Показанное влияние характера деформирования (условий нагружения — скорости, температуры, длительности и т. д.) на механизм разрушения полимеров приводит к тому, что по имею­щимся показателям прочностных и деформационных свойств, установленных в определенных условиях нагружения, очень сложно прогнозировать поведение материала в других условиях.

Для сравнительной оценки различных материалов разрабо­тана система стандартных показателей механических свойств полимеров. При низких скоростях нагружения в стандартных ус­ловиях определяют кратковременный модуль упругости, твер­дость, коэффициент Пуассона, предел текучести, предел прочно­
сти при растяжении и относительное удлинение при разрыве. При высокоскоростных нагрузках определяют удельную ударную вязкость, температуру хрупкости. Стандарты ведущих стран на методы определения важнейших механических показателей по­лимерных материалов приведены в табл. 4.5 [48, Т. 1].

Кратковременным модулем упругости называют отноше­ние напряжения при растяжении о к соответствующему отно­сительному удлинению в пределах пропорциональности между напряжением и деформацией. Его определяют как начальный модуль Е0 по углу наклона касательной, проведенной из начала координат к кривой а-е, полученной в стандартных условиях.

Модулем упругости при изгибе Е^ называют отношение на­пряжения при изгибе к соответствующей деформации в преде­лах пропорциональности между напряжением и деформацией.

Твердость характеризует устойчивость материала к дефор­мации внедрения других тел. При одинаковой принципиальной схеме многочисленные методы определения твердости пласт­масс различаются по значениям нагрузки, глубины внедрения, времени приложения нагрузки и форме внедряемого индентора.

+ К.

(4.37)

Где Р — усилие, прикладываемое к шарику; D — диаметр ша­рика; d — диаметр отпечатка; h— глубина отпечатка; К— тем­пературная поправка.

В России и в большинстве Европейских стран стандартизо­вано определение твердости по Бринеллю путем вдавливания стального шарика в материал. Твердость по Бринеллю [НВ) вы­ражается отношением приложенной нагрузки к площади сфе­рической поверхности отпечатка. Испытания проводят шари­ком из закаленной стали с полированной поверхностью. Стан­дартные диаметры шариков — 2,5; 5; 10 мм. В режиме задан­ной нагрузки до 50 кгс (для материалов, имеющих твердость до 20 кгс/мм2) или до 250 кгс (для более твердых материалов) производится выдержка в течение 60 с. После снятия нагруз­ки измеряется диаметр отпечатка с помощью микроскопа и вычисляется твердость НВ по формуле

Таблица 4.5

Стандарты на методы определения важнейших механических показателей полимерных материалов

Показатель	ГОСТ (Россия)	ASTM (США)	DIN (Германия)
Прочность и деформируемость при
Растяжении для материалов
Листовых и формовочных	11262-68	D638, D882	53455
Пленочных	14236-69	D1923	—
Прочность и деформируемость
При сжатии	4651-68	D695, D1621	53454
При изгибе	4648-71	D790	53452
При срезе	17302-71	D732	—
Модуль упругости
При растяжении, сжатии или изгибе	9550-71	D638, D747, D790	53455
При сдвиге (динамический, статический)		D2236
Твердость по Бринеллю
При заданной нагрузке	4670-77	—	53456
При заданной глубине	13323-77	—	—
Твердость по Роквеллу	—	D785	—
Твердость по Шору	—	D2240	—
Ударная вязкость
По Шарли	4647-80	D256	53453
По Динстату	14235-69	—	53453
По Шору	—	D256	—
При растяжении	—	D1822	53448
При ударе падающим шариком (для пленок и листов)		D1709
Теплостойкость
По Мартенсу	15089-69	—	53458
По Вика	15065-69, 15088-69	D1525	53460
No ASTM	12021-66	D648	53461
Температура хрупкости при изгибе	16782- 71, 16783- 71	D746	—
Ползучесть	—	D674	—
Из но состойкость	11012-69	D1044,	53516
По закрепленному абразиву		D1242
Коэффициент трения по стали	11629-65	D1894	—

Условия проведения испытаний обозначаются в таком по­рядке: диаметр шарика (мм), нагрузка (кгс), выдержка (с). На­пример: НВ (2,5/62,5/30); НВ (5/250/60).

