èç êàïèëëÿðà. Ýòî óêàçûâàåò íà áîëåå áûñòðóþ ðåëàêñàöèþ

Ïëàñòè÷åñêèå ìàññû, ¹4, 2013
Ñòðóêòóðà è ñâîéñòâà
èç êàïèëëÿðà. Ýòî óêàçûâàåò íà áîëåå áûñòðóþ ðåëàêñàöèþ
ïîëèìîäàëüíîãî ïîëèýòèëåíà, ÷òî è îïðåäåëÿåò áûñòðîå ðàçâèòèå ïîëçó÷åñòè ðàñïëàâà (Ðèñ.1). Ïðîöåññû ðåëàêñàöèè è
ôîðìèðîâàíèÿ ïðîôèëÿ ñêîðîñòåé â ïîòîêå çàêàí÷èâàþòñÿ â
ïðåäåëàõ êàïèëëÿðà l/d = 20. Ïðè äàëüíåéøåì òå÷åíèè ïî êàïèëëÿðó l/d = 30 îòðåëàêñèðîâàâøèå äåôîðìàöèè ðàñòÿæåíèÿ, âîçíèêøèå íà âõîäå â êàïèëëÿð, íå íàðóøàþò ïðîôèëÿ
ñêîðîñòåé, ÷òî ïðèâîäèò ê ðîñòó äàâëåíèÿ íà ýòîì ïîñëåäíåì
ó÷àñòêå êàïèëëÿðà.
Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî êàïèëëÿð l/d = 20 èìååò äîñòàòî÷íóþ
äëèíó, ÷òîáû îáåñïå÷èòü ðåëàêñàöèþ â ïîëèìîäàëüíûõ ïîëèýòèëåíàõ, íî ýòà äëèíà íåäîñòàòî÷íà äëÿ ðåëàêñàöèè â ðàñïëàâå ÏÝÂÏ.
Íàáëþäàåìóþ ðàçíóþ ðåëàêñàöèþ ðàñïëàâîâ ïîëèìåðîâ â
êàïèëëÿðàõ ðàçíîé äëèíû ìîæíî ïðîèëëþñòðèðîâàòü íàáëþäåíèåì èç çàâîäñêîé ïðàêòèêè ïðîèçâîäñòâà òîíêîãî ëèñòà èç ÏÝÒ. Áûëà óñòàíîâëåíà ëèíèÿ ïîëó÷åíèÿ òîíêîãî ëèñòà
(ïëåíêè) èç ÏÝÒ ïóòåì ïîäà÷è ðàñïëàâà èç ýêñòðóäåðà â
1-ìåòðîâóþ îáîãðåâàåìóþ òðóáó ñî ùåëüþ äëÿ âûõîäà ðàñïëàâà. Áûëî ìíîãî áðàêà çà ñ÷åò îáðàçîâàíèÿ íåðîâíîñòåé íà
ïîâåðõíîñòè ëèñòà. Óâåëè÷èëè äëèíó îáîãðåâàåìîé òðóáû
äî 2 ì, à ùåëü ïåðåíåñëè íà ïîñëåäíèé ìåòð. Ðàñïëàâ, ïðîõîäÿ ïî ïåðâîé ïîëîâèíå òðóáû, óñïåâàë îòðåëàêñèðîâàòü
ïîëíîñòüþ, è áðàê â âèäå íåðîâíîñòåé ëèñòà èñ÷åç.
Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû è âûâîäû èíòåðåñíî ñîïîñòàâèòü
ñ ïîëó÷åíèåì íàïîðíûõ òðóá ìåòîäîì ýêñòðóçèè ïîëèìîäàëüíîãî ïîëèýòèëåíà. Èç ïîëó÷åííûõ äàííûõ ñëåäóåò, ÷òî
íàèáîëåå ïîëíàÿ ðåëàêñàöèÿ ïîëèìåðà â ñòåíêàõ ýêñòðóäèðóåìîé òðóáû ïðîèñõîäèò êàê ðàç â ïîëèìîäàëüíîì ïîëèýòèëåíå. Ýòî çíà÷èò, ÷òî îñòàòî÷íûå äåôîðìàöèè ðàñòÿæåíèÿ
(âäîëü òðóáû) ìèíèìàëüíû, ÷òî îáåñïå÷èâàåò çíà÷èòåëüíóþ
äîëãîâå÷íîñòü òðóáû ïðè äåéñòâèè ðàäèàëüíûõ íàïðÿæåíèé
â ïðîöåññå ýêñïëóàòàöèè. Ýòîò âûâîä ìîæåò ïîñëóæèòü îäíèì èç îáúÿñíåíèé ïðè÷èí âëèÿíèÿ ïîëèìîäàëüíîé ñòðóêòóðû ðàçíûõ ìàðîê ïîëèýòèëåíà íà èõ äîëãîâå÷íîñòü ïîä
äåéñòâèåì ãèäðàâëè÷åñêèõ ðàñïîðíûõ íàïðÿæåíèé â òðóáàõ.
Î÷åâèäíî, ÷òî äîëãîâå÷íîñòü òðóá èç ïîëèìîäàëüíîãî ïîëèýòèëåíà çàâèñèò ãëàâíûì îáðàçîì, îò îñîáåííîñòåé åãî ìîëåêóëÿðíîé, à ñëåäîâàòåëüíî è íàäìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðû.
