14.流变性能讲解PPT参考课件.ppt

1 高聚物流变性能 材料与化工学院焦明立 2 目录 流变学原理流变仪器结构及其使用流变学研究在高分子中的应用 3 流变学的研究范围 化妆品在皮肤上的涂抹及感觉牙膏的挤出特性及在牙刷上的稳定性番茄酱的倾倒和稳定 乳制品的特性甚至山脉的流动 流变学 流动变形 4 制造和使用产品 原材料 通过加工 变形 制品产品 在外力或变形下使用 性能流变学是高分子学科的基础流变学是实验和实践科学Bingham与流变学 流变学 5 Rheology与Theology 1927年 巴勒斯坦的土木工程师Reiner先生应美国化学家EugeneC Bingham的邀请到美国和Bingham合作一项研究在工作中 他们感觉到 应该有一个介于力学 化学和工程科学之间的 物理分支 他们请教了一位语言学家 凡是语言学家 都是言必称希腊的 这位语言学家造了 Rheology 这个新词来源于古希腊哲学家赫拉克利特的名言 万物皆流 Rheo 在希腊语里是流动的意思 流变学 6 流变学的研究对象 不仅研究形变 温度还研究与时间的相关性微观世界 分子结构的运动 温度与时间宏观世界 应用环境的形变 温度与时间 形变 温度 流变学 7 宏观世界 形变与时间或频率的关系流动过程剪切速率沉淀 Sediments 10e 6 10e 4垂挂 流平 Sagging Leveling 10e 2 10e 1管流 PipeFlow 10 1000混合 Mixing 10 1000挤出 Extrusion 1 100化妆品相关从瓶中倒出 Pouringfromabottle 10e1 10e2挤牙膏 Extrusionoftoothpastefromatube 10e2擦护手霜 applicationofhandlotions creams 10e2 10e4涂口红 指甲油 Applyinglipstick nailpolish 10e3 10e4喷雾 Sprayingaerosols 10e3 10e5粘合过程粘合 Tack 10e 2 10e 1键合 PressBonding 10e 1 1脱粘 Peeling 10e2 10e4自动脱粘 Auto debonding 10e 3 10e 2 流变学 8 微观世界 分子结构的尺寸 温度与时间松弛时间分布分子运动温度变化 侧基运动主链运动结晶融熔流动 TgTbTggTgTaTm 流变学 9 以宏观世界条件窥视微观世界反应使用感官 无法定量时间尺度 无法量化生产加工 时间尺度过短或过长 无法逐步窥探微观世界仪器检测 适当的时间尺度 可逐步窥探微观世界 材料特性全貌 f 时间 温度 表观物性 观察点 f 时间 温度 测量尺度 f 时间 温度 测量仪器 设备 流变学 10 动态数据与样品结构的联系 流变学 聚二甲基硅氧烷 粘度 11 宏观世界联系微观世界 事件时间 分子运动时间 快 善变 软 游离分子 慢 迟钝 硬 主链分子小分子 软链段 支链大分子 硬链段 主链 流变学 12 流变学的角色 微观世界与宏观世界的桥梁 分子组成结构 仪器分析高分子科学流变学 加工性 物性 微观世界分子量与分子量分布支化与交联填料与基体材料的相互作用单相或多相结构 作为以下参数的函数 应变 应变率 温度时间 频率 宏观世界 流变学 13 控制参数形变低形变属于线性行为范围高形变属于非线性行为范围内 断裂 温度频率 时间低频相当于长时间行为高频相当于短时间行为测量结果G G Tand 流变学 14 对小分子 或高分子稀溶液 来讲 剪切应力与剪切速率成正比流体的流速越大 受到的阻力越大 流变学 流体类型 15 比例常数 粘度 是常数 不随剪切力和剪切速率的大小而改变的 这种类型的流体称为牛顿流体 的单位 N s m 2对高分子熔体等流体来讲 不是常数 不呈直线关系 流变学 牛顿流体 非牛顿流体 16 高聚物流动 非牛顿流体 流变学 17 高聚物粘性流动的特点 假塑性流体 剪切变稀剪切速率 流动粘度 大多数的高聚物属此类膨胀性流体 剪切变稠剪切速率 流动粘度 宾汉流体 塑性流体 剪切应力 某一临界应力时不发生流动 流变学 18 大 表明流动时阻力大 流动性差 小 表明流动时阻力小 流动性好对于牛顿流体 对于非牛顿流体 粘度 19 剪切粘度的几种表示方法表观粘度 最常用零剪切粘度 牛顿粘度 20 流变学 21 粘度 剪切速率曲线 22 流变学基础 将粘弹性行为分割为完全弹性与完全变形行为 t 测量周期性应力 