При определении твердости по Роквеллу также вдавливают стальной шарик в материал. Сначала осуществляют предва­рительную нагрузку силой 10 кгс, а затем — основную нагрузку 60 кгс с шариками диаметрами 12,7 или 6,35 мм (шкалы при­бора R и D соответственно) либо 40 кгс с шариками диаметра­ми 6,35 или 3,17 мм (шкалы прибора М и Е соответственно). Твердость оценивают прямо по шкале прибора как разность между числом 150 и числом делений шкалы (цена деления 0,002 мм), показывающей глубину внедрения шарика.

Твердость по Шору определяют с помощью прибора, в кото­ром индентором является затупленная игла, имеющая форму усеченного конуса. Игла вдавливается в материал под действи­ем силы, создаваемой стандартной пружиной. Твердость опре­деляют по условной шкале прибора (из 90 делений), показыва­ющей глубину проникновения иглы в материал.

Коэффициентом Пуассона называют отношение попереч­ной деформации епоп (сжатие) к продольной деформации епрод (удлинение) при растяжении образцов в пределах пропорцио­нальности между напряжением и деформацией: ц = Епоп/^род-

Теплостойкость является важнейшей теплофизической характеристикой полимеров, позволяющей определить диапа­зон их работоспособности. Теплостойкость характеризует спо­собность пластмасс сохранять свои механические свойства при непрерывном повышении температуры. Она выражается значением температуры, при которой под действием задан­ной нагрузки деформация достигает определенного значения.

Наиболее распространены методы определения теплостой­кости по Мартенсу (Тм), по Вика (Тв), по ASTM.

Метод определения теплостойкости по Мартенсу приме­ним для наиболее жестких и теплостойких материалов. Он заключается в установлении температуры, при которой сво­бодный конец образца длиной 120 мм, шириной 15 мм и тол­щиной 10 мм перемещается на 6 мм в условиях консольного изгиба при напряжении около 5 МПа.

Метод определения теплостойкости по Вика основан на ус­тановлении температуры, при которой цилиндрический ин — дентор сечением 1 мм2 или полусферический индентор с диа­метром сферического сегмента 1.13 мм под действием нагрузки 1 кгс или 5 кгс вдавится в образец на глубину 1 мм. Этот метод применим главным образом для пластмасс, состоящих из элас­тичных малонаполненных полимеров. Для пластмасс, содержа­щих более 30% наполнителя, и для армированных композици­онных материалов использовать такую методику нельзя.

Теплостойкость по ASTM определяют путем непрерывного нагрева со скоростью 2 град/мин образца с размерами, анало­гичными размерам образцов при определении теплостойкости по Мартенсу. К образцу, помещенному на две опоры, располо­женные друг от друга на расстоянии 100 мм, посередине при­ложена изгибающая нагрузка. Она выбирается в зависимости от структуры и морфологии полимера из расчета обеспечения четырех значений изгибающих напряжений: 0,45; 1,81; 4,9; 7,4 МПа. Температуру, при которой происходит прогиб образца на 0,33 мм, считают температурой размягчения при изгибе.

Пределом прочности при растяжении называют отноше­ние нагрузки, при которой происходит разрущение образца, к начальной площади его поперечного сечения.

Разрушающую нагрузку и соответствующее относительное удлинение при разрыве определяют в процессе статического растяжения образцов на разрывной машине со скоростью 5,25 или 50 мм/мин.

Определение удельной ударной вязкости основано на из­мерении количества работы, затраченной на разрушение об­разца при испытании его на изгиб ударной, однократно при­ложенной нагрузки. В качестве оборудования используют ма­ятниковый копер. Скорость движения маятника в момент уда­ра составляет от 2 до 4 м/с.

Испытание по Шарпи заключается в ударном изгибе образ­ца, свободно лежащего на двух опорах, ударом молота посере­дине образца.

Испытание ПоДинстату состоит в ударе молотом по плас­тине размером 10×15 мм толщиной 1,5-4,5 мм вдоль линии ее закрепления в зажиме. При этом происходит ударное растяже­ние образцов, не разрушающихся при изгибе.

При испытании по Изоду осуществляют ударный изгиб кон — сольно закрепленного образца с надрезом.

Хрупкость характеризует способность материала разру­шаться под действием нагрузки без существенной деформа­ции. Под температурой хрупкости понимают температуру, при которой материал начинает разрушаться, не достигнув заданной деформации.

