Efekt Barusa

Efekt Barusa (spęcznienie powytłoczeniowe) – zjawisko zwiększania się średnicy strumienia cieczy nienewtonowskiej przy wylocie z głowicy wytłaczarki^[1].

Zmiana kształtu cząsteczek polimeru podczas przepływu przez dyszę

Zjawisko rozszerzenia strugi wytłaczanego tworzywa

Płyny nienewtonowskie wykazujące podczas odkształcenia własności pośrednie między cieczą a sprężystym ciałem stałym nazywane są sprężystolepkimi. Efekt Barusa jest złożonym zjawiskiem z zakresu mechaniki płynów oraz reologii, które wynika z lepkosprężystego charakteru wielu roztworów i stopów polimerów oraz licznych emulsji. Takie substancje po poddaniu deformacji wykazują częściowy powrót do wyjściowej postaci, którego wielkość jest związana z jednoczesnym występowaniem dwóch zjawisk naprężeń normalnych (skierowanych prostopadle do powierzchni, na którą działają) oraz relaksacji (zanikania w czasie naprężeń sprężystych wywołanych odkształceniem)^[1][2]. Zjawisko jest związane z tym, że początkowo w przybliżeniu kuliste cząsteczki polimeru ulegają w głowicy wytłaczarki wydłużeniu wskutek wzrostu liniowej prędkości przepływu strumienia tworzywa w kanale przepływowym wytłaczarki. Po opuszczeniu tego kanału cząsteczki mogą przybrać konformację kulistą. Działa w tym wypadku mechanizm podobny do mechanizmu spęczniania polimerów w obecności rozpuszczalników, gdzie siły wynikające z maksymalizacji entropii, które preferują zwijanie się łańcuchów cząsteczki, są równoważone przez ciśnienie osmotyczne^[3].

Jest to niekorzystny efekt, ponieważ powoduje występowanie dodatkowych naprężeń oraz może spowodować obniżenie jakości końcowego produktu. Wpływ tego efektu można w pewnym stopniu ograniczyć poprzez odpowiedni dobór parametrów procesu technologicznego^[1].

Współczynnik rozszerzenia strugi

Współczynnik rozszerzenia strugi, oznaczany literą ${\displaystyle \beta ,}$ opisuje wartość liczbową efektu Barusa w postaci procentowego wzrostu szerokości strugi płynu opuszczającego kanał w stosunku do szerokości kanału^[2].

Jego wartość zależy od następujących czynników^[2]:

• ciśnienia i temperatury podczas przepływu w dyszy kanału przepływowego,
• geometrii kanału przepływowego,
• szybkości ścinania,
• naprężenia stycznego,
• właściwości cieczy nienewtonowskiej,
• składu cieczy nienewtonowskiej.