Вязкоупругие свойства полимерных материалов определяли комбинированным способом. Материальные функции, характсри - (мошие вязкость и первую разность нормальных напряжений, на­ходили при помощи щелевого реометра, вторую разность нор­
мальных напряжений оценивали методом двойного лучепрелом ления (методика приведена выше).

Схема рабочего узла для измерения материальных констлш, определяющих эффективную вязкость и первую разность нор мальных напряжений, показана на рис. 4.21. Для данной серим исследований неподвижный диск / выполнен с большим пет ральным отверстием, в которое вставлен элемент формировании щелевого потока, состоящий из верхней // и нижней /2 частей • пазами, совместно образующими полость для щелевого потока.

Система замера давления вдоль щели и на выходе состоит Ml четырех линий. Каждая из этих линий включает те же элемент, которые составляют аналогичные измерительные линии, показан ные на рис. 4.18, а именно: датчик 2, соединительную трубку I, манометр 4 и регулируемый переходник 5. Для поддержания м данного теплового режима щелевой реометр обеспечен системой температурной стабилизации, которая для верхней части включап нагреватель 10, датчик температуры 7 и регулятор температуры Л, а для нижней части — соответствующие элементы 13, 8 и 9.

6 5 4 3 2 1

Конструкция датчика ) показана на рис. 4.19, а сю описание и описание схемы заполнения системы жидко стью рассмотрены в прели душем разделе.

Рис. 4.21. Схема экспериментального утла для исследования вязкоупругих свойств поли­меров

Пазы в верхней II и нижней 12 частях щелевою реометра со стороны непод­вижного диска выполнены клинообразными, с углом наклона в сторону выходи о го отверстия. В измеритель ной зоне пазы выподно• ни плоскопараллельными, г суммарным сечением в вило прямоугольника с размерами сторон А = 2 мм и b ш 20 мм При этом длина щели/4 = 80 мм. Данное соотноше­ние между высотой и шири ной щели обеспечивай с п раведл ивость допущен и и об одномерности потока.

Расстояния от выходя щели до расположения да i чиков составляют: 1 = 6 мм, li = 22 мм, /3= 38 мм, /,|- = 54 мм. При этом расстом

«ни - oi входа в щель до первого по ходу движения полимера датчи - М (на рис. 4.21 данный датчик имеет номер 4) составляет 26 мм, щ» позволяет устранить эффекты входной зоны и полностью ста­ми ип шровать потоки в зоне измерений.

К процессе проведения экспериментов варьировались два па­раметра: эффективная скорость сдвига и температура.

>ффективная скорость сдвига определяется с помощью следу­ющего выражения:

6 Q

ЬМ^ТЛ - (4-215)

bn

II случае одномерного течения в щели напряжение сдвига на. н ике находится по формуле:

(4-2|6)

• I. I)/’/Эх - градиент давления в направлении течения.

Результаты измерений нормальных напряжений на стенке гце - м пого реометра для расплавов полиэтилена и полистирола прсд - I пилены в табл. 4.2. и 4.3 соответственно.

I mi л и и а 4.2. Результаты ючерений нормальных напряжений на стенке пн юного реометра для расплава полиэтилена нижого давления /.к № дат­ sa. МПа. при Y (С) чика 30 50 100 5(Х) 1000 1 0.55 0.69 0,91 1.75 2,30 •133 2 1.82 2.29 3.00 5,76 7,56 12.82 3 3,09 3.90 5.09 9,79 4 4.30 5,49 7.19 13.81 18.07 1 0.43 0,55 0.75 1,44 1,90 2 1.44 1,81 2,47 4.76 6.23 453 3 2,46 3.08 4.20 8,08 10,58 4 3.47 4.34 5,93 11,39 14.92 1 0.35 0.44 0.62 1,19 1,57 473 2 1.15 1,45 2.05 3,92 5,15 3 1.95 2.47 3.48 6,66 8,74 4 2,76 3.49 4.90 9,40 12,32 1 0,27 0,33 0.47 0,98 1.34 2 0.31 1,10 1.56 3,24 4.41 493 3 1.55 1,87 2,65 5.50 7.48 4 2,18 2.64 3.74 7.76 10.55

Г а блиц а 4.3. Результаты измерений нормальных напряжений на стенке щелевого реометра для расплава полистрола т к Л? 5», МПа. при у (с*1) 11 | датчика 30 50 100 500 НИХ) 1 0.77 0.91 1.06 1.66 2.02 453 2 2,57 3,00 3,49 5.52 6,70 3 2,57 3.00 3,49 5,52 6,70 4 6,06 7.07 8.24 13,05 15.82 1 0.62 0.72 0.84 1.32 1.54 473 2 2,04 2.38 2,78 4.39 5,12 3 3.47 4.05 4.72 7,47 8.71 4 4.82 5,61 6.55 10.37 12,09 1 0.49 0.57 0.69 1,09 1.32 493 2 1,62 1.89 2.29 3.63 4.39 3 2,76 3.21 3.89 6,17 7.47 4 3.83 4,46 5.4 8.56 10.37 1 0.39 0.45 0.55 0,84 1.01 513 2 1.29 1,50 1.81 2.78 3.36 3 2.19 2.55 3,09 4,79 5.71 4 3.04 3.54 4,29 6,55 7.93 ——■— ' Ш

Для определения вязкостных свойств полимерных жидкостей необходимо построить кривые течения, используя уравнение

(4.206) для обработки экспериментальных данных.