Íà ýòî óêàçûâàåò, íàïðèìåð, òî îáñòîÿòåëüñòâî, ÷òî ÏÝ-80
èìåÿ ïðàêòè÷åñêè òó æå ñàìóþ ñêîðîñòü ðàçâèòèÿ äåôîðìàöèè ïîä íàãðóçêîé êàê è ÏÝ-100 (ñì ðèñ.1), òåì íå ìåíåå
ñóùåñòâåííî óñòóïàåò ïîñëåäíåìó ïî ýêñïëóàòàöèîííûì ïîêàçàòåëÿì.  òî æå âðåìÿ ìîëåêóëÿðíàÿ ñòðóêòóðà ïîëèìîäàëüíûõ ïîëèìåðîâ îáåñïå÷èâàåò íå òîëüêî íåïîñðåäñòâåííî âûñîêóþ äîëãîâå÷íîñòü òðóá, íî è ñïîñîáíîñòü ýòèõ ïîëèìåðîâ ïîëíîñòüþ ðåàëèçîâàòü ñâîè âîçìîæíîñòè áëàãîäàðÿ ñïîñîáíîñòè ìèíèìèçèðîâàòü îñòàòî÷íûå äåôîðìàöèè
â ïðîöåññå ôîðìîâàíèÿ èçäåëèé.
 ïîñëåäíåå âðåìÿ âûñîêèå ýêñïëóàòàöèîííûå êà÷åñòâà
áèìîäàëüíûõ ïîëèýòèëåíîâ âñå ÷àùå ñâÿçûâàþò ñ óâåëè÷åíèåì ÷èñëà ïðîõîäíûõ ìîëåêóë â èõ êðèñòàëëè÷åñêîé ëàìåëÿðíîé ñòðóêòóðå. Âîçìîæíî, ÷òî íàëè÷èå ñîìîíîìåðîâ â
ìîëåêóëàõ ÏÝ ïðèâîäèò ê áîëåå ÷àñòîìó "âûòàëêèâàíèþ" èç
ðàñòóùåé ëàìåëè ñåãìåíòîâ, ÿâëÿþùèõñÿ ìåíåå ñòåðåîðåãóëÿðíûìè, áëàãîäàðÿ íàëè÷èþ ñîìîíîìåðîâ. "Âûòîëêíóòàÿ"
÷àñòü ìàêðîìîëåêóëû â îñíîâíîì ñòåðåîðåãóëÿðíà è ìîæåò
ñíîâà ó÷àñòâîâàòü â ïîñòðîåíèè ñîñåäíåé ëàìåëè. Ñîìîíîìåðû, òàêèì îáðàçîì, èíòåíñèôèöèðóåìûé ìåæëàìåëÿðíûé
îáìåí ñåãìåíòàìè, ÷òî ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ÷èñëà ïðîõîäíûõ ìîëåêóë. Îòìå÷åííàÿ â ýòîé ðàáîòå ïîâûøåííàÿ ñêîðîñòü ðåëàêñàöèè â áèìîäàëüíûõ (ñîïîëèìåðíûõ) ïîëèýòèëåíàõ, î÷åâèäíî ñïîñîáñòâóåò òàêîìó ìåæìîëåêóëÿðíîìó
îáìåíó ñåãìåíòàìè ìàêðîìîëåêóë.
Òàêèì îáðàçîì, óñòàíîâëåííîå â ðàáîòå óâåëè÷åíèå ñêîðîñòè ðåëàêñàöèè (ïîëçó÷åñòè) ïîëèýòèëåíîâ ñ áèìîäàëüíûì
ÌÌÐ ÿâëÿåòñÿ, ïî-âèäèìîìó, âàæíîé îòëè÷èòåëüíîé ÷åðòîé
êîìïëåêñà ñâîéñòâ.
Ëèòåðàòóðà
1. Êóëåçíåâ Â.Í., Ñåâðóê Â.Ä., Ñèíåâà Ò.À., Ñóðèêîâ Ï.Â.,
Óøàêîâà Î.Á. "Ñðàâíèòåëüíîå èññëåäîâàíèå ðåîëîãè÷åñêèõ
ñâîéñòâ ðàñïëàâîâ ìîíî- è áèìîäàëüíîãî ïîëèýòèëåíà â ðåæèìå
ñäâèãà è ðàñòÿæåíèÿ.", Ïëàñòìàññû (â ïå÷àòè)
2. C.D. Han, M. Charles, J. Of Rheology, Trans. 15, 371 (1971).
3. D.E.Turek, G.P. Simon, J. of Rheology 36, 1057 (1992).
4. Z. Tadmor, C.G.Gogos, "Principles of Polymer Processing", WileyInterscience, 2006, ãëàâà 12 (2-å èçäàíèå).
5. C. McLuckie, M.G. Rogers, J. Appl. Polymer Sci. 13, 1049 (1969).
ÓÄÊ 678
Îñîáåííîñòè îöåíêè ðåîëîãè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê
îñíîâíûõ ïîëèêîíäåíñàöèîííûõ ïîëèìåðîâ
Á.Ì. ÑÀÂ×ÅÍÊÎ
Êèåâñêèé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò òåõíîëîãèé è äèçàéíà
d j an c@ ukr.net
Ðàññìîòðåíû îñîáåííîñòè èçìåðåíèÿ ðåîëîãè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïîëèýôèðîâ. Èññëåäîâàíû óñëîâèÿ ñóøêè ïîëèìåðîâ. Ïîñòðîåíû ðåîëîãè÷åñêèå êðèâûå äëÿ ïîëèýòèëåíòåðåôòàëàòà è ïîëèêàðáîíàòà.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ðåîëîãèÿ, ïîêàçàòåëü òåêó÷åñòè ðàñïëàâà, ñóøêà.
