РОЗДІЛ 2
ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ЕКСПЕРИМЕНТІВ
2.1. Вихідні речовини та їх властивості
Об’єктами досліджень були суміші термопласт – ПВП з масовою часткою ПВП 0-10 %.
В роботі використані такі термопласти, як промислові поліаміди марок ПА-6 і
ПА-66/6, та суспензійний полістирол (ПС). Вибір полістиролу та поліамідів
зумовлений необхідністю встановлення впливу ПВП на властивості
частково-кристалічних матеріалів, якими є поліаміди, та аморфних, яким є ПС.
Крім того, карбаматні групи ПВП є однорідними до пептидних груп поліамідів, а
отже, ці полімери подібні за будовою, а з ПС – відмінні.
Для досліджень використовували зразки таких промислових термопластів: ПА-6
(“Tarnamid-27”) – виробництво фірми Zakіady Azotowe w Tarnowie-Moњcicach S.A.
(Польща); ПА-66/6 марки АК-60/40 ТУ 6-05-1032-73; ПСС (ГОСТ 20282-74) –
виробництво ВАТ “Концерн стирол” (м. Горлівка).
Основні характеристики досліджуваних термопластів зведені в табл. 2.1.
Таблиця 2.1.
Характеристики вихідних термопластів
Показник
ПА-6
ПА-66/6
ПС
Хімічна будова
кополімер 60% солі АГ і 40% е-капролактаму
Густина, г/см3
1,14
1,12
1,05
Насипна густина, г/см3
0,6-0,8
0,65-0,75
0,55-0,65
Температура топлення, не менше, 0С
221
160
160-170
Міцність при розтягу, не менше, МПа
50
20
40
Відносне видовження при розтягу, %
40
60
1,5-3,0
Адсорбція вологи до насичення на повітрі,
24 год при 20 0С, %
3,0
5,8
0,2
Полівінілпіролідон – аморфний полімер білого кольору лінійної будови з
молекулярною масою ? 12•103; температура розм’якшення 120-140 0С; густина при
20 0С 1,19 г/см3; nD20 = 1,52 (для плівки). ПВП використовували високої очистки
(МРТУ №3928-71).
2.2. Методики експериментів
2.2.1. Методика одержання полімерних сумішей
Попередньо змішували сипучі компоненти у необхідному співвідношенні в змішувачі
барабанного типу. Після одержання механічної суміші сипучих проводили їх
сушіння протягом 6-7 год в сухо-повітряній електросушарці типу 2В-131 при
температурі 353-363 К і відносній вологості повітря 5-10 %.
Для проведення досліджень готували суміші термопластів з ПВП безпосереднім
змішуванням у шнековому передпластикаторі литтєвої машини марки KUASY 25-32/2
(об’єм відливки до 16 см3) і наступним витискуванням, подрібненням та
охолодженням матеріалу у вигляді прутка. Температура по зонах матеріального
циліндра становила 463-483, 483-503, 503-518 К, час пластикації 30-35 с. Задане
значення температури підтримувалося з точністю ±1,0 К за допомогою двоканальних
мікропроцесорних електричних регуляторів РЕ-202. Вміст ПВП в сумішах змінювали
в межах 1-10 % мас. Гранулят використовували для дослідження реологічних
показників матеріалу та лиття під тиском дослідних зразків.
2.2.2. Методика проведення реологічних досліджень
Визначення показника текучості розтопу (ПТР) проводили на віскозиметрах
капілярного типу “ИИРТ-М” та “МВ3М” (ГОСТ 11645-73) з використанням вантажів та
стандартного капіляру діаметром 2,095±0,005 мм. Перед початком випробувань
екструзійну камеру термостатували протягом 15 хв. ПТР вираховували за формулою
з точністю до другого знаку:
(2.1.)
де m – маса прутка полімеру, г; t – час витікання екструдату певної довжини, с.
Одержання кривих течії розтопів сумішей полімерів проводили на приладі “ИИРТ-М”
та “МВ3М”, на які були встановлені індикатори годинникового типу. Під час
проведення випробувань використовували капіляри довжиною 8 та 10 мм і діаметром
0,58; 1,0; 2,095 мм. Дослідження проводили при температурах 453, 463, 473, 483
та 503 К. Навантаження на поршень становило від 12 до 50 Н. Температура досліду
регулювалася за допомогою двоканального мікропроцесорного електричного
регулятора РЕ-202 з точністю ±0,4 К. Визначення об’ємної витрати визначали за
швидкістю опускання поршня для приладу “МВ3М” та масою екструдатів для приладу
“ИИРТ-М”.
Об’ємна витрата в капілярі [158, 159]:
(2.2.)
де S – переміщення поршня, м; d – діаметр поршня, м; t – час переміщення.
Ефективна швидкість зсуву в капілярі [158]:
(2.3.)
де r – радіус капіляру, м.
Напруження зсуву в капілярі [158, 160]:
(2.4.)
де Р – маса вантажу, кг; ДР – перепад тиску між кінцями капіляру; L – довжина
капіляру, м.
Для визначення дійсного напруження зсуву необхідно враховувати входові втрати
тиску в капілярі. Для цього будували графік залежності Q=f(P) при L/D=const. За
графіком знаходили Р1 і Р2, які відповідають одній і тій самій величині витрати
(Р1 – тиск, який необхідний для забезпечення витрати через капіляр L1; Р2 – те
саме через капіляр довжиною L2). На основі залежності ДP=f(L/D) знаходили
значення ДРвх та входової поправки х, вираженої у відносних довжинах каналу,
екстраполюючи одержану залежність до нульового значення перепаду тисків.
Дійсне напруження зсусу в капілярі:
(2.5.)
На основі визначених значень напруження зсуву та швидкості зсуву в
логарифмічних координатах будували допоміжну криву течії, яку потім
перебудовували за методом Вайсенберга-Рабіновича [159, 160]. Диференціюючи
криву знаходили показник аномалії в’язкості через тангенс кута нахилу кривої.
Звідси швидкість зсуву з врахуванням поправки Рабіновича [158-160]:
(2.6.)
де n – показник аномалії в’язкості (ступінь неньютонівської поведінки); г –
кореговане значення швидкості зсуву, с-1.
Ефективну в’язкість розтопу визначали як [158, 160]:
(2.7.)
За реологічним рівнянням (2.8.) [161] визначали його константи:
(2.8.)
де ф – напруження зсуву для даної полімерної суміші, Па; з – в’язкість розтопу,
Па•с; г – швидкість зсуву, с-1; n – показник аномалії в’язкості; Е – уявна
енергія активації в’язкої течії, Дж/моль; m0 – константа, яка залежить від
природи матеріалу, Па·сn.
Енергію активації в’язкої течії розтопів полі
- Киев+380960830922