任务四回转体的安装与调试 - 风电机组的装配与调试 - 紫琅职业技术学院

1、L o g oL o g o 第九章第九章 聚合物的流变性聚合物的流变性L o g oL o g ov本章的学习目的本章的学习目的v1、熟悉聚合物流动的非牛顿性假塑性，、熟悉聚合物流动的非牛顿性假塑性，掌握聚合物的流动曲线。掌握聚合物的流动曲线。v2、熟悉温度、剪切力或剪切速率或分、熟悉温度、剪切力或剪切速率或分子量对聚合物熔体粘度的影响。子量对聚合物熔体粘度的影响。v3、熟悉聚合物熔体的弹性效应。、熟悉聚合物熔体的弹性效应。L o g oL o g o 热塑性塑料成型过程一般需经历加热塑化、流动热塑性塑料成型过程一般需经历加热塑化、流动成型和冷却固化三个根本步骤。成型和冷却固化三个根本步骤。

2、 几乎所有聚合物都是利用其粘流态下的流动行为几乎所有聚合物都是利用其粘流态下的流动行为进行加工成型的，而且由于聚合物大多在进行加工成型的，而且由于聚合物大多在300300以以下进入粘流态，比其他材料的流动温度低，给加下进入粘流态，比其他材料的流动温度低，给加工成型带来了很多方便。为了正确有效地进行加工成型带来了很多方便。为了正确有效地进行加工成型，选择加工工艺条件和成型设备，了解和工成型，选择加工工艺条件和成型设备，了解和掌握聚合物熔体的粘流温度和粘性流动规律具有掌握聚合物熔体的粘流温度和粘性流动规律具有指导性意义。指导性意义。L o g oL o g ov聚合物液体流动时，以粘性形变为主，兼

3、聚合物液体流动时，以粘性形变为主，兼有弹性形变，故称之为粘弹体，它的流变有弹性形变，故称之为粘弹体，它的流变行为强烈地依赖于聚合物本身的结构、分行为强烈地依赖于聚合物本身的结构、分子量及其分布、温度、压力、时间、作用子量及其分布、温度、压力、时间、作用力的性质和大小等外界条件的影响。力的性质和大小等外界条件的影响。v流变学：流变学：研究材料流动和变形规律的一门研究材料流动和变形规律的一门科学。科学。L o g oL o g o9.1 9.1 牛顿流体和非牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体v 9.1.1 牛顿流体v层流可以用牛顿流体流动定律来描述：v在一定温度下，施加于相距dy的液层上的剪切应力单位为

4、N/m2,与层流间的剪切速率d/dy单位为s-1成正比，其表达式：v vv 式中 比例常数，称为牛顿粘度，是流体的性质，仅与流体分子的结构和温度有关，与切应力和切变速率无关。单位为 Pas 或泊。1 Pas =10泊)49(dydL o g oL o g o以下图结论是：应力与应变速率作图，它们成正比关以下图结论是：应力与应变速率作图，它们成正比关系；因此，液体的应变是剪切应力和时间的函数，通系；因此，液体的应变是剪切应力和时间的函数，通过坐标原点直线的斜率就是液体的粘度，它为一常数，过坐标原点直线的斜率就是液体的粘度，它为一常数，说明牛顿流体的粘度不随剪切速率而变化。说明牛顿流体的粘度不随剪

5、切速率而变化。drd牛顿流体流动曲线牛顿流体流动曲线L o g oL o g o9.1.2 9.1.2 非牛顿流体非牛顿流体v许多液体包括聚合物的熔体许多液体包括聚合物的熔体和浓溶液，聚合物分散体系和浓溶液，聚合物分散体系(如胶乳如胶乳)以及填充体系等并以及填充体系等并不符合牛顿流动定律，这类不符合牛顿流动定律，这类液体统称为液体统称为非牛顿流体非牛顿流体。v非牛顿流体的流动行为，可非牛顿流体的流动行为，可由它们的流动曲线如由它们的流动曲线如图图9-39-3作出判定。作出判定。v其中流变行为与时间无关的其中流变行为与时间无关的有假塑性流体、膨胀性流体有假塑性流体、膨胀性流体和宾汉流体。和宾汉流

