10.3. Аналіз технологічних властивостей сировини

Компоненти для виробництва ПКМ як правило піддаються випробуванням з ціллю контролю якості сировини − зв’язувальних, затверджувачів й армувальних матеріалів. Допоміжні матеріали звичайно не піддаються випробуванням у зв’язку зі складністю їхнього аналізу.

10.3.1. В’язкість

В’язкість зв’язувальних може змінюватись в залежності від наступних факторів:

- зміни технологічного режиму одержання під час синтезу;

- наявності домішок у складі;

- умов зберігання;

- зміни співвідношення вихідних компонентів.

Значення в’язкості особливо важливі при просоченні армуючих структур, при одержанні намотувальних виробів, при застосуванні техніки розплавного формування і для регулювання процесу тверднення. Для визначення в’язкості використовуються капілярні й ротаційні (типу циліндр у циліндрі) віскозиметри.

Будь-який процес переробки полімерів у вироби − це процес, пов’язаний з наданням форми й утворенням необхідної якості цих виробів. За невеликим винятком, для надання полімеру форми його переводять у в’язко-плинний або високоеластичний стан. Тому необхідною умовою переробки є наявність певних температурних інтервалів фізичних станів (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Температурні інтервали фізичних станів полімеру:

Т_кр − температура крихкості; Т_с − температура склування; Т_т − температура в'язкоплинності; Т_д − температура деструкції.

Фізичні перетворення в полімерах відбуваються в інтервалі Т_с−Т_д, а хімічні – починаючи з Т_д. Більшість методів виготовлення виробів базується на переробці полімерів у в’язкоплинному стані, тому температурним інтервалом переробки буде Т_т−Т_д. Наприклад (°С): поліетилен: Т_т = 110; Т_д = 300; ∆Т = 190; поліпропілен: Т_т = 170; Т_д = 300; ∆Т = 130; полівінілхлорид: Т_т = 165; Т_д = 170; ∆Т = 5; поліамід-66: Т_т = 220; Т_д = 260; ∆Т = 40.

Величина температурного інтервалу Т_т−Т_д обумовлює технологічність процесу переробки полімерів з розплаву. Полімери з вузьким температурним інтервалом в’язкоплинного стану в чистому виді практично не переробляються, тому що в цьому випадку досить складно підтримувати необхідний режим. Для переробки таких полімерів в них додають стабілізатори, які трохи підвищують Т_д, і пластифікатори, які знижують Т_т. Таким чином розширюється інтервал переробки. Вид і кількість стабілізаторів і пластифікаторів визначається природою полімеру, його надмолекулярною структурою й механізмом деструкції. Крім цього дуже важливе значення має в’язкість розплаву, її залежність від температури й тиску, що визначається будовою полімеру, його молекулярною масою й має нелінійний характер:

(10.1)

де _K − коефіцієнт консистенції розплаву полімеру; n – індекс плину розплаву полімеру; − швидкість зсуву; τ – напруження зсуву.

Для ньютонівських рідин n = 1 й _{K =} η; для псевдо пластичних − n < 1, для дилатантних − n > 1.

Енергія активації в’язкого плину і в’язкість розплаву зв’язані залежністю:

,

(10.2)

Температурна залежність в’язкості:

(10.3)

Вирішуючи рівняння для двох температур за умови const одержимо:

(10.4)

Звідси можна розрахувати, до якої температури Т₂ необхідно нагріти розплав полімеру, щоб одержати в’язкість η₂ для забезпечення необхідної швидкості плину при переробці.

Залежність в’язкості від тиску Р при = const описується рівнянням:

(10.5)

де η₀- в’язкість розплаву при атмосферному тиску; β − стала, залежна від природи полімеру й швидкості зсуву (для ПЕ − 1,2∙10^-8−1,4∙10^-8 Па^-1; для ПС − 3,2∙10^-8 Па^-1).

Текучість – це здатність розплаву полімеру реалізувати в’язкий плин під дією зусилля, що спричиняє напругу зсуву. Текучість адекватна величині, зворотній в’язкості розплаву полімеру.

Експрес-методи визначення текучості засновані на визначенні показника текучості розплаву ПТР (г/10 хвилин) − для термопластів, і текучості за Рашигом (мм) − для реактопластів. Ці методи використовуються:

- для оцінки можливості переробки полімеру у в’язкоплинному стані;

- для розрахунку і конструювання устаткування й технологічного оснащення;

- при виборі методу й режиму переробки полімеру.

Для визначення технологічних параметрів текучість представляють у вигляді реологічної залежності:

,

(10.6)

де R - радіус каналу, через який продавлюється полімер.

ПТР має бути: для виготовлення труб і кабельних покрить − від 0,3 до 1,2; для плівок, листів − від 1,0 до 4,0; для екструзії з роздувом − від 1,5 до 7,0; для ламінування − від 7 до 12 ; для лиття під тиском − від 0,8 до 20,0; для екструзії − від 0,3 до 12; для нанесення покриттів − 7. ПТР залежить від молекулярної маси:

(10.7)

де - середньочислова молекулярна маса; С и В – постійні, які залежать від будови полімеру (С) і швидкості плину (В).

Рис.10.2. Визначення текучості реактопластів за Рашигом

Метод визначення текучості реактопластів за Рашигом полягає у визначенні максимально можливого шляху протікання розплаву під дією зусилля Р у конусоподібному капілярі, нагрітому до стандартизованої температури. Текучість визначається довжиною відпресованого стрижня (рис. 10.2). При визначенні текучості реактопластів за Рашигом, на відміну від ПТР, відбувається тверднення матеріалу. Тому отримана величина відносна, тому що вона істотно залежить від реакційної здатності реактопласту. Якщо довжина відпресованого стрижня від 0 до150 мм, то матеріал придатний для компресійного пресування; якщо від 90до180 мм − для литтєвого пресування.