Features of measurement of rheological properties of polyethers are considered. Conditions of drying of polymers are investigated. Rheological
curves for polyethylenterephtalate and polycarbonate are constructed.
Keywords: a rheology, melt flow rate, drying.
Ðåîëîãè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ÿâëÿþòñÿ îñíîâíûì êðèòåðèåì ïðè âûáîðå ïàðàìåòðîâ ïåðåðàáîòêè è êîíòðîëå êà÷åñòâà
ïîëèìåðíûõ ìàòåðèàëîâ. Äëÿ õàðàêòåðèñòèêè ðåîëîãè÷åñêèõ
ñâîéñòâ îáùåå ðàñïðîñòðàíåíèå â îòðàñëè ïðèîáðåëî èñïî-
ëüçîâàíèå ïîêàçàòåëÿ òåêó÷åñòè ðàñïëàâà, âûðàæåííîãî â
åäèíèöàõ ìàññû èëè îáúåìà ïîëèìåðà, êîòîðûé âûòåêàåò ïðè
ðàñïëàâëåíèè ÷åðåç êàïèëëÿð â åäèíèöó âðåìåíè (10 ìèíóò)
ïðè îïðåäåëåííîé íàãðóçêå.
5
Ñòðóêòóðà è ñâîéñòâà
Äëÿ õàðàêòåðèñòèêè îñíîâíûõ êîíäåíñàöèîííûõ ïîëèìåðîâ, òàêèõ êàê ïîëèýòèëåíòåðåôòàëàò, ïîëèàìèä è ïîëèêàðáîíàò, áûëî ïðèíÿòî èñïîëüçîâàòü êîñâåííûå ïîêàçàòåëè âÿçêîñòè ðàñòâîðîâ, òàêèå êàê, óäåëüíàÿ è õàðàêòåðèñòè÷åñêàÿ
âÿçêîñòü. Êàê ïîêàçûâàåò ñîâðåìåííûé îïûò, äàííûå ïîêàçàòåëè ìîãóò áûòü óñïåøíî èñïîëüçîâàíû äëÿ õàðàêòåðèñòèêè
ïåðâè÷íûõ ïîëèìåðîâ îäíîãî òèïà, à èõ èñïîëüçîâàíèå äëÿ
âòîðè÷íûõ è ñîïîëèìåðèâ ïðèâîäèò ê íåñîãëàñîâàííûì ðåçóëüòàòàì. Êðîìå òîãî, âñå êîíäåíñàöèîííûå ïîëèìåðû ÷óâñòâèòåëüíû ê óñëîâèÿì ñóøêè, êîòîðûå â ñî÷åòàíèè ñ ïàðàìåòðàìè ïåðåðàáîòêè îïðåäåëÿþò ðåçóëüòèðóþùèé ïîêàçàòåëü âÿçêîñòè ðàñïëàâà, êîòîðûé îïðåäåëÿåò êà÷åñòâî ãîòîâûõ èçäåëèé. Ñ ýòîé òî÷êè çðåíèÿ, èñïîëüçîâàíèå äëÿ àíàëèçà ïîêàçàòåëÿ òåêó÷åñòè ðàñïëàâà è îïðåäåëåíèÿ ðåîëîãè÷åñêèõ ñâîéñòâ â øèðîêîì äèàïàçîíå óñëîâèé (êðèâûå òå÷åíèÿ) ÿâëÿåòñÿ öåëåñîîáðàçíûì ñïîñîáîì êîíòðîëÿ â óñëîâèÿõ íàèáîëåå ïðèáëèæåííûõ ê ïðîèçâîäñòâåííûì.
Êîíäåíñàöèîííûå ïîëèìåðû ÷ðåçâû÷àéíî ÷óâñòâèòåëüíû
ê äåéñòâèþ âëàãè è òåìïåðàòóðû, ïðè÷åì ê äåñòðóêöèè ïðèâîäèò íå òîëüêî ïëàâëåíèå âëàæíîãî ïîëèìåðà, íî è äëèòåëüíîå íàãðåâàíèå ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå òåìïåðàòóðû ïëàâëåíèÿ â ïðèñóòñòâèè èçáûòî÷íîé âëàãè. Êðîìå òîãî, èçáûòî÷íàÿ äëèòåëüíîñòü ñóøêè ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ ðåîëîãè÷åñêèõ ñâîéñòâ è öâåòà ïîëèìåðà. Ïîýòîìó äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ
òî÷íîãî è âîñïðîèçâîäèìîãî àíàëèçà íåîáõîäèìà òùàòåëüíàÿ ïðîöåäóðà ñóøêè ïîëèìåðà ïåðåä èñïûòàíèåì, à òàêæå
÷åòêîå ñîáëþäåíèå èíòåðâàëîâ âðåìåíè çàãðóçêè è âûäåðæêè ïîä äàâëåíèåì.  òàáë. 1 ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû âëèÿíèÿ
óñëîâèé ñóøêè â ðàçëè÷íûõ óñëîâèÿõ íà çíà÷åíèå ÏÒÐ
ÏÝÒÔ 8200.