Стандартные значения модуля упругости при растяжении, удельной жесткости, твердости и теплостойкости для трех групп термопластичных полимеров приведены в табл. 4.6.

Аморфные и низкокристаллические полимеры группы I имеют высокие и довольно близкие значения модуля упругос­ти и твердости. По мере приближения к Тс модуль упругости по­лимеров этой группы плавно снижается, поэтому показатели их теплостойкости довольно близки к Тс.

Значения модуля упругости и твердости у полимеров груп­пы III характеризуются как большим разбросом для одного и того же типа полимера, так и большим различием у полимеров разной природы. Это объясняется существенно разной степе­нью кристалличности. Показатели теплостойкости этих поли­меров приближаются к их Т^.

Полимеры группы II средней степени кристалличности имеют Тс аморфной фазы, незначительно отличающуюся от комнатной температуры. Поэтому они характеризуются высо­кой чувствительностью к незначительным колебаниям темпе­ратуры и к изменению степени кристалличности. Такая осо­бенность приводит к большим различиям в показателях моду­ля упругости и твердости как для полимеров одного типа, так и для полимеров разной природы.

Стандартные показатели прочности термопластичных по­лимеров приведены в табл. 4.7.

Наиболее высокими значениями ар и ат обладают полиме­ры группы I. Эти показатели последовательно уменьшаются для полимеров групп II и III. Самые большие значения ер харак­терны для полимеров группы III и последовательно уменьша­ются для полимеров групп II и I.

Таблица 4.6

Стандартные значения кратковременного модуля упругости, удельной жесткости, твердости и теплостойкости термопластичных полимеров [14; 18; 35; 38; 48, Т. 1, Т. 2]

Груп­па		Краткое ре мен-	Удельная	Твердость	Теплостойкость, ‘С
Полимер	Ныи модуль упругости при 20-С, 102 МПа	» « Жесткость	* » » По Бринеллю,	По Мар-	По Вика	По ASTM
	Е/р, 104м	Кгс/мм2	Тенсу (Тм)	<7в>	Т 4,6	Т 18,6
I	Полистирол	28-35	27-33	14-16	75-85	85-100	90-100	70-100
	Полимегилметакрилат	30-35	26-27	13-14	80-90	90-110	90-100	65-90
	Поливинилхлорид	30-40	21-28	13-16	60-70	70-90	70-80	55-65
	Полифениленоксид	25-27	24-26	16-17	185-190	190-220	190-210	190-193
	Полисульфон	22-27	20-22	15-17	—	—	—	170-175
	Поликарбонат	22-26	20-22	15-16	120-140	—	130-135	110-130
	Поли ари лат	26-30	25-26	13-14	—	210	—	—
	Фенилон	35-40	27-31	—	—	260-270	—	—
II	Поли метилпентен	10-11	12-13	—	—	180	—	—
	Полифто рхло рэтил ен	10-16	5-8	—	—	—	—	160-170
	Пенгапласт	12-13	9-11	—	—	160-170	—	80-100
	Полиамид 6	18-23	16-20	10-12	50-60	190-200	150-160	150-155
	Полиамид 6,6	10-31	9-27	—	—	—	—	75
III	По/и этилен:
	Низкой плотности	1,5-2,5	1,6-2,8	1,4-2,5	—	85-90	50-60	45-50
	Высокой плотности	5,5-12	5,8-12	4,5-6,0	—	125-130	75-90	45-50
	Полипропилен	7-12	8-13	6-7	85-100	145-150	130-140	60-70
	По/*1бутен-1	2-3,3	2,5-4	—	—	113	—	—
	Политетрафторэтилен	5-9	2,5-4	3-4	—	110-120	120-140	110-120
	Полиформальдегид	26-35	20-25	16-17	120	160	150-170	110-125

Таблица 4.7

Стандартные значения прочности термопластичных полимеров при 20*С

[14; 18; 35; 38; 48, Т. 1, Т. 2]

