Научные основы создания пенопластов второго поколения (стр. 10 )

На рис. 2 и 3 представлены зависимости относительной вязкости h/h' от температуры и от давления в камере вискозиметра на примере бикарбоната аммония в качестве газообразователя.

Расхождение экспериментальных и расчетных данных при пониженных температурах и особенно при малых давлениях в камере вискозиметра связано, по нашему мнению, с тем, что не весь объем газа участвует в образовании дополнительного свободного объема. Доля газа, не участвующая в образовании дополнительного свободного объема, возрастает при снижении температуры или давления. Несовпадение расчетных и экспериментальных данных при высоких давлениях и температурах в случае АБН связано, по нашему мнению, со следующим фактом.

Таблица 2

Расчетные параметры для определения относительной

вязкости полистирольных композиций

Количество газообразователя мас. ч. на 100 мас. ч. ПС	Давление в экструзионной камере, МПа	Значение параметров, м3/кг
Vg	Vf
Азоизобути-ронитрил	2,0 4,0 4,0 4,0 5,0	4,0 4,0 5,02 0,78 4,0	246,0 491,6 195,8 1260,4 615,0	201,15 203,12 191,0 204,69 204,58
Бикарбонат аммония	0,25 0,50 1,00 1,00 1,00	4,01 4,0 4,0 5,02 0,78	124,5 249,0 498,0 198,0 1275,1	201,55 202,18 203,27 190,06 209,02

Таблица 3

Рассчитанные и экспериментальные значения относительной

вязкости расплава полистирола в присутствии газообразователей

Количество газообразователя мас. ч. на 100 мас. ч. ПС	Напряжение сдвига, τ·104	Относительная вязкость h/h¢
расчетная	экспериментальная
Азоизобутиронитрил	0 2,0 4,0 5,0 4,0 4,0	10 10 10 10 25,4 3,98	1 1,06 2,45 4,28 1,58 4,47	1 2,24 7,94 22,1 11,2 5,24

Окончание табл. 3.

Количество газообразователя мас. ч. на 100 мас. ч. ПС	Напряжение сдвига, τ·104	Относительная вязкость h/h¢
расчетная	экспериментальная
Бикарбонат аммония	0,25 0,50 1,00 1,00 1,00	10 10 10 25,1 3,98	1,25 1,63 2,32 1,028 24,0	1,20 1,64 2,24 1,07 3,16

Т, оС Рис. 2. Зависимость относительной вязкости h/h¢ от температуры: 1 – расчетные данные; 2 – экспериментальные данные

2

1

h/h¢

Как видно, уравнение Дулитла дает хорошую сходимость экспериментальных и расчетных данных в случае бикарбоната аммония, кроме случая минимального напряжения сдвига, и заниженные значения в случае АБН.

Бикарбонат аммония в процессе эксперимента полностью разлагается на газообразные продукты – аммиак, углекислый газ и воду. При разложении АБН, как показал гравиметрический анализ, образуется 17,5 % газообразных продуктов, а остальные 82,5 % – негазообразные продукты разложения, в основном динитрил изомасляной кислоты.

1

h/h¢

2

 

Нами было показано, что эти негазообразные продукты разложения оказывают определенное влияние на вязкость расплавов полимеров. Используя кривые течения композиций на основе полистирола и негазообразных продуктов разложения АБН, построена зависимость вязкости расплава полистирола от концентрации негазообразных продуктов разложения АБН (рис. 4).

Если при расчете по уравнению Дулитла за значения исходной вязкости брать значения вязкости расплава полистирола, содержащего соответствующее количество продуктов разложения АБН, то изменения вязкости будут достаточно точно описываться этим уравнением (табл. 4).