Ïëàñòè÷åñêèå ìàññû, ¹4, 2013
äàííûå, íåîáõîäèìûå äëÿ ïîñòðîåíèÿ êðèâûõ òå÷åíèÿ è
êîíòðîëÿ óñëîâèé èçìåðåíèÿ ïîêàçàòåëÿ ÏÒÐ. Äëÿ èçìåðåíèÿ
ñêîðîñòè ïåðåìåùåíèÿ ïîðøíÿ èñïîëüçîâàëñÿ ëèíåéíûé ðåçèñòèâíûé äàò÷èê ïåðåìåùåíèÿ, êîòîðûé óñòàíàâëèâàëñÿ
âìåñòî ìåõàíèçìà ïîäíÿòèÿ ãðóçîâ. Êàïèëëÿð ïðèáîðà áûë
ñîåäèíåí ñ òåíçîìåòðè÷åñêèì ïðåîáðàçîâàòåëåì ñ ïîìîùüþ
îïîðíîé øòàíãè, ÷òî ïîçâîëÿëî èçìåðÿòü íàãðóçêó íà êàïèëëÿð â ïðîöåññå ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèÿ (ðèñ.1).
Òàáëèöà 1. Çíà÷åíèÿ ÏÒÐ â çàâèñèìîñòè îò óñëîâèé è ñïîñîáîâ
ñóøêè äëÿ ÏÝÒÔ 8200.
Ðèñ. 1. Ñõåìà óñîâåðøåíñòâîâàííîé óñòàíîâêè ÈÈÐÒ-Ì:
1 − íàãðåâàòåëü; 2 − ýêñòðóçèîííàÿ êàìåðà è êàïèëëÿð;
3 − äàò÷èê óñèëèÿ íà êàïèëëÿð; 4 − äàò÷èê ïåðåìåùåíèÿ
ïîðøíÿ; 5 − îãðàíè÷èòåëü ïåðåìåùåíèÿ ïîðøíÿ; 6 − óñòàíîâêà
ÈÈÐÒ-Ì; 7 − äåðæàòåëü ãðóçîâ è ïîðøíÿ; 8 − ïðåîáðàçîâàòåëü
ñèãíàëîâ; 9 − ÏÊ äëÿ çàïèñè äàííûõ.
Äëÿ êîíòðîëÿ óñëîâèé ñóøêè îïûòíûõ îáðàçöîâ è íåïðÿìîé ïðîâåðêè óðîâíÿ îñòàòî÷íîé âëàãè èñïîëüçîâàëè ìåòîä
ðåôåðåíòíîãî îáðàçöà. Îí çàêëþ÷àåòñÿ â âûáîðå ýòàëîííîãî
îáðàçöà ïîëèìåðà ñ òî÷íî èçâåñòíûì (ìíîãîêðàòíî îïðåäåëåííûì) çíà÷åíèåì ïîêàçàòåëÿ òå÷åíèÿ. Ðåôåðåíòíûé îáðàçåö âûñóøèâàëñÿ â îäèíàêîâûõ óñëîâèÿõ ñ äðóãèìè îïûòíûìè îáðàçöàìè è ïðîõîäèë èñïûòàíèå â èäåíòè÷íûõ óñëîâèÿõ, â ñëó÷àå ñîâïàäåíèÿ åãî çíà÷åíèÿ ÏÒÐ ñ èçâåñòíîé
âåëè÷èíîé â èíòåðâàëå ±3,0%, ïîëó÷åííûå îïûòíûå äàííûå
ñ÷èòàëèñü äîñòîâåðíûìè.
Öåëüþ èññëåäîâàíèÿ áûëî îïðåäåëåíèå ðåîëîãè÷åñêèõ
ñâîéñòâ êîíäåíñàöèîííûõ ïîëèìåðîâ ñ ïîìîùüþ ðàñïðîñòðàíåííîãî â îòå÷åñòâåííîé ïðîìûøëåííîñòè ýêñòðóçèîííîãî ïëàñòîìåòðà òèïà ÈÈÐÒ-Ì, êîòîðûé áûë óñîâåðøåíñòâîâàí ïóòåì óñòàíîâêè äàò÷èêà ëèíåéíîãî ïåðåìåùåíèÿ ïîðøíÿ è äàò÷èêà óñèëèÿ íà êàïèëëÿð. ×òî ïîçâîëèëî èçìåðÿòü
6
Óñîâåðøåíñòâîâàííàÿ óñòàíîâêà ñîñòîèò èç ýêñòðóçèîííîé
êàìåðû äèàìåòðîì 9,5 ìì, ñ îáîãðåâîì 1.  íèæíåé ÷àñòè
êàìåðû íàõîäèòñÿ êàïèëëÿð, êîòîðûé óäåðæèâàåòñÿ íà äàò÷èêå óñèëèÿ. Ðåãóëèðîâêà òåìïåðàòóðû â êàìåðå îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíûì ðåãóëÿòîðîì ñ òî÷íîñòüþ ±0,5°Ñ.