Груп­па		Разрушающее напряжение, МПа	Предел текучести при растяжении (от), МПа	Относительное
Полимер	При растяжении <°р>	При сжатии <°сж>	При изгибе К»	Удлинение при разрыве (ер), %
1	Полистирол	30-56	80-110	55-105	—	1.5-2,4
	Пол иметил мета кри лат	45-85	70-120	60-110	40-60	2-5
	Поливинилхлор ид	40-60	80-160	80-120	35-56	10-15
	Пол ифе н ил ен о кс ид	60-84	105-115	100-125	70-80	20-100
	Полисульфон	55-80	100-110	108-120	70-80	10-100
	Поликарбонат	50-75	80-120	80-110	56-63	60-100
	Поли ар и лат	80-90	—	—	—	10
	Фенилон	80-120	—	—	—	15
II	Полиметилпенген	—-	—	—	28-32	15
	Полифторхлорэтилен	38-40	—	50-56	37-38	140
	Пенгапласг	42-46	—	—	—	28
	Полиамид 6	60-90	50-65	90-140	77-85	150-400
	Полиамид 6,6	70-92	110	—	49	40-280
III	Полиэтилен:
	Низкой плотности	12-16	—	12-17	9-10	500-700
	Вью окой плотности	23-40	21-28	20-25	22-26	400-800
	Полипропилен	25-40	35-56	50-56	15-25	200-800
	Полибуген-1	—-	—	—	27	350
	Политетрафто рзгил ен	14-25	5-15	11-14	7-10	250-500
	Полиформальдегид	65-70	35-50	80-110	50-75	15-40

Оформляющую полость пресс — формы, уплотняется и выдер­живается под давлением до полного отверждения. После окончания выдержки пресс — форму раскрывают и с помощью выталкивающего устройства изделие извлекают из формы.

Литьевое прессование отли­чается от компрессионного тем, что пресс-форма имеет загру­зочную камеру 8 со штоком 9 (рис. 4.10). Загрузочная камера соединена с формующей полос­тью пресс-формы литниковыми каналами. Предварительно по­догретый материал подают в нагретую до требуемой темпера­туры загрузочную камеру 8. Под действием штока 9 матери­ал через литниковые каналы под давлением 80-120 МПа по­ступает в оформляющую по­лость пресс-формы. При про­хождении материала через литниковые каналы происходит его дополнительный разогрев и гомогенизация. После запол­нения оформляющей полости в пресс-форме давление возрас­тает до 25-30 МПа и происходит уплотнение материала.

См

Рис. 4.10. Схема изготовления тары методом литьевого прессования: 1 — нижняя плита; 2 — матрица;

3 — воздушные каналы; 4 — изделие; 5 — верхняя плита; 6 — литниковые Каналы; 7 — пресс-остаток; 8 — загрузочная камера; 9 — шток; 10 — выталкиватель

Экструзия представляет собой непрерывный процесс фор­мования в экструдере изделий или полуфабрикатов неограни­ченной длины путем продавливания расплава полимера через формующую головку с каналами необходимого профиля. В эк­струдере происходит разогрев полимера до вязкотекучего со­стояния и продавливание его через формующую головку соот­ветствующей конструкции. Для получения изделия требуемого профиля выходящую из формующей головки заготовку охлаж­дают, калибруют и выполняют другие необходимые операции. В производстве тары экструзию часто совмещают с последую­
щим раздувом цилиндрической заготовки в специальной пресс-форме.

Из полимерных пленок и листов Тару производят методами термоформования, сварки и склеивания.

Технологический процесс термоформования включает опе­рации: подготовки заготовки требуемого размера; разогрева ли­ста или пленки до температуры высокоэластического состоя­ния полимера; приложения давления, обеспечивающего обле­гание листом или пленкой оформляющей поверхности формы; охлаждения отформованного изделия; съема его с формы и ме­ханической обработки до заданных размеров. В зависимости от метода приложения формующего давления различают следую­щие способы термоформования: механическое, вакуумное, пневматическое, гидравлическое, паровое и комбинированное.

Технологическая схема сварки состоит из последовательно­сти операций: подготовка свариваемых поверхностей (очистка от механических загрязнений, жиров, масел, оксидных пленок и т. п.); приведение поверхностей в контакт друг с другом; воздей­ствие на контактирующие поверхности давлением прижатия, нагреванием, растворителями, химическими реагентами и т. п.; охлаждение; механическая обработка (при необходимости).

Анализ технологических операций, общих для перечислен­ных процессов производства тары и упаковки, показывает, что к важнейшим технологическим свойствам пластмасс можно отнести их теплофизические и реологические свойства.

