第五章高分子流体流动的影响因素PPT课件

第五章影响聚合物流体流动的因素主要表现为剪切稀化效应，但不同材料的流动曲线在三个方面仍有明显差异：零剪切粘度不同。对于相同的材料，它主要反映材料分子量的差异。材料从线性行为到非线性行为的临界剪切速率是不同的。不同幂律流动区域的曲线斜率不同，即流动指数N不同。5.1剪切速率/应力对粘度的影响。柔性链易于通过链段运动取向或链解缠结来降低伪网络结构的密度、减少流动单位和流动阻力。对于刚性链长，在高粘度的熔体中，整个分子取向困难，内摩擦阻力大，流动过程中的取向效应小，随着剪切速率的增加，粘度变化小。实际意义：对于刚性链，不能通过增加柱塞压力和螺杆速度来盲目增加流动性，而是增加料筒的温度。对于柔性链，聚合物的流动性不能通过增加温度来增加，而是通过增加柱塞压力和螺杆速度来增加。当剪切速率恒定时，粘度取决于自由体积Vf和大分子链之间的缠结。自由体积是大分子片段扩散的地方。任何能引起自由体积增加的因素都会激活大分子的运动，导致聚合物熔体粘度的降低。大分子之间的纠缠使得分子链的运动非常困难，增加。嘿。嘿。5.2分子量对粘度的影响。分子量越大，完成大分子质心运动所需的协同运动单元越多，内摩擦阻力越大。如果低密度聚乙烯的分子量增加不到三倍，其粘度就会增加四到五个数量级。大多数聚合物熔体的剪切粘度对分子量有相同的依赖性，并且每个熔体都有一个临界分子量Mc。当它小于Mc时，粘度与分子量成正比。当它大于分子量时，粘度随着分子量的增加而急剧增加。K1K2与温度和分子结构有关。当分子量较低时，分子之间可能存在缠结，但解缠结进行得非常快，并且没有形成有效的伪网络结构。当分子量高于临界分子量时，分子链长度相互缠结，流动单元变大，流动阻力增加，从而粘度急剧增加。注射成型的分子量较低，挤出成型的分子量较高，吹塑成型的分子量介于两者之间，分子量分布通常表示为重均分子量与数均分子量之比：分子量分布与平均分子量，分子量分布：当分子量相同时，分子量分布具有窄的粘度变化和窄的长链比。当剪切速率较低时，较宽的缠结结构较多，伪网状结构密度较高，因此粘度较高。当剪切速率较高时，剪切速率的大幅增加破坏了更多的伪网络结构，解缠绕越多，伪网络结构的密度大大降低，流动单元减少，阻力减小。因此，剪切变薄是明显的。在纺丝、塑料注射和挤出加工中，剪切速率相对较高。分子量分布的宽度对熔体粘度的剪切速率依赖性有很大影响。MI不能很好地反映高剪切速率下的粘度。MI相似，但在高剪切速率下，窄分子量分布的粘度高于宽分子量分布的粘度。橡胶加工要求分子量分布宽，分子量相当于增塑剂的低分子量，对高分子量部分起增塑作用，当与其他添加剂混合和捏合时，更容易食用，具有更好的流动性，可以降低能耗，提高产品的外观光洁度，同时高分子量保证了产品的物理机械性能。5.3分子形状对粘度的影响，支化聚合物的几种形式，分子链支化：短支链使粘度降低，长支链使粘度增加，短支链体系粘度增加，上述比较是在相同重均分子量和相似分布的条件下进行的，典型的短支链-高密度聚乙烯，LLDPE，长支链-低密度聚乙烯，5.5压力对粘度的影响，压力：压力增加，粘度增加，在高压下，聚合物材料内部的自由体积减少，分子链活性降低，从而提高玻璃化转变温度(100兆帕)。压力对非晶材料的影响大于对晶体材料的影响。在压力的影响下，有一些孔处于聚集状态的自由体积。聚合物熔体是一种可压缩流体。在模制过程中，聚合物熔体受到其自身流体静压力和外力的影响。例如，成型压力为：升 10兆帕，聚合物熔体的体积压缩小于1%。注射成型时，注射压力可达100兆帕，体积压缩明显。体积压缩自由体积的减小(分子间距离的减小)导致流体粘度的增加和流动性的降低。结论：增加压力会增加聚合物熔体的粘度。聚合物粘度对压力变化的敏感性：(1)支化低密度聚乙烯比线性高密度聚乙烯具有更大的自由体积、更松散的分子堆积和更大的压缩性；(2)聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯具有更大的侧基和更大的自由体积；对于一些聚合物，仅仅通过增加压力来增加熔体的流速是不合适的。过大的压力也会导致过度的能量消耗和设备的更大磨损。温度对添加剂碳酸钙粘度效应的影响：碳酸钙是一种无机惰性填料，可以降低成本，提高强度。影响：首先，增加系统中的微空隙，增加材料中的应力集中点，导致加速失效过程；其次，系统的粘度增加，弹性降低，加工变得困难，设备磨损加速。碳酸钙颗粒也具有堆积结构。在连续剪切力的作用下，结构经历了从解体到重构、混沌到重新排序、不平衡到平衡的渐变过程，表现出触变性。填充量越高，系统的粘度越高，但粘性流动活化能几乎相同，高填充系统有时表现出屈服应力。炭黑是橡胶工业中广泛使用的增强材料。在橡胶产品中加入炭黑后，拉伸强度可以提高几倍到几十倍。炭黑增加粘度的原因是炭黑颗粒是活性填料，它们的表面可以同时吸附几个大分子链，形成缠结状点。这些缠结点阻碍了大分子链的运动和滑移，并增加了系统的粘度。炭黑用量越大，颗粒尺寸越细，结构越高，缠结点的密度越高，粘度越高。软化塑化材料：主要用于高粘度、高熔点、难加工的高填充聚合物体系，以降低熔体粘度、降低熔点、改善流动性。软化塑化材料的作用是削弱材