Ïðè âûïîëíåíèè èññëåäîâàíèé ôèêñèðóåòñÿ èçìåíåíèå âî
âðåìåíè ïåðåìåùåíèÿ ïîðøíÿ îò íèæíåé ê âåðõíåé ìåòêå ñ
ïîìîùüþ äàò÷èêà ïåðåìåùåíèÿ è íàãðóçêè íà êàïèëëÿð. Äëÿ
ôèêñàöèè îïðåäåëåííîãî ïóòè ïåðåìåùåíèÿ ïîðøíÿ èñïîëüçîâàëèñü êîíöåâûå ìåðû ñîîòâåòñòâóþùåé äëèíû. Ïîêàçàíèÿ äàò÷èêîâ çàïèñûâàþòñÿ íà êîìïüþòåð ñ ïîìîùüþ ýëåêòðîííîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ äëÿ ïîñëåäóþùåãî àíàëèçà.
Ïîñëå îáðàáîòêè ïîëó÷åííûõ äàííûõ ñòðîÿò çàâèñèìîñòè
îáúåìíîãî ðàñõîäà, è äàâëåíèÿ íà êàïèëëÿð îò âðåìåíè
èñòåêàíèÿ ðàñïëàâà ïîëèìåðà (ðèñ.2).
Àíàëèç ïîëó÷åííûõ çàâèñèìîñòåé ïîçâîëÿåò îöåíèòü êà÷åñòâî ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèÿ ïî õàðàêòåðó êðèâîé 2 (ðèñ. 2.).
Ïëàñòè÷åñêèå ìàññû, ¹4, 2013
Ñòðóêòóðà è ñâîéñòâà
Íàëè÷èå ïóçûðüêîâ â ðàñïëàâå ïîëèìåðà îòîáðàæàåòñÿ ðåçêèìè ïåðåãèáàìè íà êðèâîé 2. Ñòàáèëèçàöèÿ ðàñõîäà ïðîèñõîäèò ïîñëå 20−30 ñ îò ìîìåíòà íà÷àëà òå÷åíèÿ ðàñïëàâà ïîä
äåéñòâèåì íàãðóçêè (ðèñ. 2, êðèâàÿ 1).
Îáúåìíûé ðàñõîä, ìì3/ñ
Äàâëåíèå íà êàïèëëÿð, ìÂ
3
35
33
2
2,5
31
29
2
27
1,5
25
1
23
1
21
19
0,5
17
15
0
20
40
60
80
Âðåìÿ,
100
120
140
160
0
180
ñÂðåìÿ, ñ
Ðèñ. 2. Èçìåíåíèå îáúåìíîãî ðàñõîäà (1) è äàâëåíèÿ íà
êàïèëëÿð (2) âî âðåìåíè äëÿ ÏÝÒÔ (ñóøêà àçîòîì 4 ÷àñà).
Àíàëèç ïîëó÷åííûõ ãðàôè÷åñêèõ äàííûõ ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü çîíó ñòàáèëèçàöèè òå÷åíèÿ ðàñïëàâà âäîëü äâèæåíèÿ
ïîðøíÿ, êîòîðûé äàåò âîçìîæíîñòü òî÷íî âûñ÷èòàòü, êàê
çíà÷åíèå ÏÒÐ, òàê è ñêîðîñòü ñäâèãà. Êðîìå òîãî â ïðîöåññå
èçìåðåíèÿ ìîæíî äîáàâëÿòü ãðóçû íà ïîðøåíü, ÷òî ïîçâîëÿåò îñóùåñòâèòü èçìåðåíèÿ â ðàçëè÷íûõ óñëîâèÿõ íà îäíîé
çàãðóçêå ïðèáîðà.
Äëÿ áîëüøèíñòâà êîíäåíñàöèîííûõ ïîëèìåðîâ, îñîáåííî
äëÿ âòîðè÷íûõ, çíà÷åíèå ÏÒÐ äîñòèãàåò 20−30 ã/10 ìèí, à
èíîãäà ñâûøå 50 ã/10 ìèí, èçìåðåíèå îáúåìíîãî ðàñõîäà ïðè
ïîìîùè äàò÷èêà ïåðåìåùåíèÿ ïîçâîëÿåò ñóùåñòâåííî óâåëè÷èòü òî÷íîñòü èçìåðåíèÿ, âàðèàöèÿ ïîêàçàòåëÿ íàõîäèòñÿ
â ïðåäåëàõ 1%. Èñïîëüçîâàíèå êîíöåâûõ ìåð ïîçâîëÿåò ñ âûñîêîé òî÷íîñòüþ îïðåäåëèòü ïëîòíîñòü ðàñïëàâà, èñêëþ÷àÿ
îøèáêè, àññîöèèðóåìûå ñî ñðûâàíèåì îáðàçöîâ âî âðåìÿ
äâèæåíèÿ ïîðøíÿ.
