Термопласты

Термопластичные полимерные материалы перерабатывают в изделия в расплавленном состоянии. В одном и том же технологическом процессе переработки полимер дозируют, расплавляют, транспортируют, формуют и охлаждают до твердого состояния. В процессе переработки расплавов термопластов, представляющих собой нелинейные вязкоупругие жидкости, осуществляется их течение в каналах сложной геометрии в неизотермических условиях. Поэтому к технологическим свойствам термопластов относятся их реологические и теплофизические свойства, кинетика фазовых переходов, а также объемные характеристики сыпучих материалов в твердом состоянии. Кривая течения, вязкость при фиксированной скорости сдвига и наибольшая ньютоновская вязкость используются для сравнительной характеристики сырья и математического моделирования технологических процессов, показатель текучести расплава (ПТР) - для сравнительной характеристики сырья и ориентировочного выбора способа переработки, константы и функции реологических уравнений состояния - для математического моделирования процессов, показатель текучести расплава при растяжении - для сравнительной характеристики сырья (тест на формуемость термопластов в волокна и пленки), потери давления на входе в канал - для математического моделирования процессов и сравнительной характеристики сырья, зависимость реологических свойств термопластов от температуры и гидростатического давления, функция диссипации и скорость скольжения расплава по стенке канала - для математического моделирования процессов , условия наступления неустойчивых режимов течения - для определения предельной скорости экструзии при заданных размеров формующего инструмента, кинетика фазовых переходов, температура стеклования и плавления, коэффициенты тепло- и температуропроводности, теплоемкость - для математического моделирования процессов, термостабильность расплава - для определения оптимального объема (размеров) агрегата для переработки термопластов, температурный интервал переработки - для ориентировочного выбора температурного режима переработки, допустимое содержание влаги и летучих в расплаве - для выбора режимов подготовки (сушки) сырья, плотность - для математического моделирования, насыпная плотность гранул и гранулометрический состав - для выбора дозаторов, математического моделирования, технологическая усадка - для математического моделирования, проектирования литьевых форм. В данном случае термин "математическое моделирование" употребляется в широком смысле и включает любые численные оценки.

Режим переработки и конструкция оборудования должны соответствовать технологическим свойствам сырья. Развитие вычислительной техники позволяет создавать сложные математические модели, которые с достаточной точностью описывают процессы переработки полимеров и являются средством оптимизации этих процессов и конструкции оборудования. Это сравнительно новое направление в методике проектирования технологии переработки предусматривает исследование технологических свойств термопластов с целью не только контроля качества и сравнительной характеристики сырья, но и математического моделирования процессов переработки (определения исходных данных для вычислительных программ).

Экспериментально установлено, что могут существовать расплавы полимеров с одинаковыми кривыми течения и одним и тем же характером зависимости вязкости от температуры, но обладающие различными свойствами при растяжении. В связи с этим разработан специальный тест на растяжение расплавов, характеризующий способность полимеров к формованию в волокна и пленки - показатель растяжения расплава (ПРР). Эксперимент проводят по следующей методике. В ванну с термостатирующей жидкостью помещают цилиндрический образец полимера. Один конец образца закрепляют неподвижно, а к другому прикладывают постоянную нагрузку. За величину ПРР принимают время, за которое образец растягивается до заданной длины при фиксированной нагрузке. Для каждой марки полимера следует выбирать определенную длину образца и нагрузку. В этом случае можно оценить разброс значений ПРР различных партий полимера одной марки, который может достигать несколько порядков. Этот метод позволяет по импортному аналогу выбрать тип отечественного сырья, а также контролировать его качество при поставке разных партий сырья одной марки, предназначенного для получения пленок или волокон.

При термоформовании или раздувном формовании важным свойством расплавов термопластов является прочность. При большой скорости деформирования напряжения в расплаве не успевают релаксировать и полимер приобретает способность разрушаться по механизму разрушения сшитых каучуков - резин.

Условия разрушения при одноосном растяжении (соотношение между прочностью при разрыве и обратимой деформацией при разрушении) не зависят от приложенной нагрузки и могут быть определены на приборах для измерения ПРР.

Композиционные материалы на основе термопластов , кроме рассмотренных, обладают рядом других специфических технологических свойств. К ним относятся наличие предела текучести расплавов наполненных термопластов; нижний предел оптимальной скорости деформирования, при которой образуется оптимальная структура вспененных изделий; расслоение потоков смесей полимеров и др.