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА отражают поведение по­лимеров при воздействии температуры. Основными теплофи — зическими характеристиками полимеров являются теплопро­водность, температуропроводность, теплоемкость, тепловое расширение, теплостойкость, термостойкость, температуры хрупкости, стеклования, плавления и работоспособности.

Под теплопроводностью полимеров понимают способность переносить тепло от более нагретых элементов тела к менее нагретым. Количественной характеристикой теплопроводно­сти является коэффициент теплопроводности X. Он служит ко­эффициентом пропорциональности между плотностью потока тепла Q и градиентом температуры:

Q = — A grad Т. (4.38)

Коэффициент теплопроводности X характеризует количе­ство теплоты, которое проходит в 1 с через поверхность площа­дью 1 см2 при разности температур 1°С. Соотношение X в раз­личных системах следующее:

Дж

Вт М-К

= 418,68

Мс-К

Кал

= 418,68

Смсград

Методы определения теплопроводности основаны на реше­нии дифференциального уравнения, связывающего времен­ные и пространственные изменения температуры, обуслов­ленные тепловым потоком. В общем случае при отсутствии внутренних источников тепла уравнение теплопроводности имеет вид

(4.39)

Д Т д2Т д2Т

Где а—температуропроводность; t—время.

Темжратуропроводноспгъ охарактеризует скорость распрос­транения температуры под действием теплового потока в не­стационарных температурных условиях. Коэффициент темпе­ратуропроводности а определяется отношением коэффициен­та теплопроводности X к произведению удельной теплоемкости при постоянном давлении Ср и плотности тела р:

М2

(4.40)

Температуропроводность полимеров возрастает с повыше­нием их молекулярной массы, степени кристалличности и давления.

Теплоемкость полимеров С— количество теплоты, затрачи­ваемое для изменения температуры тела на 1°С:

Ср =

Эт

В СИ размерность С [Дж/(кг К)) или [Дж/(моль К)]. В пер­вом случае выражена удельная теплоемкость — отношение теплоемкости к единице количества вещества, а во втором слу­чае — молярная теплоемкость, когда количество вещества вы­ражено в молях. Часто удельную и молярную теплоемкость вы­ражают, соответственно, в [кал/(г °С)] и [кал/(моль °C)J. Теплоемкость при постоянном давлении Ср называют изо­барной, а при постоянном объеме Cv— изохорной:

(4.41) (4.42)

Си =

(4.43)

‘dU ЭТ

Где Ни U — энтальпия и внутренняя энергия соответственно. Значения Ср и Су связаны соотношением

Г г И X

Где (30 — температурный коэффициент объемного расширения; V— объем; % — коэффициент изотермического сжатия.

(4.44)

Учитывая, что энтропия системы dS = dQ/T, выражения (4.42) и (4.43) можно представить в виде

(4.45)

Ср=т

/

(4.46)

CU=T

Теплоемкость полимеров зависит от морфологии, физичес­кого состояния, давления и температуры. Установлен линей­ный характер зависимости Ср от температуры. Для твердых полимеров температурный коэффициент Э Ср/Э Т» 3 • 10"3, для

Расплавов Э Ср/д Т~ 1,2 • 10~3. Зная Српри температуре, напри­мер, 298 К, можно оценить Ср при других температурах.

Тепловое расширение полимеров характеризуется температур­ным коэффициентом линейного а и объемного Р0 расширения:

(д1_ ЭТ

1 А = — I

(4.47)

Где t — линейный размер тела в заданном направлении;

ЭУ ЭТ

(4.48)

В, 4

Температурный коэффициент (30 связан с другими характе­ристиками полимеров соотношением

(4.49)

Где у — константа полимера.

Температурные коэффициенты а и (30 зависят от морфоло­гии, физического состояния и ориентации полимеров. Для твердых изотропных полимеров р0 = За. Эти коэффициенты яв­ляются важными характеристиками при изготовлении высо­коточной и армированной тары из полимеров.

Значения рассмотренных теплофизических свойств основ­ных полимерных материалов, применяемых для производства тары и упаковки, приведены в табл. 5.2.

Под теплостойкостью полимеров понимают способность не изменять свою форму и геометрические размеры изготовлен­ных из них изделий. Характеристикой теплостойкости явля­ется температура, при которой в условиях воздействия посто­янной нагрузки деформация образца достигает заданной ве­личины. Для стеклообразных аморфных и аморфно-кристал — лических полимеров теплостойкость не может превышать тем­пературу стеклования Тс, а для кристаллизующихся полиме­ров — температуру плавления Т^.

