Вязкость

О вязкости ненасыщенных полиэфирных смол

           В ненасыщенных полиэфирных смолах (НПС), как и в любой жидкости, при воздействии внешней силы происходит перемещение молекул веществ, входящих в состав смол, относительно друг друга. Возникающее при этом трение между молекулами оказывает сопротивление такому перемещению.

Свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению из-за внутреннего трения между молекулами называется вязкостью.

Вязкость НПС является важной характеристикой, которую приходится принимать во внимание при их переработке. От вязкости зависит выбор технологии переработки НПС. Вязкость НПС лимитирует содержание наполнителей при производстве наполненных композитных материалов. Вязкость НПС влияет на скорость и качество пропитки армирующих материалов. Вязкость играет определяющую роль при выборе того или иного оборудования для переработки, использования или перекачивания НПС.

Различают множество способов классификации вязкости жидкостей и методов её определения.

В отношении НПС чаще всего используются характеристики динамической вязкости, условной вязкости и кинематической вязкости.

Динамическая вязкость.

Динамическая вязкость - это сила, действующая на единичную площадь плоской поверхности, которая перемещается в жидкости с единичной скоростью относительно другой плоской поверхности, находящейся от первой на единичном расстоянии.

Динамическую вязкость НПС в последние годы обычно определяют с использованием ротационных вискозиметров, из которых наиболее популярны вискозиметры марки Брукфильд.

Для определения динамической вязкости имеется ГОСТ 25271-93 «Пластмассы. Смолы жидкие, эмульсии или дисперсии. Определение кажущейся вязкости по Брукфильду». В практике при определении динамической вязкости чаще руководствуются инструкциями по использованию ротационных вискозиметров.    

            В международной системе единиц (СИ), динамическая вязкость измеряется в Паскаль - секундах [Па·с]. Внесистемной единицей, которой часто пользуются. являются пуаз (П) и ее производная сантипуаз [сП].

             1 Пуаз [П] =  0,1 Па·с = 0,1 Н·с/м²;      

             1 Сантипуаз [сП] = 0,001 Па·с = 1 мПа·с

            Для обычных незагущенных и ненаполненных НПС оценка и сравнение результатов измерений вязкости по Брукфильду с другими НПС проблем не вызывает.  Но в случае наполненных и загущенных тиксотропных составов на основе НПС при определении вязкости на ротационных вискозиметрах в зависимости от номера шпинделя и скорости его вращения для одной и той же НПС получаются различные результаты измерений. Эти результаты могут отличаться друг от друга в десятки и сотни раз. Также, как указывается в руководствах по применению, нельзя сопоставлять данные, полученные на разных ротационных вискозиметрах, в том числе от одного производителя. Всё это сильно усложняет оценку и сравнение динамических вязкостей НПС.

Разные производители НПС в паспортах качества приводят результаты испытаний, проведённых с разными шпинделями при разных скоростях измерения и при разных температурах. Поэтому, если отсутствует ротационный вискозиметр для проведения испытания с соответствующими шпинделем и скоростью вращения шпинделя, сравнивать или оценивать вязкости композиций на основе НПС от разных производителей, например, гелькоутов и наполненных трудногорючих смол, не представляется возможным,

Условная вязкость.

Условная вязкость — величина, косвенно характеризующая вязкость, измеряемую временем истечения заданного объёма через отверстие определённого диаметра.

Специальной стандартизованной методики определения условной вязкости НПС в настоящее время не имеется. Ввиду отсутствия таковой условную вязкость у нас в стране обычно определяют по ГОСТ 8420-74 «Материалы лакокрасочные. Методы определения условной вязкости». Определение вязкости (в секундах) по данному стандарту выполняется с использованием вискозиметра ВЗ-246 со сменными соплами диаметрами 2, 4 и 6 мм и вместимостью 100 см3.  В зависимости от вязкости НПС определение может быть проведено с использованием любого из этих сопел. Но при измерении вязкости наполненных композиций на основе НПС, как правило, применяется сопло 6.

Подавляющее большинство НПС выпускается с условной вязкостью в пределах от 15 до 30 с по вискозиметру ВЗ-246 (сопло 6, при 20 °С).

Для жидких ненаполненных НПС применение вискозиметров типа ВЗ-246 позволяет получать достаточно точные и приемлемые результаты измерений. Однако условная вязкость НПС с наполнителями и загустителями не может быть определена с такой же точностью вследствие их тиксотропности. А результаты их испытаний сложно и зачастую невозможно правильно интерпретировать.

По этой причине условная вязкость гелькоутов типа S для нанесения методом напыления должна рассматриваться только как вспомогательный показатель качества, а условную вязкость гелькоутов типа H «под кисть» имеет смысл определять только в целях ориентировочной оценки вязкости.  

Кинематическая вязкость.

Кинематическая вязкость ν – отношение динамической вязкости µ к плотности жидкости ρ и определяется формулой: ν = µ / ρ, где µ - динамическая вязкость, Па·с, ρ - плотность жидкости, кг/м³.)  В международной системе единиц (СИ), кинематическая вязкость измеряется в квадратных метрах на секунду [м²/с]. Также широко используется внесистемная единица - cтокс [Ст] и ее производная - сантиСтокс [сСт].)

Значения кинематической вязкости производители НПС в паспортах качества обычно не указывают, ограничиваясь данными по динамической вязкости.

Но производители оборудования, например, насосов для НПС, основываются на кинематической вязкости и требуют при заказе оборудования указывать кинематическую вязкость перекачиваемой жидкости.

Особенности вязкости НПС.

Вязкость НПС сильно зависит от температуры. При хранении при пониженных температурах вязкость НПС возрастает. При минусовых температурах вязкости НПС увеличивается в десятки и сотни раз. На свойствах НПС временное охлаждение в конечном итоге не сказывается и после нагревания до рабочих температур (18 – 25 °С) смолы могут быть использованы по назначению.  

При повышении температуры, например, с комнатной до 30 ° С в жаркую погоду, вязкость НПС может сильно уменьшиться.

При хранении даже в условиях соблюдении установленных требований вязкость НПС постепенно увеличивается. В связи с этим для НПС устанавливаются относительно короткие сроки гарантийного хранения, обычно от 3 до 6 месяцев. Длительное хранение НПС, если их вовремя не использовать, всегда заканчивается их самопроизвольным желированием с последующим затвердеванием.

Но в случае композиций на основе НПС, содержащих в своих составах минеральные наполнители и антипирены, сначала, в течение первых нескольких недель хранения, может наблюдаться некоторое снижение вязкости.

В процессе хранения НПС допускаются незначительные изменения вязкости в ту или другую сторону, не ухудшающие их потребительские свойства.