Таким образом, можно сделать вывод, что введение газа в расплав полимера приводит к снижению вязкости за счет увеличения свободного объема системы расплав полимера - газ. Это снижение вязкости хорошо описывается уравнением Дулитла во всем исследуемом интервале температур и при давлении более 3 МПа.

lg h, Па·с

 

Все кривые течения в исследуемом интервале скоростей и напряжений сдвига с достаточной точностью могут быть описаны степенным уравнением Оствальда де Вила

t = mgn, (7)

где t - напряжение сдвига; g - эффективная скорость сдвига; n – степень неньютоновского поведения полимера; m – мера консистенции жидкости.

Таблица 4

Значения относительной вязкости системы расплав

полистирола – азоизобутиронитрил

Количество АБН, мас. ч.	Вязкость системы, lgПа . с	Относительная вязкость h/h¢
Газообразные продукты удалены	Газообразные продукты не удалены	расчетная	экспериментальная
0,0 2,0 4,0 5,0	4,15 3,84 3,60 3,47	4,15 3,80 3,20 2,85	1,00 1,06 2,45 4,28	1,00 1,09 2,51 4,16

Значения констант степенного уравнения, рассчитанные по экспериментальным кривым течения, представлены в табл. 5.

Таблица 5

Константы степенного уравнения

Количество газообразователя, мас. ч.	Температура, оС	n	lg m	1/n
0 0 0 0 Азоизобутиронитрил 2 2 2 2 5 5 5 5 Бикарбонат аммония 0,25 0,5 1,0 1,0 1,0 1,0	180 200 220 240 180 200 220 240 180 200 220 240 200 200 200 210 190 180	0,450 0,455 0,456 0,459 0,441 0,445 0,445 0,450 0,409 0,413 0,416 0,422 0,502 0,540 0,562 0,545 0,645 0,696	4,85 4,63 4,30 3,99 4,66 4,47 4,19 3,94 4,20 4,11 4,00 3,90 4,53 4,42 4,32 3,91 4,55 4,80	2,21 2,20 2,19 2,18 2,27 2,25 2,25 2,21 2,45 2,43 2,41 2,37 1,99 1,85 1,78 1,84 1,55 1,44

Уравнение (7) достаточно хорошо описывает поведение многих полимерных систем в интервале величин напряжений и скоростей сдвига, имеющих наибольшее значение в технологии. Оно удобно вследствие простоты графического определения индекса течения при представлении опытных данных в двойных логарифметических координатах.

Основной недостаток этого уравнения связан с невозможностью использовать его для нахождения наибольшей ньютоновской вязкости h0. Как известно [95], величина начальной вязкости имеет огромное значение для характеристики свойств полимерных систем.

Значение наибольшей ньютоновской вязкости может быть определено экспериментально путем достижения некоторой области достаточно малых t и g, при которых вязкость постоянна и равна своему предельному значению – начальной вязкости. На практике часто используют метод экстраполяции зависимости h(t) к значению h ® 0. Значения наибольшей ньютоновской вязкости h0, рассчитанные по этому методу, представ - лены в табл. 6.

Таблица 6

Зависимость наибольшей ньютоновской вязкости h0

полистирольных композиций в присутствии газообразователей

Количество газообразователя, мас. ч.	h0 при Т оС, lg Па. с
180	200	220	240
Азоизобутиронитрил 0,0 2,0 5,0 Бикарбонат аммония 0,25 0,50 1,00	5,35 4,95 3,72 - - 5,0	4,90 4,35 3,55 4,55 4,35 4,30	4,15 3,80 3,25 - - 3,76	3,50 3,30 3,10 - - 3,41

На технологические свойства газонаполненных систем и на качество пеноизделий заметно влияет характер зависимости вязкости от температуры. Как было показано, связь вязкости со свободным объемом может быть выражена уравнением Дулитла (2). Но для явного введения температуры в формулу (2) М. Вильямс, Р. Лэндел и Дж. Ферри предложили использовать простую форму температурной зависимости свободного объема (уравнение (4)). Аналогичное уравнение описывает зависимость изменения удель-