6、体。L o g oL o g o(1) (1) 宾汉流体或塑性流体宾汉流体或塑性流体v特点特点:具有名符其实的塑性行为，当切应力具有名符其实的塑性行为，当切应力小于某小于某临界值临界值y 称屈服应力时，像弹性固体，只能变称屈服应力时，像弹性固体，只能变形而不发生流动，即形而不发生流动，即=0，原因是此种流体在静止，原因是此种流体在静止时内部有凝胶性结构。当时内部有凝胶性结构。当y时，这种结构才完时，这种结构才完全崩溃，产生形变不能恢复的塑性流动。全崩溃，产生形变不能恢复的塑性流动。 v 流 动 方 程 ：流 动 方 程 ： - y = p y v 式中式中p 称为宾汉粘度或塑性粘度。称为宾汉粘

7、度或塑性粘度。v油漆、沥青、大多数聚合物在良溶剂中的浓溶液及油漆、沥青、大多数聚合物在良溶剂中的浓溶液及凝胶性糊塑料都属于宾汉流体。凝胶性糊塑料都属于宾汉流体。L o g oL o g ov(2) (2) 假塑性体假塑性体v橡胶、大局部高聚物熔体和浓溶液如涂橡胶、大局部高聚物熔体和浓溶液如涂料都属假塑性流体，其粘度随剪切应力或料都属假塑性流体，其粘度随剪切应力或剪切速率的增加而减小剪切变稀。其原剪切速率的增加而减小剪切变稀。其原因是这类流体在流动中随因是这类流体在流动中随或或 的增加，分的增加，分子取向使粘度降低。子取向使粘度降低。L o g oL o g o3 3膨胀性流体膨胀性流体特点：无

8、屈服应力，一个很小的剪切应力就能特点：无屈服应力，一个很小的剪切应力就能使其开始运动。与假塑性流体相反，使其开始运动。与假塑性流体相反， ，即剪切变稠。一般高含量微细固体颗，即剪切变稠。一般高含量微细固体颗粒分散体如聚合物熔体粒分散体如聚合物熔体- -填料体系、涂料填料体系、涂料生产中的研磨料、聚合物胶乳等聚合物分散生产中的研磨料、聚合物胶乳等聚合物分散体系具有这种特性。体系具有这种特性。L o g oL o g o(4) (4) 与时间有关的流体与时间有关的流体v时间依赖性液体：流动时的应变和粘度不仅与剪切时间依赖性液体：流动时的应变和粘度不仅与剪切应力或剪切速率的大小有关，而且还与应力作用

9、时应力或剪切速率的大小有关，而且还与应力作用时间有关见图间有关见图9-59-5 。典型特征：。典型特征：v1 1较长时间作用与较大应力作用有相同的结果；较长时间作用与较大应力作用有相同的结果；v2 2应变存在滞后效应，增加应力和降低应力两个过应变存在滞后效应，增加应力和降低应力两个过程的应变曲线不能重合，存在滞后环。程的应变曲线不能重合，存在滞后环。L o g oL o g o有两种类型有两种类型v触变性液体摇溶性流体：定温下表观粘度随触变性液体摇溶性流体：定温下表观粘度随剪切持续时间增加而降低的液体。剪切持续时间增加而降低的液体。v假塑性流体在剪切流动时，发生分子定向、伸展假塑性流体在剪切流

10、动时，发生分子定向、伸展和解缠结，粘度随剪切速率增大而降低。但当剪和解缠结，粘度随剪切速率增大而降低。但当剪切流动停止或剪切速率减小时，分子定向等就立切流动停止或剪切速率减小时，分子定向等就立即丧失恢复至原来状态。聚合物流体呈现出的这即丧失恢复至原来状态。聚合物流体呈现出的这种流动特性，称为触变性。种流动特性，称为触变性。v反触变性液体流凝性液体：表观粘度随剪切反触变性液体流凝性液体：表观粘度随剪切时间的增加而增大的液体。时间的增加而增大的液体。v两类液体中的粘度变化都是可逆的。两类液体中的粘度变化都是可逆的。L o g oL o g o1 1、触变性流体、触变性流体v触变性流体通常具有三维网

11、络结构，称之为凝胶，触变性流体通常具有三维网络结构，称之为凝胶，由分子间的氢键等作用力而形成。由分子间的氢键等作用力而形成。v由于这种键力较弱，当受剪切力作用，很易断裂，由于这种键力较弱，当受剪切力作用，很易断裂，凝胶逐渐受到破坏，这种破坏是有时间依赖性的，凝胶逐渐受到破坏，这种破坏是有时间依赖性的，最后会到达给定剪切速率下的最低值，这时凝胶完最后会到达给定剪切速率下的最低值，这时凝胶完全破坏，成为全破坏，成为“溶胶溶胶。v当剪切力消失时，凝胶结构又会逐渐恢复，但恢复当剪切力消失时，凝胶结构又会逐渐恢复，但恢复的速度比破坏的速度慢得多。的速度比破坏的速度慢得多。v触变性就是凝胶结构形成和破坏的

