Глава 16. Методы определения вязкости расплавов и растворов полимеров

Вязкость – это внутреннее трение жидкости, которое обусловлено
взаимодействием молекул жидкости и проявляется при ее течении.
Вязкость	расплавов	и	растворов		полимеров		определ
разнообразными методами, однако наибольшее распространение из них
получили капиллярная и ротационная вискозиметрия.
16.1. Капиллярная вискозиметрия
Основным прибором при этом являются вискозиметры. Так,
различают	капиллярные	вискозиметры		постоянного		расхода	и
постоянного	давления. К последним		относятся		вискозиметры типа
ИИРТ и пластометры типа МР600 (рис. 16.1), с помощью которых
прежде всего определяют показатель текучести расплава (ПТР).
На	рис. 16.2 показана	схема		устройства		капиллярного

вискозиметра.

Рис.16.1. Экструзионный пластометр МР 600

В экструзионную камеру 2 с нагревателем 5 установлен капилляр 1. В исходном положении пуансон4 поднят и камера подготовлена к загрузке в нее полимера. В камеру устанавливают пуансон 4 с грузом 6. Под действием груза пуансон продавливает расплав 3 через капилляр, из которого он(расплав) выходит в виде жгута. При этом замеряют

108

массу отрезка жгута и время, за которое этот отрезок экструдирован. Далее по уравнению рассчитывают значение ПТР:

Рис.16.2. Принципиальная схема устройства капиллярного вискозиметра:

1 – капилляр; 2 – экструзионная камера; 3 – расплав полимера; 4 – пуансон; 5 – нагреватель; 6 – груз

ПТР = Dtm × t , г/10 мин,

где m – масса отрезка жгута, г; Dt – время выдавливания жгута, с; t – стандартное время, которое по ГОСТ составляет 600 с.

16.2. Ротационная вискозиметрия

Она реализуется с помощью приборов с коаксиальными цилиндрами (Приборы «Ростест», ППР-1) и пластометрами с рабочими поверхностями типа конус-плоскость.

На рис. 16.3 приведена схема измерительного узла ротационного вискозиметра с коаксиальными цилиндрами.

В корпусе 1 с обогревателями 4 находится цилиндрический ротор 2, погруженный в расплав. Ротор вращается с постоянной угловой скоростью и при этом вращающийся моментМ, преодолевающий

сопротивление сдвиговых напряжений расплава σ , регистрируется

СДВ

торсионным измерительным устройством на валу ротора:

2 × M

sСДВ = p× D2 × H , Па.

Чтобы улучшить условия переработки полимерного материала, специалисты стремятся обеспечить их расплавам наименьшую вязкость.

109

Чем меньше вязкость расплава, тем качественнее заполняется форма, уменьшается толщина стенки изделия, усложняется их геометрия и т. п.

Рис. 16.3. Схематическое изображение ротационного вискозиметра:

1 – цилиндрический корпус; 2 – цилиндрический ротор; 3 – расплав; 4 – обогеватели

Вискозиметр,		у	которого	измерительные		поверхности
представляют	сочетание		плоскости	и	,конусаприменяется	для
измерения	вязкости	более	высоковязких		жидких , напримерсред

расплавов полимеров. На рис. 16.4 приведена схема геометрии такого ротационного вискозиметра.

Рис. 16.4. Ротационный вискозиметр с конусом и плоскостью

Расплав полимера помещается в зазор между конусом и плоской круглой пластиной. Угол конуса (a) определяется как угол между поверхностью конуса и поверхностью горизонтальной плиты. Этот угол

110

обычно очень мал(1…5 °). Конус вращается с постоянной угловой скоростью (W).

16.3. Измерения вязкости разбавленных растворов полимеров

При	исследовании			разбавленных		растворов		полимеров
определяют обычно не абсолютную вязкость, а относительную, т. е.
отношение	вязкости	раствора			полимера	к	вязкости	чистого

Рис. 16.5. Вискозиметр Уббелоде:

1 – резервуар; 2, 3, 6 – трубки; 4 – измерительный шарик; 5 – капилляр; А, Б – метки

растворителя, измеряя при этом время истечения раствораt и

растворителя t0.	Время	истечения		раствора	полимера	измеряют
с помощью	вискозиметров		различной		конструкции, например
вискозиметра	Уббелоде (рис. 16.5).		В	этом	вискозиметре		нет
необходимости проводить все измерения при					одинаковом		объеме
жидкости. Некоторые конструкции вискозиметра предполагают наличие

большого резервуара, из которого можно добавлять растворитель к тому же раствору, понижая таким образом концентрацию раствора.

Рекомендуется выбирать концентрацию полимера таким образом, чтобы получаемые значения относительной вязкости были равны

1,1…1,5.

111