聚合物流变学

1、聚合物流变学：硏究聚合物流动和变形的科学，是介于力学、化学和工程科学之 间的边缘科学，是现代流变学的重要分支。研究聚合物流变学对聚合 物的合成、加工、加工机械和模具的设计等均具有重要意义。聚合物 流变学是随高分子材料的合成、加工和应用的需要，于50年代发展 起来的。在聚合物的聚合阶段，流变学与化学结合在一起;而在以后 的阶段，主要是与聚合物加工相结合。聚合物流变学70年代发展较 快，在1984年第九届国际流变学会议上总结了最近的研究成果，B. 米纳等主编了流变学进展一书。硏究方法：主要有宏观与微观两种:宏观法即经典的唯象研究方法，是将聚 合物看作由连续质点组成，材料性能是位置的连续函数，硏究材

2、料的 性能是从建立粘弹模型出发，进行应力应变或应变速率分析。微观法 即分子流变学方法，是从分子运动的角度出发，对材料的力学行为和 分子运动过程进行相互关联，提出材料结构与宏观流变行为的联系。 两种方法结合起来的研究，常取得较好效果。但它们都离不开实验室 流变性能的测定。常用的仪器主要有:挤出式流变仪（毛细管流变仪、 熔体指数仪1转动式流变仪（同轴圆筒粘度计、门尼粘度计、锥板 式流变仪）、压缩式塑性计、振荡式流变仪、转矩流变仪以及拉伸流 变仪等。影响因素:流动性以粘度的倒数表示流动性。按作用方式的不同，流动可分为剪切 流动和拉伸流动，相应地有剪切粘度和拉伸粘度。前者为切应力与切 变速率之比;后者

3、为拉伸应力与拉伸应变速度之比。聚合物的结构不 同，流动性（或粘度）就不同。对于聚合物熔体，大多数是属于假塑 性液体，其剪切粘度随剪切应力的增加而降低,同时测试条件（温度、 压力1分子参数（分子量及其分布、支化度等）和添加剂（填料、增 塑剂、润滑剂等）等因素对剪切粘度剪切应力曲线的移动方向均有影 响（见图）。对于拉伸粘度，当应变速率很低时，单向拉伸的拉伸粘度 约为剪切粘度的3倍，而双向相等的拉伸，其拉伸粘度约为剪切粘 度的6倍。拉伸粘度随拉伸应力增大而增大，即使在某些曆况下有所 下降，其下降的幅度远较剪切粘度的小。因此，在大的应力作用下, 拉伸粘度往往要比剪切粘度大一二个数量级，这可使化学纤维纺

4、丝过 程更为容易和稳定。弹性由于聚合物流体流动时，伴随有高弹形变的产生和贮存，故外力 除去后会发生回缩等现象，例如:塑料、橡胶挤出后和纤维纺丝后会发 生断面尺寸增大而长度缩短的离模膨胀现象，或称弹性记忆效应;搅 动时流体会沿杆上升，这种爬杆现象称韦森堡效应或法向应力效应。 此外，聚合物加工时，半成品或成品表面不光滑，出现"橘子皮"和 鲨鱼皮"，出现波浪、竹节、直径有规律的脉动、螺旋形畸变甚至 支离破碎等影响制品质量的熔体破裂和不稳定流动等现象，这些现象 主要与熔体弹性有关。断裂特性是影响聚合物（尤其是橡胶）加工的又一流变特性。它主要是指 生胶的扯断伸长率、以及弹性

5、与塑性之比。扯断伸长率与弹塑t匕要适 当地配合，一般都希望两者均大些为好，以便有利于炼胶等工艺的顺 利进行。应用：硏究聚合物流变学的意义在于:可指导聚合，以制得加工性能 优良的聚合物。例如:合成所需分子参数的吹塑用高密度聚乙烯树脂, 则所成型的中空制品的冲击强度高，壁厚均匀，外表光滑;增加顺丁 橡胶的长支链支化W提高其分子量，可改善它的抗冷流性能，避免生 胶贮存与运输的麻烦。对评定聚合物的加工性能、分析加工过程、 正确选择加工工艺条件、扌旨导配方设计均有重要意义。例如：通过控 制冷却水温及其与喷丝孔之间的距离，可解决聚丙烯单丝的不圆度问 题;研究顺丁橡胶的流动性，发现它对温度t匕较敏感，故需严格地控 制加工温度。对设计加工机械和模具有指导作用。例如：应用流变 学知