Показатель текучести расплава

Рассмотрим установившееся течение аномально вязкой жидкости в канале длиной L и радиусом R. Пусть при объемном расходе материала Q перепад давления по длине канала L равен p. В этом случае напряжение сдвига на стенке канала с = pR/2L, а скорость сдвига на стенке канала с = (эфф/4) [d ln эфф/d ln с)], где эфф - средняя скорость сдвига, эфф = 4Q / R3. Последняя формула - формула Муни-Рабиновича позволяет вычислить кривую течения. При этом предполагается, что жидкость не проскальзывает по стенке капилляра.

Расход материала при фиксированном стандартном давлении в процессе течения расплава через стандартный капилляр при определенной температуре  называется показателем текучести расплава (ПТР). Анализ приведенных формул показывает, что величина ПТР представляет собой одну точку на кривой течения. Этот показатель является единственной стандартизованной реологической характеристикой расплава. Согласно ГОСТ , величину ПТР определяют на специализированном капиллярном вискозиметре - экструзионном пластометре ИИРТ. Прибор состоит из цилиндра с поршнем, на выходе из цилиндра установлен капилляр. Используют капилляр длиной в мм и диаметром 2 мм, диаметр штока - 9.5 мм.

В резервуар загружают полимер, термостатируют при заданной температуре и нагружают шток стандартными грузами. Измеряют массу m (в г) экструдированных прутков, выдавливаемых за выбранное фиксированное время(в с). Значения ПТР (в г/10 мин) вычисляют по формуле ПТР = 600 m/. Для пересчета ПТР в точку на кривой течения выполняют простейшие арифметические действия и переводят массовый расход  в объемный, для чего необходимо знать плотность расплава при температуре испытания.

Несмотря на условность данного показателя, по величине ПТР можно судить о консистенции материала. Если при известной фиксированной температуре переработки термопластичной композиции ПТР материала составляет 0.03 г/10 мин, его следует перерабатывать методом прессования. У экструзионных марок термопластов ПТР равен  0.3 г/10 мин (трубные марки) и 1.5 - 3.0 г/10 мин (производство пленок). Значения ПТР полимеров для литья под давлением достигают 5-20 г/10 мин, для производства волокон - 15-30 г/10 мин.

Знать величину ПТР необходимо для контроля качества сырья. Для этого в соответствующих ГОСТ на полимеры приведены значения ПТР для данных марок полимеров и условия, при которых определяется ПТР: нагрузка и температура испытания (табл. 1).   

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

-