12、能力。触变性就是凝胶结构形成和破坏的能力。L o g oL o g ov触变性在涂料中起很好的作用。我们可有意设法使触变性在涂料中起很好的作用。我们可有意设法使涂料具有触变性，如在涂料中加一些触变助剂等。涂料具有触变性，如在涂料中加一些触变助剂等。v触变性可使涂层性能得到改善，在高剪切速率时触变性可使涂层性能得到改善，在高剪切速率时涂布时，粘度低，有利于涂布并使涂料有很好涂布时，粘度低，有利于涂布并使涂料有很好的流动性以利于流平；的流动性以利于流平；v在静置或涂布后剪切速率为零，具有较高的粘在静置或涂布后剪切速率为零，具有较高的粘度，可防止颜料的沉降和流挂。度，可防止颜料的沉降和流挂。L o

13、g oL o g ov2 2、流凝性反触变性流体、流凝性反触变性流体v流动特性与触变性刚好相反，即粘度随剪切流动特性与触变性刚好相反，即粘度随剪切时间的增长而增大。静止后，又逐渐恢复到时间的增长而增大。静止后，又逐渐恢复到原来的低粘度。这种过程可无数次重复。原来的低粘度。这种过程可无数次重复。L o g oL o g o 实验发现，许多高分子熔体和浓溶液，在通常加工过程剪切实验发现，许多高分子熔体和浓溶液，在通常加工过程剪切速率范围内大约速率范围内大约 =100103s-1，剪切应力与剪切速率满，剪切应力与剪切速率满足如下经验公式称幂律定律足如下经验公式称幂律定律: nK式中式中KK稠度系数；

14、稠度系数； nn流动指数或非牛顿指数。流动指数或非牛顿指数。以以lglg对对lg lg 作图见图作图见图9-79-7，从曲线的斜率可得到从曲线的斜率可得到n n值。值。 9-69-69.1.3 9.1.3 流动曲线流动曲线L o g oL o g ov幂律定律又可改写为牛顿定律的形式幂律定律又可改写为牛顿定律的形式va a 非牛顿型流体的表观粘度，非牛顿型流体的表观粘度，PaPas s。11)79)(naannK（KK其中或L o g oL o g o1 1流体的流体的K K值随温度升高而减小，值随温度升高而减小，K K值越大，流体值越大，流体越粘稠。越粘稠。2 2流动指数流动指数n n随温度

15、升高而增大，它可用来判断流随温度升高而增大，它可用来判断流体与牛顿型流体的差异程度。体与牛顿型流体的差异程度。n n偏离整数偏离整数1 1的程度越大，的程度越大，说明材料的假塑性非牛顿性越强；说明材料的假塑性非牛顿性越强；n n与与1 1之差，反之差，反映了材料非线性性质的强弱。映了材料非线性性质的强弱。对牛顿型流体，对牛顿型流体，n =1n =1， ，K=a K=a ；对假塑性流体，对假塑性流体，n 1n 1， ；a a ；对膨胀性流体，对膨胀性流体，n n 1 1， ；a a 。简单讨论简单讨论0/dd0/dd0/ddL o g oL o g ov3 3剪切粘度剪切粘度v在实际工作中，除牛

16、顿粘度外，还定义了几种粘度在实际工作中，除牛顿粘度外，还定义了几种粘度概念。概念。v零切粘度零切粘度0 0，即剪切速率，即剪切速率0 0时的粘度时的粘度v表观粘度表观粘度a =/ =K a =/ =K ，非牛顿流体的粘度，非牛顿流体的粘度v微分粘度或稠度微分粘度或稠度1nddc/L o g oL o g o剪切粘度剪切粘度 0:= 0dd= cddA= a零切粘度，零切粘度，剪切速率趋剪切速率趋于零的粘度于零的粘度微分粘度微分粘度或稠度，或稠度，A A点点的切线斜率的切线斜率表观粘度，表观粘度，A A点与原点点与原点连线的斜率连线的斜率粘度粘度CN0acL o g oL o g o4 4聚合物

