高聚物的流变性1

1、第九章第九章 聚合物的流变性聚合物的流变性本章教学内容、要求及目的重点要求：重点要求：掌握由于聚合物是长链大分子所带掌握由于聚合物是长链大分子所带来的流动特征与小分子的不同，重点学习粘度的来的流动特征与小分子的不同，重点学习粘度的影响因素及改善加工流动性的方法。影响因素及改善加工流动性的方法。 教学内容：教学内容：牛顿流体和非牛顿流体；聚合物牛顿流体和非牛顿流体；聚合物的切粘度；聚合物熔体的弹性表现的切粘度；聚合物熔体的弹性表现 。 牛顿流体和非牛顿流体及熔体切粘度牛顿流体和非牛顿流体及熔体切粘度的测定方法的测定方法主要内容：主要内容：牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流

2、体牛顿流体和非牛顿流体聚合物粘性流动的特点聚合物粘性流动的特点 聚合物的切粘度聚合物的切粘度聚合物熔体切粘度的测定方法聚合物熔体切粘度的测定方法 重点：重点：聚合物熔体的流动特点，为什么聚合物聚合物熔体的流动特点，为什么聚合物熔体为假塑性流体熔体为假塑性流体 什么是流变学？流动形变当高聚物熔体和溶液（简称流体）在受外力作用时，既表现粘性流流动，又表现出弹性形变变，因此称为高聚物流体的流变性或流变行为。导言： 当温度当温度T T 高于非晶态聚合物的高于非晶态聚合物的T Tf f 、晶态聚合晶态聚合物的物的T Tm m时：时： 聚合物变为可流动的粘流态或称熔融态，形聚合物变为可流动的粘流态或称熔融

3、态，形变随时间发展，并且不可逆。变随时间发展，并且不可逆。 热塑性聚合物的加工成型热塑性聚合物的加工成型大多是利用其熔体大多是利用其熔体的流动性能。这种流动态也是高聚物溶液的主的流动性能。这种流动态也是高聚物溶液的主要加工状态。要加工状态。熔融态加工对某些聚合物除外 交联聚合物：硫化橡胶、酚醛、环氧树脂 分解温度Td 1, 膨胀性流体n 1, 假塑性流体表观粘度 Apparent viscositySubstitute表观粘度与形变速率有关Bingham plastic剪切应力与剪切速率的关系Pseudoplastic 假塑性流体假塑性流体Dilatant 膨膨胀性流体胀性流体表观粘度和剪切速

4、率的关系假塑性流体假塑性流体膨胀性流体膨胀性流体幂律方程:假塑性流体：切力变稀胀塑性流体：剪切变稠宾汉流体: 塑性(牛顿）,假塑性（非牛顿）, 存在y,流动体系结构变化。 如油漆, 沥青,聚合物的浓溶液 膨胀性流体: 切力增稠，体积膨胀。悬浮体 系，如聚合物 分散体系 胶乳， 聚合 熔体填料体系非牛顿流体分类:若流变行为与时间无关若流变行为与时间有关流变特性不能随切变速率的变化瞬时调整到平衡态，而是不断随时间改变，“与时间有关的”流体：触变体：恒定切变速率需要的切应力随剪切持续时间的延长而减少。结构破坏带来的，粘度随时间减小。冻胶、油漆。流凝体：恒定切变速率需要的切应力随剪切持续时间的延长而增

5、加。某种结构形成，粘度随时间增加。如饱和聚酯。假塑性流体和膨胀性流体假塑性流体：粘度随剪切速率或剪切应力的增加而下降的流体(大部分聚合物熔体是假塑性流体)。WHY： 用缠结理论解释。膨胀性流体：粘度随剪切速率或剪切应力的增加而上升的流体。 WHY： 用体积膨胀理论来解释。9.1.4 高聚物流体的流动规律聚合物熔体的剪切应力与剪切速率关系表观粘度和剪切速率的关系 0 第一牛顿区第一牛顿区幂律区（假塑区）幂律区（假塑区） 第二牛顿区第二牛顿区Explanation第一牛顿区：低剪切速率时，缠结与解缠结速率处于一个动态平衡，表观粘度保持恒定，定为 0，称零切粘度零切粘度，类似牛顿流体。幂律区：剪切速

