Расширенное руководство по полимерам. Молекулярная структура и свойства

В кристаллических пластмассах, таких как ПЭ, плотность оказывает прямое влияние на такие свойства, как жесткость и проницаемость для газов и жидкостей. Изменения плотности могут также повлиять на некоторые механические свойства. Один из методов определения поведения расплава пластмасс и их свойств заключается в использовании информации, касающейся их молекулярной массы и размера полимерных молекул. Буквами MW (молекулярная масса) обозначается сумма атомарных масс всех атомов в молекуле. Он представляет собой меру длины цепи для молекул, составляющих полимер. Атомарная масса — это относительная масса атома любого элемента на основе шкалы, в которой конкретному атому углерода (углерода-12) присвоено значение массы 12.

Полимеризованный полимер содержит молекулы, имеющие много цепей различной длины. Для некоторых продуктов результирующее распределение молекулярных масс можно рассчитать статистически и проиллюстрировать с помощью стандартной формы распределения частот. Молекулярный вес пластмасс влияет на их свойства. В качестве примера, при увеличении молекулярной массы свойства увеличиваются в отношении стойкости к истиранию, хрупкости, химической стойкости, относительного удлинения, твердости, вязкости расплава, прочности на разрыв, модуля упругости, вязкости и предела текучести. Уменьшение происходит для адгезии, индекса расплава и растворимости.

Адекватная молекулярная масса является фундаментальным требованием для удовлетворения желаемых свойств пластмасс. С разницей в молекулярной массе входящего материала производительность изготовленного продукта может быть изменена. Чем больше разница, тем более серьёзные изменения происходят в продукте. Испытания скорости потока расплава (MFR) используются для обнаружения деградации в продуктах. Скорость потока расплава имеет обратную зависимость от вязкости расплава. Это отношение молекулярной массы к скорости потока расплава является обратным: когда одно значение падает, другое увеличивается или наоборот. Молекулярная масса относится к среднему весу пластмасс, который всегда состоит из молекул с разным весом.

Эти различия важны для процессов, которые используют молекулярно-массовое распределение для оценки материалов. Узкое молекулярно-массовое распределение увеличивает производительность пластиковых изделий. Широкое молекулярно-массовое распределение позволяет их легче обрабатывать. Характеристики обработки и свойств пластмасс частично зависят от молекулярно-массового распределения, которое может широко варьироваться даже среди пластмасс с идентичным составом, плотностью, средней молекулярной массой и индексом расплава.

В завершение этой главы рассмотрим вязкость полимеров, в том числе ньютоновское и неньютоновское её определение. Сопротивление течению расплава, проявляемое в теле материала, определяет его вязкость. Это относится к расплавлению пластика, что, в свою очередь, связано с технологическими характеристиками пластика. Во время течения расплава происходит внутреннее трение, когда один слой жидкости перемещается относительно другого слоя. Обычная вязкость — это внутреннее трение или сопротивление пластика текучести. Это постоянное отношение напряжения сдвига к скорости сдвига. Сдвиг — это движение жидкости, слой за слоем. Когда пластик протекает через прямые трубы или каналы, он сдвигается, и вязкость выражает их сопротивление. Метод измерения текучести расплава осуществляется с помощью индекса расплава, также называемого индексом текучести расплава. Это обратная мера вязкости.

Высокий индекс расплава означает низкую вязкость, а низкий означает высокую вязкость. Пластмассы утончаются при сдвиге, что означает, что их сопротивление потоку уменьшается с увеличением скорости сдвига. Это происходит из-за молекулярных выравниваний в направлении потока. Существует ньютоновская и неньютоновская вязкость. При ньютоновской вязкости отношение напряжения сдвига к деформации сдвига является постоянным, что теоретически характерно, например, для воды. В неньютоновском поведении, которое имеет место для пластмасс, соотношение изменяется в зависимости от напряжения сдвига. Такие соотношения часто называют кажущимися вязкостями при соответствующих напряжениях сдвига. Вязкость измеряется в единицах Па, при этом базовая стандартная величина воды равна 1,0. Соответственно, чем выше число, тем меньше расход.