流变学 23 流变学与微观结构的关系 流变学 24 实验仪器 25 旋转式流变仪 旋转粘度计分为同轴圆筒式 锥板式和或平行板式 同轴圆筒式 锥板式 26 平行平板粘度计 高粘度 间距可调推荐0 2to2 5mm 根据样品的粘度 可弃式平行板夹具针对热固性材料齿型平行板针对易打滑样品 27 锥板粘度计 高剪切速率 测量材料范围 高分子熔体流体 悬浮液 乳液 由锥度固定夹具间距 没有剪切速率梯度 等温实验 28 同心圆筒粘度计 材料材料范围 低粘度流体有限稳定性的悬浮液对应力敏感性材料的面积效应装载过程中的加工历史 旋转式流变仪是在低剪切速率下测定流变性能 29 熔体流动速率 熔融指数 测试仪 定义 在一定温度和压力下 聚合物熔体在10min内流过一个规定直径和长度的标准口模的质量克数 g 10min 用途 1 表征聚合物的流动性 2 表征聚合物分子量大小 表征聚合物分子量 只有在化学组成和结构都相同的情况下才可以比较分子量的相对大小 30 熔体流动速率测定仪 31 测试步骤 加热仪器至所要求的测试温度 准备试样 粒料 粉料或碎片 选择负荷法码 将试样加入料筒 压实并预热 计时并切割挤出物 称重并计算试验结果 32 常见热塑性塑料测试条件 33 切割取样时间 34 毛细管流变仪 在恒压力或恒速率条件下 用柱塞将料筒中的聚合物熔体从具有一定口径和长径比的毛细管中挤出通过测定熔体在毛细管中流动的剪切速率和剪切应力 得到聚合物的流动曲线 剪切速率和温度可以在较大范围进行调节 从而得到十分接近于聚合物加工条件下的流变数据 35 恒速毛细管流变仪结构示意图 主体部分 料筒 毛细管 压杆 加热炉 测力传感器 温控部分 热电偶 温控仪表 机械传动 电机 齿轮箱 速率控制器 数据采集与处理 计算机 柱塞以一定速度将熔体挤压出毛细管当熔体从毛细管挤出时 产生的粘性阻力作用在柱塞上由连接在柱塞上部的测力装置将其测量并记录下来 36 对应着不同的柱塞压下速度V 可以测出相应的粘性阻力F 毛细管壁的剪切应力 传感器测得的粘性阻力值 F 毛细管的剪切应力值 s 剪切应力 37 剪切速率 毛细管壁处的剪切速率 活塞杆下降速度 V 毛细管壁处的剪切速率 38 剪切速率的表达式是通过牛顿粘性定律推导的而实际高聚物流体是非牛顿流体需要对剪切速率进行非牛顿修正 得修正后的剪切速率 式中n是非牛顿指数 可通过lg s对lg 作图 任一点切线斜率得到 39 剪切应力和剪切速率聚合物表观粘度聚合物各种流动曲线 表观粘度和流动曲线 40 毛细管流变仪的特点 可在较宽范围内调节剪切速率和温度 得到与挤出 注塑等成型加工条件很接近的流变参数 其常用的剪切速率范围为10 106 S 剪切应力为104 106N m2 毛细管流变仪在低剪切速率下应用时受到限制 而且不适宜测量低粘度流体 41 流变的应用范围 高分子熔体弹性体热固性材料涂料 油墨 涂层食品化妆品 日化 42 高分子 塑料 熔体 挤出流体表征共混相容性尺寸稳定性抗冲性 工件会坍塌吗 如何获得较好的表面 两相材料可获得期望的性能吗 冲撞时可以起到保护作用吗 充模完全吗 43 弹性体与橡胶 冲击特性 保险杠发生弯曲还是脆裂 玻璃化转变 什么温度时变脆 阻尼特性 这么点橡胶垫可以对我的CD唱机防震吗 44 涂料 油墨 涂层 涂刷性 涂刷时方便吗 流平性 刷痕会流平吗 垂挂性 刷在墙壁上的涂料会流下来吗 印刷质量 印刷时 油墨是停留在印的地方 还是散开来 45 流变曲线分辨MI不能区别的信息 MI 超高分子量PE的纺丝性能 46 粘度与分子量关系 测分子量 低频时差别明显 毛细管流变仪 47 分子量宽度对流变性能的影响 两种PP做塑料还是纤维 注塑位置 48 支化对流变性能的影响 两种PE哪种更适合做吹塑 吹塑位置 49 高分子加工过程中的流变学 离心浇铸注塑吹塑 50 高分子粘度的影响因素 分子量增塑温度压力无机填充 51 研究材料的敏感性 温敏性材料切敏性材料 以上材料进行注塑 为了降低注射压力 是应该增加温度还是提高注射速率 52 流变仪 绝对流变仪测试粘弹性数据与绝对物理单位相关联 如力 长度 时间单位等能客观表征样品 实验结果可重复相对流变仪模拟真实过程的条件 使用缩小的内部混合器测量头 生产用混合器的微缩品 结果数据不是绝对值 53 转矩流变仪 用于模拟实际生产条件下高分子材料的混合 复合以及塑化性能并可得到与实际生产相关的流变图 来描述物料的可加工性能和过程流动状态 物料用量少 所以可在实验室中模