Ротационная вискозиметрия n При определении реологических свойств полимеров

Ротационная вискозиметрия n При определении реологических свойств полимеров с использованием метода ротационной вискозометрии образец материала подвергается круговому сдвигу с постоянной скоростью в тонком кольцевом слое. Вращающий момент, возникающий в образце, пропорционален вязкости полимера. В этих приборах сдвиговые деформации испытуемого материаля, находящегося под давлением в закрытой цилиндрической камере (форме), вызываются вращением цилиндрического диска (ротора), помещенного в центре образца.

n При испытании, согласно ГОСТ 10722 -84, на дисковом ротационном вискозиметре определяют зависимости вращающего момента от времени (М = f(t)). При стандартных размерах испытательной камеры и ротора: 2 R = 38, 1 мм; h= 5, 54 мм, 2 RO = 2(R + b) = 50, 93 мм, (2 a + h) = 10, 6 мм, со = 2 об/мин (рис. 5) результаты испытаний выражают в единицах вязкости по Муни, За единицу вязкости Муни принят момент сопротивления сдвигу M, равный 0, 083 Н*м. Скорость сдвига материала при этих условиях составляет около 1, 5 с-1. n n Рис. 5. Схема к расчету вязкости на сдвиговом дисковом визкозиметре: 1 - ротор; 2 - зазор с испытуемым материалом; 3 — статор; R - радиус ротора; h - высота ротора; а и Ь верхний и боковой зазоры; со - угловая скорость вращения ротора

ВИСКОЗИМЕТРЫ МУНИ n n Рис. 2. Принципиальная схема вискозиметра: А — ротор; В - матрица; С - преобразователь; D калибровочный груз; Е — двигатель и короб ка передач; F- подшипник; G - нагреватель Вискозиметр Муни - это ротационный вискозиметр дискового типа , работающий в режиме постоянной скорости сдвига и позволяющий определить вязкость материала, величина которой изменяется от 106 до 1010 пуаз. Общий вид вискозиметров Муни нового поколения представлен на схема ( рис. 2)

n Испытательная камера прибора состоит из двух обогреваемых цилиндрических полуформ, закрепленных соответственно в двух плоскопараллельных плитах, и ротора, представляющего собой стержень с дисковой головкой (рис. 3). n n n Рис. 3. Испытательная камера вискози метра. Муни: 1 - верхняя цилиндрическая полуформа; 2 - дисковая головка ротора; 3 - нижняя цилиндрическая форма; 4 - стержень ротора; 5 - испытуемый образец каучука или резиновой смеси

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЯЗКОСТЬ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ n Основными внешними факторами, влияющими на вязкость резиновых смесей, являются температура и скорость сдвига, которые при переработке каучуков и резиновых смесей в условиях производства могут меняться в широких пределах. При проведении экспериментов на вискозиметре Муни температурный режим обычно варьируется в интервале 100 -150°С. С ростом температуры так же, как и при увеличении скорости сдвига, вязкость эластомеров и резиновых смесей заметно снижается

Зависимость вязкости от молекулярной массы и структуры эластомера n Большое влияние на показатели вязкости оказывает природа испытуемого эластомера и его молекулярные характеристики: молекулярная масса, молекулярно-массовое распределение, наличие количества геля, способность к пластификации. Вязкость полимеров зависит также и от таких особенностей строения макромолекул, как их разветвленность и микротактичность. Как правило, разветвленность снижает вязкость при той же молекулярной массе полимера, если только длина боковых ответвлений несопоставима с длиной основной цепи. При нарушении регулярности строения цепи наблюдается повышение вязкости полимеров

Влияние активных наполнителей (технического углерода) и пластификаторов на вязкость резиновых смесей n n Дозировки и тип технического углерода (ТУ) оказывают значительное влияние на рост вязкости резиновых смесей. Существенное влияние на рост вязкости смесей оказывает структурность ТУ. Чем больше его структурность, тем выше вязкость резиновой смеси. При этом структурный ТУ заметно уменьшает эластичность смеси, о чем свидетельствует снижение разбухания смеси по выходе из мундштука шприц-машины (экструдера). Пластификаторы подразделяются на две группы: хорошо совместимые с каучуком и понижающие температуру стеклования; и облегчающие переработку и снижающие вязкость -мягчители. С увеличением дозировки обоих типов пластификаторов вязкость резиновых смесей постоянно снижается.

РЕЛАКСАЦИОННЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ СВОЙСТВ ЭЛАСТОМЕРОВ И ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ Характерная кривая релаксации напряжения показана на рис. 4. Она описывается уравнением n М= ktа n где М - вязкость Муни; k - параметр, характеризующий "жесткость" образца; t - время спада напряжения; а - константа скорости релаксации. n Выразив это уравнение в логарифмической форме, из графика зависимости lg. M = f(t) по тангенсу угла наклона прямой определяют константу скорости релаксации (рис. 5). n n Рис. 4. Характерная кривая релаксации напряжения, полученная на вискозиметре Муни n Рис. 5. Логарифмическое выражение кривой спада напряжения

Реологические характеристики бутадиен-нитрильных n n каучуков Современные вискозиметры (модель MV 2000 и другие), снабженные компьютером, позволяют автоматически определять значение k и а. В таблице в качестве примера приведены значения k и а для бутадиеннитрильных каучуков, содержащих различное количество акрилонитрила (Kryrak 34 -84 и Krynak К 827), а также бутадиенстирольных каучуков, содержащих 37, 5% в одном случае нафтенового (SBR 1707), в другом - ароматического масла (SBR 1712) Полимер Krynak 34 -84 Krynak К 827 SBRI 707 SBR 1712 ML(1+4) 45, 5 44, 6 62, 6 48, 1 k 26, 83 23, 70 41, 85 31, 62 а -0, 649 -0, 560 -0, 331 -0, 442

Заключение n Испытания на вискозиметре Муни, несмотря на высокую информативность, не дают исчерпывающих сведений о том, как поведет себя каучук в реальных условиях производственных процессов. Так, например, измерение вязкости по Муни вряд ли может дать полное представление о разбухании экструдата, даже если сравниваются смеси на основе одного и того же полимера. И все же, пользуясь известным выражением Г. Бристоу, можно сказать: "Зная об очевидных ограничениях метода определения вязкости по Муни, можно лишь удивляться тому, что такой простой однопараметровый метод так долго и столь хорошо служил и служит промышленности" Применение релаксационного метода значительно расширяет возможность исследователей и технологов-практиков в оценке структурных особенностей полимерных материалов, а также стабильности свойств серийно выпускаемых эластомеров.