Lepkość polimerów

W uzupełnieniu wcześniejszych informacji o lepkości (1, 2), wiemy już co to jest, kilka informacji dodatkowych. Pojęcie lepkości zdefiniowane przez Newtona, ma stałą wartość, jest to lepkość dynamiczna, definiowana jako kąt pochylenia krzywej płynięcia względem osi szybkości ścinania. Krzywa płynięcia płynów nienewtonowskich 1, 2, 3 – płyny które nie mają granicy płynięcia, 1 – newtonowski, 2 - pseudoplastyczny (rozrzedzany ścinaniem), 3 - dilatantny (zagęszczany ścinaniem). 4, 5, 6 – płyny które mają granicy płynięcia, 4 – Binghama, 5 - rozrzedzany ścinaniem 6 - zagęszczany ścinaniem Liniowa zależność między naprężeniem stycznym i szybkością ścinania obowiązuje dla wielu płynów: powietrza, wody, benzyny, ciekłych, metali, słuszna jest dla wszystkich gazów, cieczy, roztworów o małej masie cząsteczkowej. Istnieją materiały (płyny nienewtonowskie), które nie wykazują liniowej zależności między naprężeniem stycznym i szybkością ścinania, należą do nich stopione polimery, farby i lakiery, materiały budowlane (glina, asfalt), żywność (sery, dżemy, czekolada, itp.), krew. Dla płynów nienewtonowskich (stopionych polimerów) obowiązuje pojęcie lepkości pozornej, definiowanej jako stosunek naprężenia stycznego do szybkości ścinania. Dla płynów pseudoplastycznych (rozrzedzanych ścinaniem) i dilatantnych (zagęszczanych ścinaniem) jest funkcją szybkości ścinania, dla płynów newtonowskich jest stały i równy lepkości dynamicznej.

Lepkość pozorna, płynów które nie mają granicy płynięcia 1 – newtonowski, 2 - pseudoplastyczny (rozrzedzany ścinaniem), 3 - dilatantny (zagęszczany ścinaniem). Lepkość pozorna polimerów, zależy od temperatury, ciśnienia, masy cząsteczkowej i rozkładu, czasu odkształcenia, stopnia usieciowania.

Lepkość polimerów maleje wraz ze wzrostem temperatury, wynika to ze zwiększenia ruchliwości makrocząsteczek, oraz objętości swobodnej między nimi. Zależność lepkości od temperatury jest różna dla różnych tworzyw. Silniejsza dla tworzyw bezpostaciowych (budowa amorficzna), niż dla częściowo krystalicznych. Lepkość poli(chlorku winylu) i poli(metalrylanu metylu), poliwęglanu (wykres 1), które są tworzywami bezpostaciowymi, bardzo silnie zależy od temperatury, podczas gdy lepkość polietylenu i polipropylenu (wykres 2) jako tworzyw częściowo krystalicznych jest mało wrażliwa na zmiany temperatury.

Krzywe lepkości poliwęglanu

Krzywe lepkości polipropylenu

Lepkość polimerów rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia (zależność odwrotna niż temperatury), wynika ze zmniejszenia ruchliwości makrocząsteczek oraz objętości swobodnej. Ze zwiększaniem masy cząsteczkowej zwiększa się graniczna lepkość zerowa tworzywa. Szeroki rozkład masy cząsteczkowej powoduje zmniejszenie newtonowskiego zakresu krzywej płynięcia oraz większe rozrzedzanie ścinaniem.