Существуют следующие пути повышения теплостойкости полимеров:

Увеличение содержания в макромолекулах полярных групп и ароматических соединений;

Упорядочение надмолекулярной структуры путем ориента­ции макромолекул;

Повышение степени кристалличности;

Увеличение степени сшивания;

Введение термостойких наполнителей [37).

Термостойкостью полимеров называют способность сохра­нять неизменным химическое строение при повышении тем­пературы. Изменение химического строения полимеров при нагревании может быть связано с процессами деструкции и структурирования.

Деструкция полимеров — это процесс разрушения макромо­лекул, их химических связей, под действием тепла, света, кис­лорода, проникающей реакции, механических напряжений и других факторов [48, Т. 1].

Минимальная температура, при которой наблюдается про­цесс термического разрушения химических связей, называет­ся температурой начала термодеструкции полимера. При этой температуре нельзя перерабатывать полимеры в изделия. Тем более, что на материал одновременно воздействуют тепло, кислород и большие механические напряжения. Процесс дест­рукции полимеров сопровождается структурной неоднородно­стью, возникновением остаточных внутренних напряжений, снижением механических и эксплуатационных свойств, на­пример долговечности.

Плавлением полимеров называют процесс перехода из твер­дого агрегатного состояния в текучее без изменения химичес­кого состава и строения. Процесс плавления кристаллизую­щихся полимеров протекает в диапазоне между температура­ми плавления Тпл и текучести Тт.

У полимеров различают две температуры плавления — рав­новесную и экспериментальную Т^, которую обычно назы­вают просто температурой плавления.

Равновесная температура плавления соответствует точке фазового равновесия монокристаллов полимера и определяет­ся термодинамическим соотношением

То _^Ния

Где ДИм и ASju, — теплота и энтропия плавления соответствен­но.

Кристаллизация полимеров, в отличие от низкомолекуляр­ных веществ, проходит обычно не полностью. Кристалличес­кие образования различаются по форме, размерам и другим параметрам. Поэтому при нагревании полимеры плавятся в некотором интервале температур, иногда до десятков градусов. На практике верхнюю границу этого интервала принимают за экспериментальную температуру плавления Тпл, которая обычно ниже T^j примерно на 5-20 °С.

Зависимость Тпл от размеров кристаллов определяют соот­ношением

ПП _ ГрО I пл — 1пл

(4.51)

ДНпл

1_ 2стт

^НрРкр ^

Где ат — поверхностная энергия кристаллов; 1р и ркр — толщи­на и плотность кристаллов соответственно.

Температура плавления существенно зависит от степени полимеризации полимера:

J_____ 1 2 R

Т т° ~ А И X * (4.52)

Пл пл MruiAn

Где R — универсальная газовая постоянная; — среднечисло — вая степень полимеризации.

Для аморфно-кристаллических полимеров при увеличении давления уменьшается свободный объем, увеличивается меж­молекулярное взаимодействие и возрастает Т^:

Т о (Уам-Укр)(Р-1)

Пл пл—————- 777——— •—————- (4.53)

А^пл

Где V^ и VKp — удельные объемы аморфной и кристалличес­кой фаз; р — гидростатическое давление.

Числовые значения температур стеклования Тс, плавления Тпл и дополнительных релаксационных переходов термоплас­тичных полимеров, используемых для производства упаковки, приведены в табл. 4.3.

Формование тары и упаковки обычно осуществляют в диапа­зоне между Тс и температурой начала деструкции Тд. Чем шире интервал между этими температурами, тем больше выбор спосо­бов и условий формования. Выбор температурных условий фор­мования в этом интервале производится в каждом конкретном случае экспериментально с учетом особенностей материала, обо­рудования, технологической оснастки, конфигурации и других требований к таре. Температурные интервалы переработки ос­новных термопластичных полимеров приведены в табл. 4.8.

