Рис. 7 слева: Полимерный расплав, вытекающий из отверстия, увеличивается в диаметре;справа: Эффект срыва потока Следующее интересное свойство — эффект Барруса, или эффект разбухания расплава. Струя обычной ньютоновской воды, вытекающей из крана, сужается по нормальным гидродинамическим законам. Если же продавливать через отверстие полимерную жидкость (например, при получении тех же волокон, листов, пленок и т. п.), вытекающий расплав сразу на выходе увеличивается в поперечнике в два, три или более раз (рис. 7 слева). Как и при вытягивании волокон, клубки молекул полимера растягиваются, а потом стремятся сократиться — при этом дополнительно давят на стенки канала. Когда расплав выходит из отверстия, то молекулы сворачиваются и полимерный расплав (полимерщики называют его «экструда-том») разбухает. Чем больше этот эффект, а он увеличивается, например, при снижении температуры расплава, тем сильнее будет отличаться размер изготавливаемого изделия от размера отверстия. Если увеличивать скорость течения полимерного расплава в канале до очень больших значений, то движущиеся вблизи стенки слои полимера, как и при ударе, могут потерять способность течь и, «отвердев», начнут скользить по стенке. Через некоторое время нормальное течение восстанавливается — и вновь нарушается. В результате поверхность выходящего из отверстия расплава становится неровной (рис. 7 справа). Если постараться, то можно получить замечательные винтообразные образцы с различным шагом витка. Этот эффект называют эффектом срыва потока. Красиво, но сильно мешает работать с расплавами при больших скоростях, поскольку ограничивает производительность технологических процессов. 
Рис. 8 слева: Расплав полимера поднимается вверх по внутреннему цилиндру; справа: Дисковый эффект На первый взгляд совершенно непонятен эффект Вайсенберга, имеющий массу модификаций. Все знают, что происходит, если мешать ложечкой чай в стакане. Вращающаяся жидкость за счет центробежной силы отбрасывается к стенкам и образует воронку. Совсем не так ведет себя полимерный расплав. Если его поместить в зазор между двумя цилиндрами и начать вращать внутренний, то расплав будет постепенно собираться у вращающегося цилиндра, поднимаясь вверх (рис. 8 слева). Одновременно он и этот цилиндр стремится вытолкнуть вверх. Причина опять же в изменении структуры расплава. Часть его вращается вместе с внутренним цилиндром, и полимерные молекулы вытягиваются, как бы наматываясь на него. Но они стремятся свернуться обратно в клубок, поэтому появляется усилие, направленное вверх. Может показаться, что этот интересный эффект не имеет никакого практического значения. Однако он определил конструкцию машин для переработки полимеров, которые называют дисковыми экструдерами. Если поместить полимерный расплав в зазор между двумя дисками, один из которых быстро вращается, то полимер по указанным выше причинам соберется в центральной части зазора (рис. 8 справа). При этом возникнет давление, стремящееся раздвинуть диски. Чем больше скорость вращения, тем больше давление, поэтому если в центре неподвижного диска проделать отверстие, то через него будет выдавливаться расплав. Получится особый экструдер, с помощью которого из полимеров формуют трубы, листы и другие непрерывные изделия. Наши примеры не описывают все особенности полимеров, однако дают понять, насколько это сложные вещества. Полимеры часто ведут себя как капризные живые объекты. С точки зрения технолога, от всех этих аномалий поведения больше вреда, чем пользы. Обычные и, казалось бы, простые инженерные задачи по расчету течения расплавов в каналах, заполнения форм, получения изделий нужных размеров и форм превращаются в трудные, хотя и интересные исследования, зачастую с плохо предсказуемым практическим результатом. До сих пор существует много непонятного в поведении полимеров, не все их тайны раскрыты. Есть что исследовать, и есть что открывать. Доктор технических наук, профессор А.В.Марков, МИТХТ им. М.В.Ломоносова Источник: www.nanonewsnet.ru |