Так как непосредственные замеры с помощью датчиков давле­ния позволяют определить нормальные напряжения на стенке, а для определения напряжений сдвига по формуле (4.217) необхо димо иметь данные по градиенту давления, то следует установить взаимосвязь между градиентами нормальных напряжений и даилс ния. С учетом независимости девиаторной составляющей напри жений от значения координаты, характеризующей направление движения потока, из уравнения (4.66) следует:

SHAPE * MERGEFORMAT

(4.217!

d Sa(b, x) дР(Ь, х)

дх

дх

Необходимо заметить, что уравнение (4.217) справедливо толь ко для установившегося течения в каналах с постоянными геомо ричсскими параметрами. В противном случае девиаторная состав ляющая напряжения зависит от координаты х.

I la рис. 4.22 в качестве примера для одного из вариантов, ирсл - I, именных в табл. 4.2, показаны распределения нормальных на­пряжений вдоль щели на ее стенке. Аналогичные графики можно ниучить и для других сочетаний температур и скоростей сдвига и I iafvi. 4.2. и 4.3.

Как видно из рис. 4.22, нормальные напряжения вдоль щели име­ни шнейное распределение, что соответствует углу наклона в 45°.

Построение зависимостей на рис. 4.22 в двойных логарифми - н i mix координатах позволяет с большой точностью найти давле - мис на выходе, которое необходимо знать для определения первой (мшости нормальных напряжений.

(4.218)

Рис. 4.22. Распределение нормальных напряжений на стенке щелевого реомет­ра для четвертого датчика при у = = 1000 с 1 и следующих значениях тем­пературы:

На рис. 4.23 и рис. 4.24 приведены кривые течения для иссле - ivcmmx материалов, из которых видно, что напряжения сдвига подчиняются степенному за - MMiv:

Ч =СЧ"Х

Численные значения мате­рил 1ьных констант С и яь по­именных из кривых течения с учетом выражения (4.218), при - |' юны в табл. 4.4.

Гис. 4.23. Зависимость напряжения мига от скорости сдвига для ПЭНД при к п’кнцих значениях температуры:

Рис. 4.24. Зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига для полисти­рола при следующих значениях темпера­туры:

/- 433 К: 2 -453 К; 3-473 К; 4- 493 К

1ля определения материаль­ных констант, характеризую­щих первую разность нормаль­ных напряжений, использовали выражение (4.153). Ретулылгы но давлению на выходе приве - leiiiu в табл. 4.2. и 4.3. Кривые

Материал

Полиэтилен низкого давления

Полистрол

зависимости первой разности нормальных напряжений от скорос­ти сдвига приведены на рис. 4.25 и 4.26. Из приведенных график - следует, что первая разность нормальных напряжений, так же как и напряжение сдвига, удовлетворяет степенному закону. Следова­тельно, можно записать:

(•У«-УИг)*=с2УЯ|- (4.219)

Материальные константы с2 и п2 сведены в табл. 4.4. Как следу ет из приведенных здесь данных, для полиэтилена низкого давле­ния показатели степени в степенных соотношениях, описываю-

Рис. 4.25. Зависимость первой разности нормальных напряжений от скорости сдвига для ПЭНД при следующих зна­чениях температуры:

Рис. 4.26. Зависимость первой разности нормальных напряжений от скорости сдвига для полистирола при следующих температурах:

/- 433 К; 2-453 К; 3-473 К; 4- 493 К

/ - 453 К; 2-473 К; 3- 493 К; 4-513 К

Рис. 4.27. Схема экспериментальной установки для ис­следования напряженно-деформированного состояния расплавов полимеров методом двойного лучепреломле­ния

ншх как напряжение сдвига, так и первую разность нормальных напряжений, одинаковы. Для полистирола наблюдается некото­рое отклонение в показателях степени п и п2.

Материальные константы, характеризующие вторую раз­ность нормальных напряжений, определялись на эксперимсн - глльной установке с модификацией рабочего узла, изображен­ного на рис. 4.27.

1’нс. 4.28. Зависимость отношения вто­рой ратности нормальных напряжении к ценной от скорости сдвига при темпера-

При этом использовался второй вариант, приведенный вразде - ie 4.4.3. Распределение отношений второй разности нормальных напряжений к первой в зависимости от скорости сдвига приведе­но на рис. 4.28. Из приведенных на рис. 4.28 результатов видно, что отношение второй разно­сти нормальных напряжений к первой остается практически постоянным для всего диапа - юна исследуемых скоростей сдвига. Данное соотношение наблюдается и при других тем­пературах.

Значения материальных кон­стант для исследованных по­лимерных жидкостей, опи­сываемых моделью для моди­фицированной жидкости вто­рого порядка, с учетом выражений (4.33) приведены ' туре 473 К:

В Табл. 4.5. /- полистирол; 2— ПЭНД

Полимер	Г. К	"Ь	;/г.	Шу	А, КГ*. ,, mi*i Не 1	МО-4. И ■с"2*1	МОЛ 1 Не"’*']
					> М	■ Г ' м	1 М*
Поли­	433	-0,58	-1.58	-1.58	1.85	2.80	1.72
этилен низкого	453	-0,58	-1.58	-1.58	1.49	2.32	1.42
давле­	473	-0.58	-1.58	-1,58	1.23	1,95	1.19
ния	493	-0.58	-1.58	-1,58	1.06	1,64	1.00
	453	-0.73	-1,75	-1.75	4.54	6,53	4.66
11олн-	453	-0.73	-1.75	-1.75	3.47	5.01	3.58
стнрол	493	-0.73	-1.75	-1,75	2.97	4.88	3,06
	513	-0.73	-1.75	-1,75	2.27	3.73	2.34