Характерные особенности расплавленных полимеров, как они ведут себя в различных условиях.
Что это такое — расплав?
Расплав полимера – аномально-вязкие (неньютоновские) вещества в жидком агрегатном состоянии. Его отличие от раствора заключается в том, как образуется расплав. В этом случае подвижность и свобода цепи становится результатом теплового движения, а не сольватации. Для макромолекул в этом случае характерно стремление к форме кубка или спирали при сохранении взаимной свободы движения между ними. Расплавление стартует с того, что отрываются сначала некоторые фрагменты цепи, они распрямляются – иными словами, происходит эластичная деформация.
Полимеры с кристаллической структурой способны образовывать расплав лишь в ограниченном температурном диапазоне. Если повышать температуру и дальше, то расплав останется в вязкотекучем состоянии до тех пор, пока нагрев не приведет к термической деструкции.
Если полимер имеет способность к кристаллизации, то снижение температуры его расплава инициирует появление зон кристаллизации, которые затем увеличиваются в размерах. На основе исследовательской работы с полимерами расчеты помогли установить температуру кристаллизации, когда этот процесс наиболее интенсивен.
Вязкое течение полимера характеризуется сопротивлением сдвигу, зависящим от скорости относительного перемещения слоев. Соотношение между касательными напряжениями и скоростями сдвига называют законом течения, а его графическое изображение – кривой течения. Частным случаем является линейная связь между этими величинами, или закон течения ньютоновской жидкости.
Вязкость расплавов и растворов полимеров зависит от молекулярной массы, температуры и давления. С увеличением молекулярной массы вязкость возрастает. Энергия активации вязкого течения полимерных расплавов не является константой. С увеличением температуры она уменьшается. Вязкость термореактивных олигомеров при повышенных температурах сильно изменяется в результате структурных превращений, поэтому ее часто используют для характеристики этих превращений.
Расплавы термопластичных полимеров чаще всего считают изотропными, хотя ориентация молекул в процессе течения может быть причиной весьма существенной анизотропии структуры и реологических свойств. Для описания процессов вязкого течения термопластичных полимерных расплавов используют нелинейные законы. Наибольшее распространение получил степенной закон Оствальда-де-Вила.
Вязкое течение композиций
Наполнение жидкостей твердыми частицами приводит увеличивает сопротивление течению. Композиция с изометричными или анизометричными частицами, хаотически ориентированными в пространстве, как правило, изотропна, поэтому ее реологические свойства вполне характеризуются ньютоновской вязкостью, не зависящей от направления. Сопротивление течению жидкости, содержащей анизометричные частицы, зависит от ориентации частиц относительно плоскостей сдвига. Наименьшее сопротивление оказывают частицы, ориентированные параллельно этим плоскостям.
Термопласты
Это термопластичные полимеры, приобретающие вязкие свойства при разогреве и отвердевающие при охлаждении. При комнатной температуре термопласты сохраняют твердое (стеклообразное либо кристаллическое) состояние. По мере разогрева они становятся весьма эластичными, если температура возрастает и далее – то переходят в вязкотекучую фазу, при которой из них можно формировать различную продукцию с применением различных технологий обработки. При этом переходить в различные состояния термопласты могут многократно, поэтому они удобны для вторичной переработки.
Промышленность производит две основных разновидности термопластов. Первый (базовый) тип объединяет сорта пластиков, различаемые по их вязкости. Такие сорта термопластов подходят для переработки разными технологиями:
— литье;
— экструзия;
— прессование и т.д.
При этом каждый из вышеперечисленных способов позволяет производить большое разнообразие размеров продукции.