6、率升高到一定值，解缠结速度快，再缠结速度慢，流体表观粘度随剪切速率增加而减小，即剪切稀化，呈假塑性行为。第二牛顿区第二牛顿区：剪切速率很高时，缠结遭破坏，再缠结困难，缠结点几乎不存在，表观粘度再次维持恒定，定为 ，称牛顿极限粘度牛顿极限粘度，又类似牛顿流体行为。9.2 聚合物熔体的切粘度测定方法落球粘度计毛细管流变仪旋转粘度计（1）落球式粘度计落球式粘度计特点特点：测极低值的一切粘度（：测极低值的一切粘度（ 0）原理原理：半径为：半径为r，密度，密度为为 的圆球，在粘度的圆球，在粘度为为 ，密度为，密度为 的的无限延伸的液体中运动无限延伸的液体中运动时，小球受阻力时，小球受阻力 sn斯托克斯方

7、程斯托克斯方程n V 球落的速度球落的速度n 球的密度球的密度n 液体的密度液体的密度 vgs9)(2s（2）毛细管流变仪毛细管流变仪它可以求出施加于熔体上的剪切应力和它可以求出施加于熔体上的剪切应力和剪切速率之间的关系，即求出熔体的流剪切速率之间的关系，即求出熔体的流动曲线，优点是结构简单，调节容易，动曲线，优点是结构简单，调节容易，并能通过出口膨胀来考虑熔体弹性；缺并能通过出口膨胀来考虑熔体弹性；缺点是剪切速率高，不稳定，需要做一系点是剪切速率高，不稳定，需要做一系列校正，但是毛细管流变仪仍是用途最列校正，但是毛细管流变仪仍是用途最广泛的。广泛的。n原因原因：n大部分高分子材料的成型都包括

8、熔大部分高分子材料的成型都包括熔体在压力下被挤出的过程，用毛细体在压力下被挤出的过程，用毛细管流变可以得到十分接近加工条件管流变可以得到十分接近加工条件的流变学物理量的流变学物理量n不仅能测不仅能测 与与 之间的关系，还之间的关系，还可以根据挤出物的外形和直径，或可以根据挤出物的外形和直径，或者通过改变毛细管的长径比来观察者通过改变毛细管的长径比来观察聚合物熔体的弹性和不稳定流动现聚合物熔体的弹性和不稳定流动现象象n原理原理：活塞杆在十字：活塞杆在十字头的带动下以恒速下头的带动下以恒速下移，挤压高聚物熔体移，挤压高聚物熔体从毛细管流出，用测从毛细管流出，用测力头将挤出熔体的力力头将挤出熔体的力

9、转成电讯号在记录仪转成电讯号在记录仪上显示，从上显示，从 的的测定，可求得测定，可求得 与与 之间的关系之间的关系pv n由由 可求出毛细管内流量，可求出毛细管内流量，再由求出再由求出 ，n根据根据 算出算出，再由已知的，再由已知的、求出、求出 ，n但要进行二点改正：非牛顿性修正但要进行二点改正：非牛顿性修正入口修正（因为测定用的毛细管并入口修正（因为测定用的毛细管并非假设的无限长）非假设的无限长）vf(3)转动粘度计转动粘度计同轴圆筒转动粘度计同轴圆筒转动粘度计一种外筒转，内筒不一种外筒转，内筒不动；动； 一种内筒转，外筒不一种内筒转，外筒不动。动。 以内筒浸入被测液体以内筒浸入被测液体中，内筒的角速度中，内筒的角速度转动。转动。 b 内筒半径内筒半径 c 外筒半径外筒半径 转矩转矩)11(422cbRRLM2222222rARRRRrrbccbn作图可得流动