Расширенное руководство по полимерам. Производство пластиков. Фундаментальные основы. Часть 2

У некоторых пластмасс есть диапазон плавления, а не единственная точка. Аморфные пластики имеют не точки плавления, а скорее диапазон размягчения и претерпевают лишь небольшие изменения объема при затвердевании из расплава или когда твердое вещество размягчается и становится жидким. Они начинают таять, как только начинается тепловой цикл. Его часто берут на пике оборудования для термического анализа DSC (дифференциальный сканирующий калориметр). Кристаллические пластики имеют строгий порядок молекул в твердом состоянии, что указывает на то, что многие атомы расположены регулярно. Они имеют истинную температуру плавления со скрытой теплотой плавления, связанной с процессом плавления и замораживания, и относительно большим изменением объема во время изготовления и перехода от расплава к твердому веществу.

Ньютоновское поведение потока расплава — это характеристика потока, при которой поток протекает сразу после приложения силы, и скорость потока прямо пропорциональна приложенной силе. Это характеристика потока, подтвержденная вязкостью, которая не зависит от напряжения сдвига и скорости деформации. Вода и тонкие минеральные масла являются примерами ньютоновского течения. Напротив, неньютоновское поведение течения расплава — это характеристика потока, при которой материал имеет в основном аномальную реакцию потока при приложении силы. То есть его вязкость зависит от скорости сдвига. Неньютоновское поведение не имеет прямого пропорционального поведения с применением силы и скорости потока. При пропорциональном поведении наблюдается ньютоновский поток.

Отклонение течения расплава — это характеристика отклонения от идеального поведения, которая может быть нескольких разных типов. Один тип, называемый кажущейся вязкостью, может не зависеть от скорости сдвига; оно может увеличиваться со скоростью сдвига (утолщение при сдвиге или расширение при сдвиге) или уменьшаться со скоростью сдвига (утончение при сдвиге или псевдопластичность). Последнее поведение обычно обнаруживается при расплавлении и растворении пластика. В общем, такая зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига может быть выражена в виде закона. Другим типом поведения в расплаве является то, что вязкость может зависеть от времени, что актуально для материала, проявляющего тиксотропное поведение. Тиксотропность — это характеристика материала, испытывающего деформацию потока, когда вязкость резко возрастает при снятии силы, вызывающей поток. Это касается материалов, гелеобразных в состоянии покоя, но текучих или сжиженных при перемешивании (например, во время формования). Обладая высокой статической прочностью на сдвиг и низкой динамической прочностью на сдвиг одновременно, они теряют вязкость при приложении силы.

Следующая характеристика — это расход расплава или MFR. Испытания на расход расплава используются для обнаружения деградации в изготовленных продуктах, где, например, проводится сравнение расхода расплава гранул с MFR продукта. Расход расплава имеет обратную зависимость от вязкости расплава. Это отношение MW (молекулярная масса) к MFR является обратным; когда расход расплава увеличивается, молекулярная масса падает. Молекулярная масса и вязкость расплава также связаны; когда одно значение увеличивается, другое увеличивается также.

Производительность расплава — ещё одно важное значение. При любой деформации возникают локальные концентрации напряжений. Если вязкость увеличивается с напряжением, деформация при концентрации напряжения будет менее быстрой, чем в окружающем материале. Концентрация напряжений будет плавной, а деформация стабильной. Однако когда вязкость уменьшается с увеличением напряжения, любая концентрация напряжения приведет к катастрофическому отказу. Дефекты потока, особенно потому, что они влияют на внешний вид продукта, также играют важную роль во многих процессах. Дефекты могут быть выявлены и исправлены. Эти анализы потока могут быть связаны с другими процессами и даже с довольно сложным процессом литья под давлением.

MI-тест (измерение индекса расплава) является наиболее широко используемым реологическим испытанием для изучения поведения термопластов во многих различных производственных процессах. Это не настоящий вискозиметр, поскольку надежное значение вязкости не может быть рассчитано по индексу потока, который обычно измеряется. Тем не менее, такой тест измеряет изотермическое сопротивление потоку, используя устройство и метод испытаний, которые являются стандартными во всем мире. Индекс расплава является показателем средней молекулярной массы (MW) пластика, а также является приблизительным показателем обрабатываемости из-за распределения молекулярной массы (MWD). Материалы с низкой молекулярной массой имеют высокий индекс расплава и просты в обработке. Материалы с высокой MW имеют низкий MI и их сложнее обрабатывать, так как они имеют большее сопротивление потоку, но они поддаются обработке. Физические свойства конечного пользователя улучшаются при уменьшении индекса расплава. Выбор индекса расплава для конкретного приложения является компромиссом между свойствами и технологичностью.