Термомеханические свойства пластмасс. Аморфные полимеры (некоторые термопласты и все реактопласты). Температура стеклования. Параметры, влияющие на эффективную вязкость полимера, страница 8

Расплавы высокомолекулярных соединений (ВМС) являются так называемыми реальными жидкостями и графическая зависимость сдвиг – напряжение сложная:

Полная кривая течения неидеальной жидкости

                                        I                    II                          III

На рисунке представлена полная кривая течения в широком диапазоне изменения скорости и напряжения сдвига. На ней можно выделить три характерных участка:

I – при низких значениях σ соблюдается прямая пропорциональная зависимость  от σ и расплав ведёт себя как идеальная, Ньютоновская жидкость с постоянной вязкостью η₀, зависящей только от температуры и независящей от режима течения. η₀ – максимальная Ньютоновская вязкость течения расплава (много не разрушенных связей между молекулами).

II – с некоторых значений    и σ_А пропорциональность престаёт соблюдаться.  Для расплавов большинства полимеров величина скорости сдвига растёт быстрее напряжения и второй участок является криволинейным. Вязкость становится переменной и уменьшается по мере роста скорости течения, т.е., зависит от режима течения (деформирования). Изменение вязкости связано с разрушением физических связей между молекулами. Это так называемые аномалии вязкости, а жидкие системы, проявляющие их называются аномально вязкими или псевдопластичными. Вязкость в этом случае принято называть эффективной и обозначать как η_α. Большинство полимеров в условиях переработки проявляют аномальные вязкости, следовательно, при характеристике расплавов полимеров необходимо указывать не только температуру при которой проводилось определение вязкости, но и режим деформирования (чаще всего, скорость сдвига). Крутизна участка II характеризует интенсивность развития аномальной вязкости.

III – на этом участке вновь наблюдается пропорциональность                 , т.е., расплав вновь начинает течь как Ньютоновская жидкость с постоянной вязкостью. Это происходит т.к. все межмолекулярные связи разрушились. Однако, вязкость расплава на участке III меньше, чем на участке I и называется минимальной Ньютоновской вязкостью η_∞ (для промышленных полимеров не наблюдается).

В любой точке на кривой течения вязкость равна тангенсу угла наклона касательной к данной точке кривой.

Аномалии вязкости связывают с различными причинами: например, с высокой эластичностью расплавов - при очень малых значениях напряжений реализуется лишь упругая и пластическая деформация. Скорость накопления высокоэластической деформации оказывается меньше релаксации за счёт Броуновского движения макромолекул, поэтому, расплав в этих условиях течёт с постоянной Ньютоновская жидкость (I–й участок)

Зависимость вязкости расплава ВМС от напряжения сдвига

                                        lg η

                                                   I                 II            III

                                                                                                          lg σ

Увеличение напряжения (II-й участок), приводит к тому, что высокоэластическая деформация не успевает релаксировать и накапливается (не релаксирует полностью), макромолекулы полимера фиксируются в направлении течения. Сопротивление течению уменьшается, следовательно, вязкость падает.

При очень высоких значениях напряжения сдвига, высокоэластическая деформация и ориентация приобретают предельные значения и расплав вновь начинает течь как Ньютоновская жидкость.

Аномалии вязкости связана с тем, что начиная с определённого значения скорости и напряжения сдвига в расплаве разрушаются надмолекулярные структуры (ассоциаты), что приводит к уменьшению числа и прочности межмолекулярных контактов (связей) и, следовательно, к снижению вязкости.

Аномалии вязкости типичны для большинства реальных жидкостей (расплавов, концентрированных растворов полимеров, дисперсий полимеров).