Îïðåäèëåíèå ðåîëîãè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê áàçèðóåòñÿ íà
ìåòîäèêå èçìåðåíèÿ ÏÒÐ ñîãëàñíî ISO 1133:2005. Äàò÷èê ïåðåìåùåíèÿ ôèêñèðóåò èçìåíåíèå ïîëîæåíèÿ øòîêà ñ èíòåðâàëîì â 1ñ ïðè òå÷åíèè ïîëèìåðà ïîä çàäàííîé íàãðóçêîé
÷åðåç êàïèëëÿð äèàìåòðîì 2,095 ìì. Ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ
èçìåíåíèÿ ïîëîæåíèÿ øòîêà âî âðåìåíè çàïèñûâàþòñÿ â âèäå òàáëèöû äàííûõ è îáðàáàòûâàþòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðîãðàììû Microsoft Excel.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷àþò çíà÷åíèå
îáúåìíîãî ðàñõîäà ðàñïëàâà ïîëèìåðà è ïëîòíîñòü ðàñïëàâà
ïðè çàäàííûõ óñëîâèÿõ. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ âÿçêîñòè ðàñïëàâà
èñïîëüçóþò èçâåñòíîå óðàâíåíèå (1):
η = τ/γ,
(1)
ãäå τ − íàïðÿæåíèå ñäâèãà (2), Ïà;
γ − ãðàäèåíò ñêîðîñòè (3), ñ-1.
τ = ∆P · R/2L,
(2)
ãäå ∆P − ïåðåïàä äàâëåíèÿ â êàïèëëÿðå, Ïà;
R − ðàäèóñ êàïèëëÿðà, ì; L − äëèíà êàïèëëÿðà, ì.
(3)
γ = 4Q/(π·R3),
ãäå Q − îáúåìíûé ðàñõîä ðàñïëàâà ïîëèìåðà, ì3/ñ.
Ïîñêîëüêó ðàñïëàâû ïîëèìåðîâ òåêóò êàê íåíüþòîíîâñêèå
æèäêîñòè, òî åñòü âÿçêîñòü çàâèñèò îò ãðàäèåíòà ñêîðîñòè, òî
äëÿ ïîëó÷åíèÿ èñòèííûõ êðèâûõ òå÷åíèÿ âûïîëíÿþò êîððåêòèðîâêó íàïðÿæåíèÿ ñäâèãà − íà âõîäîâîé ýôôåêò (ïîïðàâêà
Áåãëè) è ãðàäèåíòà ñêîðîñòè − íà ñòåïåíü íåíüþòîíîâñêîãî
ïîâåäåíèÿ (ïîïðàâêà Ðàáèíîâè÷à). Òàêèì îáðàçîì, óðàâíåíèÿ (2) è (3) áóäóò èìåòü âèä (4):
τ = ∆P·R/2(L + L·å),
(4)
ãäå å − âõîäîâàÿ ïîïðàâêà.
(5)
γ = (4Q/(π·R3))· ((3n'+1)/4n'),
ãäå n' − ñòåïåíü íåíüþòîíîâñêîãî ïîâåäåíèÿ ðàñïëàâà ïîëèìåðà (6) âñåãäà <1.
n' = d(lnτ)/d(lnγ),
(6)
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ âõîäîâîé ïîïðàâêè ñòðîÿò ãðàôèê çàâèñèìîñòè îáúåìíîãî ðàñõîäà (Q) îò ïåðåïàäà äàâëåíèÿ (∆P) äëÿ
äâóõ êàïèëëÿðîâ ñ ðàçíûì ñîîòíîøåíèåì L/d (17,1 è 22,9).
Ïðè ìàêñèìàëüíîì çíà÷åíèè îáúåìíîãî ðàñõîäà äëÿ êàïèëëÿðà ñ áîëüøåé äëèíîé íàõîäÿò çíà÷åíèå ïåðåïàäà äàâëåíèÿ
äëÿ îáîèõ êàïèëëÿðîâ è ñòðîÿò ãðàôèê çàâèñèìîñòè íàéäåííûõ çíà÷åíèé ïåðåïàäà äàâëåíèÿ îò ñîîòíîøåíèÿ L/d. Èç
óðàâíåíèÿ, êîòîðîå îïèñûâàåò ïîëó÷åííóþ ïðÿìóþ, îïðåäåëÿþò çíà÷åíèå L/d ïðè ∆P = 0. Àáñîëþòíàÿ âåëè÷èíà ïîëó÷åííîãî ÷èñëà è áóäåò âõîäîâîé ïîïðàâêîé − å.
Íàïðÿæåíèÿ ñäâèãà, τ, Ïà
Âÿçêîñòü, η, Ïà·ñ
10 3
105
1
2
10
2
3
10 4
4
10 1
5
10 0
6
10 3
10
1
2
10
Ãðàäèåíò ñêîðîñòè, γ, ñ-1
10
3
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü âÿçêîñòè è íàïðÿæåíèÿ ñäâèãà îò
ãðàäèåíòà ñêîðîñòè äëÿ ÏÝÒÔ ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ:
1, 4 − 260°Ñ; 2, 5 − 270°Ñ; 3, 6 − 280°Ñ.