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА полимеров отражают особен­ности течения и деформации в состояниях, характеризуемых структурной вязкостью среды. В процессе получения распла­ва, его гомогенизации, при заполнении формы полимер под­вергается интенсивному воздействию высокой температуры и сдвиговых напряжений. Это воздействие происходит в услови-

Таблица 4.8

Температурные интервалы переработки основных термопластичных полимеров при производстве тары и упаковки

Груп­па	Полимер	Минима/ъная температура формования, ‘С	Температура начала деструк­ции (7^,’С	Интервал формования, V7-
I	Полистирол	90-110	310	220-200
Полиметилметакр и лат	100-115	280	180-165
Поливинилхло рид	70-90	170	100-80
Полифен иле нокс ид	267	320	53
Полисульфон	190	420	230
Поликарбонат	275	330	55
II	Поликапроамид	225	360	135
III	Полиэтилен	120-130	320	200-190
Полипропилен	170	300	130
Политетрафторэтилен	327	400	73

Ях контакта с кислородом воздуха и металлическими поверх­ностями формующего оборудования и оснастки.

Вязкое течение расплавов полимеров не подчиняется зако­ну Ньютона — прямой пропорциональности между напряже­нием сдвига т и скоростью сдвига v. Часто зависимость тот v выражают формулой

T = kva, (4.54)

Где к и п— константы, зависящие от природы полимера, моле­кулярного веса и температуры.

Сопротивление полимеров вязкому течению количественно характеризуют эффективной вязкостью т^:

Лэф=^. (4.55)

Наибольшее влияние на т]эф термопластичных полимеров оказывают их молекулярный вес и температура.

В интервале температур Тс < Т< Тс + 100 °С для аморфных полимеров справедливо соотношение

_Т1ТТ0_-С1(Т-Т0)

С2(т-т0у (4-56)

Где х]т— эффективная вязкость при температуре Т; riTo — эффективная вязкость при стандартной температуре Т0; С] и С2 — константы, зависящие от выбора Т0.

ПриТ0 = Тс С2 = 17,44; С2«51.6в

При Т0 = Тс — 50°С Ci-8,86; С^ 101,6.

В интервале температур Т> Тс + 100°С (Т> Ттек) для аморф­ных полимеров и Т> Тпл для кристаллических полимеров тем­пературная зависимость х]^ хорошо отражается экспоненци­альным уравнением, выведенным на основе активационной теории течения:

АЕ.

Т

Г1эф = Ае яг, (4.57)
где AQ — константа, зависящая от типа полимера; А Ер — энер­гия активации течения. Значения энергии активации тече­ния АЕт, найденные экспериментально для ряда полимеров (в ккал/моль), приведены ниже [38].

TOC o "1-3" h z Полистирол………………………………………………………………………… 22-23

Поливинилхлорид…………………………………………………………………… 35

Поликарбонат…………………………………………………………………………. 36

Полисульфон………………………………………………………………………….. 40

Полиэтилен

Низкой плотности……………………………………………………………… 12

Высокой плотности…………………………………………………………….. 7

Полипропилен………………………………………………………………………… 11

Экспериментально текучесть полимеров оценивают с помо­щью вискозиметров различных конструкций, главным образом капиллярных и ротационных. Стандартизован метод оценки текучести расплавов полимеров с помощью капиллярного вискози­метра (рис. 4.11) по показателю индекса расплава (ИР), иногда его называют показателем теку­чести расплава (И ГР).

Под индексом расплава ИР понимают массу полимера (в граммах), выдавливаемую че­рез стандартный капилляр при заданных температуре и перепа­де давления в течение 10 мин.

РИс. 4.11. Вискозиметр для измерения индекса расплава:

♦JvS щ Kv vK Ш

7

Условия определения ИР рег­ламентированы ГОСТ 11645-73. Стандартные размеры капил­ляра: длина (8,000 ± 0,025) мм; диаметр (2,095 ± 0,005) мм; внутренний диаметр цилиндра

1 — наружная изоляция; 2 — нагреватель; 3 — капилляр; 4 — цилиндр; 5 — поршень; 6 — изолирующая втулка; 7 — груз; 8 — отверстие для термопары

Вискозиметра (9,54 ± 0,016) мм. Рекомендуемые нагрузки 2,16; 5; 10 кгс; температуры испытаний кратны 10°С.

В США ИР определяют по ASTM D 1238-62Т, рекомендуемые нагрузки от 0,325 до 21,6 кгс, температуры — от 125 до 275°С. Наиболее часто ИР определяют при 190°С и нагрузке 2,16 кгс. В этих условиях напряжение сдвига на стенке капилляра со­ставляет 13,5-16 кН/м2.

