силы а т вызывает пропорцио­ нальное увеличение скорости течения, тогда

ньютоновской жидкости. Для моделирования упругого тела приме­

вязкую и упругую деформации тел.

На основании этих'моделей создают более сложные, состоящие из различных комбинаций этих моделей, по поведению которых судят о реологических свойствах-более сложных тел.

Простейшей комбинированной моделью является модель Мак­ свелла, состоящая из последовательно включенных вязкого элемен­ та и идеальной пружины. ,

Такую модель уже в первом приближенииможно применить для описания реологических свойств полимеров, которые при нагре­ вании из твердого, минуя высокоэластическое, переходят в вязкотекучее состояние.

При моделировании полимерных материалов, у которых упру­ гость, высокоэластичност'ь и вязкое течение накладываются друг на друга, используют более сложные модели. Одной из таких явля­ ется объединенная модель Алфрея—Александрова (рис. 5).

23