Íàïðÿæåíèÿ ñäâèãà, τ, Ïà
Âÿçêîñòü, η, Ïà·ñ
102
1
105
2
3
10 4
4
5
6
10 3
1
10
10 1
10 2
Ãðàäèåíò ñêîðîñòè, γ, ñ-1
103
Ðèñ.4. Çàâèñèìîñòü âÿçêîñòè è íàïðÿæåíèÿ ñäâèãà îò ãðàäèåíòà
ñêîðîñòè äëÿ ÏÊ ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ: 1, 4 − 280°Ñ;
2, 5 − 290°Ñ; 3, 6 − 300°Ñ.
7
Ñòðóêòóðà è ñâîéñòâà
Ïëàñòè÷åñêèå ìàññû, ¹4, 2013
Ñòåïåíü íåíüþòîíîâñêîãî ïîâåäåíèÿ ðàñïëàâà ïîëèìåðà
îïðåäåëÿþò ïóòåì ïîñòðîåíèÿ çàâèñèìîñòè ln íàïðÿæåíèÿ
ñäâèãà îò ln ãðàäèåíòà ñêîðîñòè. Ïîëó÷åííàÿ ëèíåéíàÿ çàâèñèìîñòü îïèñûâàåòñÿ óðàâíåíèåì âèäà (7):
ó = kx + b èëè lnτ = k (lnγ) + b,
(7)
ãäå k − ñòåïåíü íåíüþòîíîâñêîãî ïîâåäåíèÿ (n').
Ñêîððåêòèðîâàâ çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ ñäâèãà è ãðàäèåíòà
ñêîðîñòè, îïðåäåëÿþò âÿçêîñòü ðàñïëàâà ïîëèìåðà è ñòðîÿò
èñòèííûå êðèâûå òå÷åíèÿ (ðèñ. 3−4).
Îñóùåñòâëåíèå ìîäåðíèçàöèè óñòàíîâêè ÈÈÐÒ-Ì ïîçâîëèëî óâåëè÷èòü òî÷íîñòü è êà÷åñòâî èçìåðåíèé ðåîëîãè÷åñêèõ ïîêàçàòåëåé êîíäåíñàöèîííûõ ïîëèìåðîâ è äàëî âîçìîæíîñòü ïîëó÷àòü äàííûå ñîïîñòàâèìûå ñ êàïèëëÿðíûìè
âèñêîçèìåòðàìè ïðîôåññèîíàëüíîãî êëàññà.
Ëèòåðàòóðà
1. Êàëèíè÷åâ Å.Ë., Ñàêîâöåâà Ì.Á. Ñâîéñòâà è ïåðåðàáîòêà
òåðìîïëàñòîâ. Ñïðàâî÷íîå ïîñîáèå. Ë.: Õèìèÿ. - 1983. - ñ.288.
2. ASTM D 3835-02. Standard Test Method for Determination of
Properties of Polymeric Materials by Means of a Capillary Rheometer.
3. ASTM D1238-04 Standard Test Method for Melt Flow Rates of
Thermoplastics by Extrusion Plastometer.
4. ISO 1133:2005. Plastics - Determination of the melt mass-flow rate
(MFR) and the melt volume-flow rate (MVR) of thermoplastics/
5. ÃÎÑÒ 11645-73 - Ïëàñòìàññû. Ìåòîä îïðåäåëåíèÿ ïîêàçàòåëÿ
òåêó÷åñòè ðàñïëàâà òåðìîïëàñòîâ.
ÓÄÊ 678.664-405.8:678.02.
Äåôîðìèðîâàíèå õèìè÷åñêè ñøèòîãî ïåíîïîëèýòèëåíà.
1. Òåðìè÷åñêîå äåôîðìèðîâàíèå ïåíîïîëèýòèëåíà
À.Ã. ÄÅÌÅÍÒÜÅÂ1, Ã.Í. ÌÀÒÞÕÈÍÀ2, À.Â. ÏÀÍÊÐÀÒÎÂ2
1 ÎÀÎ "ÏÎËÈÌÅÐÑÈÍÒÅÇ", 2 ÎÎÎ "ÝÒÈÎË", ã. Âëàäèìèð
et i o l @ mail.r u
Èññëåäîâàíî âëèÿíèå ÿ÷åèñòîé ñòðóêòóðû íà òåðìè÷åñêèé êîýôôèöèåíò ëèíåéíîãî äåôîðìèðîâàíèÿ è îáðàòíóþ ïîëçó÷åñòü õèìè÷åñêè
ñøèòîãî ïåíîïîëèýòèëåíà ÏÏÝ-3Ì. Óñòàíîâëåíà çàâèñèìîñòü äåôîðìàòèâíîñòè îò õàðàêòåðà ñèëîâîãî âîçäåéñòâèÿ è îò òåìïåðàòóðû ïðè
ñèëîâîì âîçäåéñòâèè íà ñòàäèè ïîëó÷åíèÿ õèìè÷åñêè ñøèòîãî ïåíîïîëèýòèëåíà.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ïåíîïîëèýòèëåí, ñòðóêòóðà, äåôîðìàöèÿ.