Не М2

(4.58)

По значению ИР можно оценить эффективную вязкость рас­плава термопласта в условиях испытаний по формуле

Т1эф=0.5°р

ИР

Где G — нагрузка на поршень, Н; р — плотность расплава, кг/м3. Или по формуле

Лзф=5104^[П]. (4.59)

Где G и р выражены в кгс и г/см3 соответственно.

Для изготовления тары методами литья под давлением ис­пользуют термопластичные полимеры с ИР = (2-30) г/10 мин.

Из маловязких расплавов невозможно получить сплошную экструзионную заготовку в виде пленки, трубы, профиля. Для экструзии применяются материалы и режимы переработки, при которых ИР составляет (0,3-12) г/10 мин.

Области использования полимеров в упаковочной индуст­рии в зависимости от значения ИР приведены ниже.

Область упаковочной индустрии ИР, г/10 мин

Производство термоусадочных пленок…………………………………………………………………………………………………………… 0,4-0,2

Упаковка тяжелых грузов…………………………………………………………………………………………………………… 0,2-0,6

Изготовление пакетов…………………………………………………………………………………………………………… 0,6-2,0

Выпуск мешков для мусора…………………………………………………………………………………………………………… 0,8-2,0

Для ламинированных материалов…………………………………………………………………………………………………………… 0,8-3,0

Упаковка замороженных продуктов…………………………………………………………………………………………………………… 0,8-2,0

Тонкие пленки (толщиной до 15 мкм)…………………………………………………………………………………………………………… 3,0-6,0

Для медицинской промышленности…………………………………………………………………………………………………………… 2,0-4,0

Пленки бытового назначения…………………………………………………………………………………………………………… 2,0-3,0

Пленки с повышенной прозрачностью…………………………………………………………………………………………………………… 0,2-0,6

Упаковка строительных материалов…………………………………………………………………………………………………………… 0,2-0,6

Для сельского хозяйства…………………………………………………………………………………………………………… 0,2-0,4

Выпуск пленок плоскощелевым методом…………………………………………………………………………………………………………… 2,5-4,0

Производство тары литьем под давлением…………………………………………………………………………………………………………… 6,0-50

Выпуск рукавных пленок…………………………………………………………………………………………………………… 0,8-25

Производство тары из компаундов…………………………………………………………………………………………………………… 2,0-50

Производство вспененной тары…………………………………………………………………………………………………………… 0,6-60

Изготовление профильных элементов тары

Методом экструзии…………………………………………………………………………………………………………… 3,0-10

Изготовление экструзионных покрытий…………………………………………………………………………………………………………… 0,2-0,6

Пленки электротехнического назначения…………………………………………………………………………………………………………… 0,2-2,0

ТАРА И ЕЕ ПРОИЗВОДСТВО

Типы сварных соединений и швов

Основными типами сварных соединений полимерных пленочных материалов являются стыковое, нахлесточное, Т-образное и угловое. Помимо геометрической характерис­тики способа сопряжения поверхностей тип сварного соеди­нения характеризует и форма кромок соединяемых деталей. Кромки могут быть прямыми, с односторонним или двусто­ронним скосом. Сварные швы характеризуют способом выполнения сварки, технологическими и конструктивными особенностями: одно­сторонняя или двусторонняя сварка, наличие одной или двух […]

ТАРА И ЕЕ ПРОИЗВОДСТВО

Ефремовы. Ф. Двадцатый век характерен бурным развитием науки и тех­ники. Как следствие, во многих отраслях промышленности пе­риодически возникают новые профессии, о которых раньше было трудно даже предполагать. По уровню производства ко­нец XX столетия несопоставим с началом и даже с серединой столетия. Поэтому совершенно естественным являются требо­вания к подготовке инженеров новых специальностей. По сво­ей сути инженеры […]

Биговка

Биговкой называют предварительное нанесение на мате­риал линий сгибов (бигов) в виде выдавленных канавок опре­деленного профиля. Биговка предназначена для снижения жесткости листовых заготовок по линии сгиба. Она значительно облегчает условия образования сгибов и является эффективным средством повы­шения качества складных коробок, особенно в условиях авто­матизированной сборки. Биговка представляет собой процесс местной вытяжки ма­териала и осуществляется по следующей […]