Расширенное руководство по полимерам. Реологические свойства и упругость пластиков

В механическом поведении этих вязкоупругих пластиков преобладают такие явления, как прочность на растяжение, относительное удлинение при разрыве, жесткость и энергия разрыва, которые часто являются определяющими факторами в конструкции. Вязкие свойства пластического течения расплава также являются важными факторами при изготовлении пластмассовых изделий. При обсуждении течения расплава речь идет о реологии или потоке вещества. Это связано с реакцией пластиковых расплавов на механическую силу. Понимание реологии и способности измерять реологические свойства, такие как молекулярный вес и поток расплава, необходимо прежде, чем поведение потока можно было бы контролировать во время обработки.

Такой контроль имеет важное значение для изготовления пластиковых материалов для удовлетворения требований к производительности продукта. С пластмассами есть два типа деформации или потока: вязкий, в котором энергия, вызывающая деформацию, рассеивается, и упругий, в котором эта энергия сохраняется. Комбинация производит вязкоупругие пластики. Существуют не только два класса деформации, но также и два режима, в которых может возникнуть деформация: простой сдвиг и простое растяжение. Фактическая реакция во время плавления (как, например, с обычным пластификатором) является чрезвычайно сложным действием со всеми типами комбинаций напряжения сдвига.

Деформация определяет эффективность добавления пластификатора и контролирует соотношение между скоростью на выходе и перепадом давления в системе или в форме. Поведение расплава пластика по сравнению с водой различается весьма сильно. Объем так называемой ньютоновской жидкости, такой как вода, при проталкивании через отверстие прямо пропорционален давлению, приложенному по прямой линии (поток против давления). Скорость потока неньютоновской жидкости, такой как пластик, при проталкивании через отверстие увеличивается быстрее, чем приложенное давление, что приводит к изогнутой линии. Различные пластики имеют свои собственные скорости потока, так что их неньютоновские кривые различны. Это свойство вязкоупругости в некоторой степени присуще всем пластикам и диктует, что, хотя пластики обладают твердоподобными характеристиками, они также имеют жидкоподобные характеристики. Такое поведение полимеров важно понимать. Это, в основном, механическое поведение, при котором отношения между напряжением и деформацией зависят от времени для пластика, в отличие от классического упругого поведения стали, при котором деформация и восстановление происходят мгновенно при приложении и снятии напряжения.

Различные характеристики полимеров влияют на обработку и свойства пластиковых изделий. Мы уже рассматривали эти различные характеристики, которые встречаются у термопластов, здесь же отметим наиболее важными. Самыми важными являются температура стеклования и температура плавления. Температура стеклования относится к температурным характеристикам пластмасс, которые влияют на технологичность пластика. Это обратимое изменение фазы пластика из вязкого или эластичного состояния в хрупкое стеклообразное состояние. Ниже температуры стеклования термопласт ведет себя как стекло и является очень прочным и жестким. Выше этой температуры он не такой прочный или жесткий, как стекло, и при этом он не такой хрупкий, как стекло. При температуре стеклования и выше объем или длина пластика увеличиваются быстрее, а жесткость и прочность уменьшаются. Наиболее заметным является снижение в 1000 раз по жесткости, которое может произойти при превышении температуры стеклования полимера.

Аморфные термопласты имеют более определенную температуру стеклования по сравнению с кристаллическими термопластами. Даже с вариациями у отдельных полимеров температура стеклования обычно указывается как одно значение, поскольку температура стеклования обычно происходит в относительно узком диапазоне температур. Кристаллические пластики имеют определенные температуры плавления или точки плавления. У аморфных пластиков такого нет. Они имеют интервалы размягчения, которые являются небольшими по объему, когда происходит затвердевание расплава или когда твердое вещество размягчается и становится расплавом жидкого типа. Они начинают размягчаться, как только начинается тепловой цикл.

Температура плавления представляет собой среднее значение в диапазоне размягчения. Температура плавления зависит от давления обработки и времени нагревания, особенно во время медленного изменения температуры для относительно толстых расплавов во время обработки. Кроме того, если температура плавления слишком низкая, вязкость расплава будет высокой, и для его обработки потребуется более дорогостоящая мощность. Если вязкость слишком высокая, произойдет деградация, а термическая деградация полимера, в отличие от стеклования, процесс необратимый, поскольку при этом резко изменяются физические свойства материала и происходит разрушение молекулярной структуры. Поэтому для каждого пластика нужно использовать правильный температурный диапазон обработки.