Influence of cellular structure on thermal coefficient of linear deformation and on opposite creep of sew cellular polyethylene has been studied. The
dependence of deformation on the type of use force and on the temperatures of use force is shown.
Keywords: cellular polyethylene, structure, deformation
Òåðìè÷åñêîå äåôîðìèðîâàíèå ïîëèýòèëåíà (ÏÝ) ÷àñòî õàðàêòåðèçóþò êîýôôèöèåíòîì òåðìè÷åñêîãî ëèíåéíîãî ðàñøèðåíèÿ. Îíî çàâèñèò îò ñòðóêòóðû ÏÝ è ðåëàêñàöèîííûõ
ïåðåõîäîâ â í¸ì [1−2]. Îðèåíòàöèîííàÿ âûòÿæêà ÏÝ íà ðàçëè÷íûõ ñòàäèÿõ òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðîöåññà èçãîòîâëåíèÿ ýòîãî òåðìîóñàæèâàþùåãîñÿ ìàòåðèàëà â çíà÷èòåëüíîé ìåðå îïðåäåëÿåò âåëè÷èíó óñàäêè è óñàäî÷íûõ íàïðÿæåíèé, âîçíèêàþùèõ â ïîëèýòèëåíå ïðè ïîñëåäóþùåé òåðìîîáðàáîòêå [3].
Îäíàêî, îñîáåííîñòè ãàçîíàïîëíåííûõ ïîëèìåðîâ, èõ
ñâîéñòâà çàâèñÿò íå òîëüêî îò ìîëåêóëÿðíîé ñòðóêòóðû è èñêëþ÷èòåëüíîãî ðàçíîîáðàçèÿ íàäìîëåêóëÿðíûõ îáðàçîâàíèé
ïîëèìåðíîé ìàòðèöû, íî òàêæå îò ãàçîâîé ôàçû è îò õàðàêòåðà ÿ÷åèñòîé è íàäúÿ÷åèñòîé ñòðóêòóðû ïåíîïëàñòîâ [4].
Ñ ó÷¸òîì èçëîæåííîãî çàäà÷åé ðàáîòû ÿâèëîñü ðàññìîòðåíèå îñîáåííîñòåé âëèÿíèÿ ÿ÷åèñòîé ñòðóêòóðû íà äåôîðìèðîâàíèå õèìè÷åñêè ñøèòîãî ïåíîïîëèýòèëåíà ÏÏÝ-3Ì ïðè
èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû.
Îáúåêòîì èññëåäîâàíèÿ âûáðàí ÏÏÝ-3Ì, ïîëó÷àåìûé ïî
ïðåññîâîé òåõíîëîãèè ñ èñïîëüçîâàíèåì ÏÝÂÄ, ñøèâàþ-
8
ùåãî àãåíòà − ïåðîêñèäà äèêóìèëà, ðåãóëÿòîðà êðàòíîñòè
âñïåíèâàíèÿ − àçîäèêàðáîíàìèäà è äðóãèõ öåëåâûõ äîáàâîê
[5−6]. Ïîëó÷åíèå ìàòåðèàëà âêëþ÷àåò ñòàäèè: ïîëó÷åíèå ïåíîîáðàçóþùåé êîìïîçèöèè, ôîðìîâàíèå ïåíîîáðàçóþùåé
êîìïîçèöèè, ïðåññîâàíèå îòôîðìîâàííûõ çàãîòîâîê, ïðîöåññ âñïåíèâàíèÿ, îõëàæäåíèå âñïåíåííîãî áëîêà. Ïðè ýòîì
ïðîöåññ ñøèâàíèÿ ÏÝ äîëæåí îïåðåæàòü ïðîöåññ âñïåíèâàíèÿ. Ïîëó÷åíèå ÏÏÝ-3Ì è åãî õàðàêòåðèñòèêè îïèñàíû ïîäðîáíî â ðàáîòàõ [5−6].
Îáðàçöû äëÿ ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèõ èñïûòàíèé âûðåçàëè
èç áëîêîâ ïðÿìîóãîëüíîé ôîðìû ðàçìåðàìè 1000õ1000õ30
ìì, èçãîòîâëåííûõ â çàâîäñêèõ óñëîâèÿõ ÎÎÎ "ÝÒÈÎË".
ÏÏÝ-3Ì êàæóùåéñÿ ïëîòíîñòè γ ≈ 71 êã/ì3 èìåë èíòåãðàëüíóþ ÿ÷åèñòóþ ñòðóêòóðó: ïîâåðõíîñòíûé ñëîé òîëùèíîé ≈2
ìì ñ êàæóùåéñÿ ïëîòíîñòüþ γ ≈ 130 êã/ì3 è ñðåäíèé ñëîé
îäíîðîäíîãî ïåíîïëàñòà òîëùèíîé 26 ìì ñ γ ≈ 64 êã/ì3.
Âëèÿíèå äàâëåíèÿ ïîäæàòèÿ è òåìïåðàòóðû ïðè ðèõòîâêå íà
òåðìè÷åñêîå äåôîðìèðîâàíèå ïîëó÷åííîãî ÏÏÝ-3Ì îïðåäåëÿëè íà îáðàçöàõ, âûðåçàííûõ èç áëîêîâ ïðÿìîóãîëüíîé