+7 499 113 71 60
Сертификат
качества
Бесплатная
консультация
Лидер
в области
Связаться

Течение полимеров

Изучением вопросов течения полимеров и их деформационных качеств занимается наука реология, в рамках которой ученые анализируют связь между внутренними конструктивными особенностями полимерных материалов и их свойствами.

Реологические свойства полимеров

К реологическим характеристикам относят вязкость и текучесть.

Вязкость полимеров представляет собой способность жидкообразных полимерных материалов противостоять необратимому изменению формы. Вязкость определяется как сила трения внутренних слоев полимера, она вызвана взаимодействием между молекулами полимерного соединения.

Вязкость жидкости проявляется при межслойном сдвиге, при котором параллельные пластины равномерно смещаются относительно друг друга в своей плоскости. В процессе течения жидкости выделяется энергия в виде теплоты.

При проведении расчетов показателей вязкости полимерные растворы выдерживают в определенных температурных условиях в течение некоторого заданного времени. Цель такой процедуры — установить равновесие в жидкости, которое достигается достаточно медленно. Когда значения вязкости будут постоянными, тогда эти показатели будут истинными и точными.

Значение вязкости полимерных материалов зависят от следующих факторов:

  • Скорости сдвига;
  • Напряжения и внешнего воздействия;
  • Молекулярной массы полимерного вещества и размеров макромолекул;
  • Температурных условий;
  • Степени концентрации и вида растворителя.

Свойство вязкости является важной характеристикой полимеров для определения методов и особенностей процедуры их производства. Для обеспечения бесперебойного, постоянного технологического процесса необходимо осуществлять постоянный контроль реологических свойств.

Свойство, обратное вязкости, определяется как текучесть. Числовой характеристикой текучести выступает индекс расплава. Суть процесса для определения данного показателя: в цилиндр специального прибора (грузового капиллярного вискозиметра) помещают полимер, нагревают его, расплавляя и уплотняя массу до однородности, после чего выдавливают полученный расплав под действием груза. В зависимости от массы полученного полимера после выдавливания и затраченного на это времени рассчитывают непосредственно показатель текучести расплава.

Показатель текучести — первая характеристика реологических свойств, по нему оценивают способность материалов к вязкому течению и подбирают способ переработки полимеров.

Вязкое течение в процессах формообразования изделий из композитов

Виды течения. Различают четыре основных вида течения препрегов из комопзитов в процессах формообразования изделий:

— фильтрация расплава полимера через слой волокон;

— сдвиг в трансверсальной плоскости;

— сдвиг параллельно волокнам;

— межслойный сдвиг.

Изучению вязкого течения композитных материалов в последние годы уделяется все большее внимание. Установлено, что характер течения существенно зависит от вязких свойств полимерной матрицы и от структуры материала, но теоретически выведенные зависимости не в полной мере подтверждены экспериментами. Разработаны методы экспериментального определения показателей вязких свойств, учитывающие особенности структуры и вязкого течения композитных материалов.

Консолидация слоев композитного соединения

Консолидация (от латинского «concolidatio» — упрочнение, укрепление, объединение) в технологии волокнистых композитов рассматривают как совокупность физико-химических и механических процессов, приводящих к образованию монолитного материала, т.е. материала, обладающего плотной и прочной структурой.

Уплотнение волокнистого слоя происходит в результате следующих процессов: упругой деформации волокнистой системы; вязкого течения сжимаемой волокнисто-полимерной композиции; перколяции полимерного расплава  через  систему волокон.

Элементы полимерной матрицы объединяются в сплошное тело за счет аутогезии, имеющей место при сплавлении под действием сил поверхностного натяжения и внешнего давления.

Этапы процесса консолидации и характер изменения материала в процессе консолидации протекают в существенной мере параллельно, однако для анализа механизмов этих явлений и влияющих на них факторов полезно раздельное рассмотрение данных явлений.

На свойства композитного материала оказывают влияние множество факторов и технологий. Плотность и прочность структуры полимера может повышаться за счет сближения его частиц и формирования прочной связи между ними. В результате упругой и пластической деформации наполнителя, заполнения промежутков между частицами и объемного сжатия за счет применения давления достигается консолидация слоев термопластичных композитов, т.е. создание монолитного прочного укрепленного полимерного материала.

В процессе такого сплавления композитных слоев используются внутренние и внешние силы: сила поверхностного натяжения расплава матричного полимерного композита и внешнего давления соответственно.

Консолидация слоев характеризуется минимум двумя параметрами: плотность материала и его адгезивные свойства. Последние выражаются в качестве прочном прикреплении частиц за счет действия межмолекулярных или химических сил. Частным случаем адгезии является аутогезия расплава, при котором соприкасающиеся частицы имеют одинаковые состав и строение.

При отсутствии внешнего давления консолидация термопластичных полимеров в вязкотекучем состоянии протекает за счет сил поверхностного натяжения. Кинетика процесса рассчитывается на основе теории спекания. Приложения этой теории к расчету процессов сплавления однонаправленных препрегов не известны. Согласно экспериментальным данным поверхностное натяжение расплава и угол смачивания являются функциями температуры и продолжительности контакта.

При  исследованиях кинетики консолидации композитов в различных процессах формообразования значительное внимание уделено тепловым режимам. Известны попытки расчета температуры материала из условий теплообмена с окружающей средой и формообразующей оснасткой. В определенных границах режимов такие расчеты вполне оправданы.

Прочность аутогезионной связи термопластичных образцов при формообразовании изделий в экспериментальных работах оценивают по прочности при межслойном сдвиге (срезе) параллельно волокнам, при трехточечном изгибе коротких образцов.

Leave a Reply