Расширение потока после выхода его из канала фильеры наблюдается при формовании волокна из растворов и распла­вов полимеров и экструзии термопластов51. Картина расшире­ния потока схематически показана на рис. 49. Забицкий52 в каче­стве критерия степени расширения струи предложил выражение I

Факторы, определяющие степень расширения струи. Ско­рость (или градиент скорости) потока в канале фильеры. При увеличении скорости потока и сохранении про­чих равных условий возрастает максимальное расширение струи (табл. 26).

Бейнон и Глайд57 также наблюдали расширение струи при экструзии полиэтилена с увеличением градиента скорости, осо­бенно в области малых градиентов скоростей. По их данным, степень расширения струи в зависимости от градиента скорости проходит через максимум, причем максимум расширения соот­ветствует началу разрушения расплава.

Метцнер и сотр.56 определяли расширение струи полиэтиле­на высокого давления и полипропилена. Отмечено постепенное увеличение расширения с возрастанием градиента скорости, при этом максимума на кривой не обнаружено (рис. 50). Уве­личение угла наклона кривой для полипропилена авторы объяс­няют большим по сравнению с другими полимерами проявле­нием эластичности при течении полипропилена. Кривая для полиэтилена высокого давления не характерна, так как она от­носится к полимеру с низким молекулярным весом. Полиэти­лен высокого давления обладает меньшей текучестью, чем по­липропилен, и для него эффект расширения должен быть выра­жен более заметно.

Давление или напряжение сдвига в канале. Расширение струи возрастает с увеличением напряжения едва -

га, причем наиболее заметно влияние напряжения сдвига ска­зывается в области низких значений напряжений сдвига. Сте­пень расширения струи при возрастании напряжения сдвига про­ходит через максимум (рис. 51). Начало разрушения расплава и искажение экструдата соответствуют появлению максимума на кривых течения.

Рис. 50. Влияние скорости Рис. 51. Зависимость степени расши-

сдвиги на расширение струи: рения струи от напряжения сдвига

1—полипропилен, температура 200 "С для полиэтилена

{молекулярный вес 300 ООО)', 2—полиэти­лен высокого давления, температура 160 °С (молекулярный вес 18 000).

Длина канала или продолжительность пре­бывания расплава в канале. По данным Забицко - го52, с увеличением длины канала или, что то же самое, про­должительности пребывания расплава в канале максимальное расширение струи уменьшается. Однако Клегом66 было пока­зано, что при низких скоростях потока расширение не зависит от длины мундштука, и только большие скорости сдвига вы­зывают эффект, наблюдаемый Забицким и другими авторами. Кастой67 установлена линейная зависимость lg(Qmax—Qmin) = =f(t) для медноаммиачных растворов, что указывает на ре­лаксационный механизм этого явления. Для расплавов по­добная закономерность не соблюдается.

Температура расплавов. Температура оказывает большое влияние на расширение струи. С понижением темпе­ратуры происходит резкое увеличение диаметра струи в зоне расширения. При высоких температурах формования такое

9—10С6
явление не наблюдается. Влияние температуры связано с из­менением вязкости и релаксационных свойств расплава. Уве­личение вязкости расплава вызывает увеличение Q. Поэтому все факторы, определяющие вязкость расплава, влияют на расши­рение струи.

С повышением молекулярного веса полимера этот эффект проявляется в большей степени.

Диаметр отверстий фильер. По данным Н. В. Ми­хайлова и сотр.68, зона расширения зависит от диаметра от­верстия фильеры. При малых диаметрах отверстий фильеры (0,25—0,50 мм) максимальный диаметр струи достигает дву­кратной величины по сравнению с диаметром отверстий филь­еры.

Для фильеры с большим диаметром (1,0—1,5 мм) расши­рение гораздо меньше, но все же диаметр струи в 1,2 раза боль­ше диаметра отверстия фильеры.

Расширение струи при формовании относится к нежела­тельным явлениям. В случае расширения создается неустой­чивый поток расплава и может нарушаться стабильность про­цесса формования. При максимальном расширении возможно растекание расплава, приводящее к появлению наплывов, по­лучению волокна искаженной формы или, наконец, к обрыву формующегося волокна. Поэтому необходимо, чтобы при фор­мовании расширение струи было минимальным.

Важнейшими причинами расширения струи могут быть:

а) перестройка потока скоростей (превращение параболи­ческого потока в плоский) при выходе из фильеры51-69;

б) дезориентация макромолекул или движущихся частиц на выходе из канала фильеры67;-

в) релаксация напряжений, возникающих при входе в ка­пилляр и не успевших реализоваться при течении расплава по каналу фильеры51;

г) возникновение нормальных напряжений (эффект Вейс­сенберга) вследствие проявления присущих расплавам вязко­эластических свойств71;

д) поверхностные явления, связанные с адгезией распла­ва к материалу фильеры.

При формовании волокон из расплава полимеров на рас­ширение струи, видимо, большое влияние оказывают релак­сационные процессы и возникающие нормальные напряже­ния. Этот вывод в известной мере подтверждается тем, что такие факторы, как повышение температуры, удлинение ка­нала, уменьшение вязкости, благоприятствуют завершению процессов релаксации в канале фильеры и способствуют умень­шению расширения струи.