17、普适流动曲线分三个区域聚合物普适流动曲线分三个区域1 1第一牛顿区第一牛顿区: :剪切速率低剪切速率低, ,曲线斜率曲线斜率n=1n=1，lgK=lglgK=lg0 0，符合牛顿流动定律。该区的粘度，符合牛顿流动定律。该区的粘度为零切粘度为零切粘度0 0，可从这一段直线外推到与，可从这一段直线外推到与lg lg =0=0的直线相交处求得。的直线相交处求得。L o g oL o g ov聚合物流体假塑性行为通常可作以下解释：聚合物流体假塑性行为通常可作以下解释：v 1、从大分子构象发生变化解释；、从大分子构象发生变化解释； v 2、从柔性长链分子之间的缠结解释。、从柔性长链分子之间的缠结解释。v

18、1柔性链大分子在溶液或熔体中处于卷曲的无柔性链大分子在溶液或熔体中处于卷曲的无规线团状见以下图。规线团状见以下图。大分子链在切应力作用下沿流动方向取向大分子链在切应力作用下沿流动方向取向L o g oL o g ov2 2当在外力或外力矩的作用下熔体流动时，大分当在外力或外力矩的作用下熔体流动时，大分子链的构象被迫发生改变。同时大分子链运动具有子链的构象被迫发生改变。同时大分子链运动具有松弛特性，被改变的构象还会局部或全部地恢复。松弛特性，被改变的构象还会局部或全部地恢复。v3 3由于大分子处于高度缠结的拟网状结构，流动由于大分子处于高度缠结的拟网状结构，流动阻力很大。当流速很小时，体系所受的

19、剪切应力或阻力很大。当流速很小时，体系所受的剪切应力或剪切速率很小，分子链构象变化得也很慢，而且分剪切速率很小，分子链构象变化得也很慢，而且分子链运动有足够的时间进行松弛，使解缠结速度与子链运动有足够的时间进行松弛，使解缠结速度与缠结速度相等，故粘度保持恒定的最高值，表现为缠结速度相等，故粘度保持恒定的最高值，表现为牛顿流体的流动行为。牛顿流体的流动行为。L o g oL o g ov流动曲线的斜率流动曲线的斜率n1nTT Tg g+100+100高分子流动时的运动单元高分子流动时的运动单元: : 链段链段的协同运动的协同运动 E- E- 粘流活化能，为流动过程中，流动单元即粘流活化能，为流动

20、过程中，流动单元即链段用于克服位垒，由原位置跃迁到附近链段用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴空穴所需的最小能量。所需的最小能量。 EE由链段的运动能力决定由链段的运动能力决定, , 与分子链的柔顺性有关与分子链的柔顺性有关, , 而与分子量无关而与分子量无关!)259 (/RTEAeL o g oL o g o粘流活化能粘流活化能 E E粘流活化能是描述材粘流活化能是描述材料粘料粘- -温依赖性的物理温依赖性的物理量。既是反映材料流量。既是反映材料流动难易程度的参数，动难易程度的参数，更是更是反映了材料粘度反映了材料粘度变化的温度敏感性变化的温度敏感性的的重要参数重要参数( (见见图图9-

21、219-21) )。L o g oL o g o EE越大，温度升高时，粘度下降越明显。越大，温度升高时，粘度下降越明显。 分子链刚性大，极性强，或含有较大侧基的材料，分子链刚性大，极性强，或含有较大侧基的材料，链段体积大，那么分子链越刚硬，或分子间作用链段体积大，那么分子链越刚硬，或分子间作用力越大，力越大， EE越高，这类聚合物对温度越敏感。越高，这类聚合物对温度越敏感。如如PVCPVC、PCPC、纤维素等。、纤维素等。 与此相反，柔性较好的线型高分子材料粘流活化与此相反，柔性较好的线型高分子材料粘流活化能较低，对温度敏感低，见表能较低，对温度敏感低，见表9-49-4。L o g oL o

22、 g o高分子粘度的温度敏感性与材料的加工行为有关。高分子粘度的温度敏感性与材料的加工行为有关。粘粘- -温敏感性大的材料，温度升高，粘度急剧下降，温敏感性大的材料，温度升高，粘度急剧下降，宜采取升温的方法降低粘度。宜采取升温的方法降低粘度。如如PCPC和和PMMAPMMA的熔体，温度每升高的熔体，温度每升高5050左右，表观粘左右，表观粘度下降一个数量级。因此，在加工过程中，可采用提度下降一个数量级。因此，在加工过程中，可采用提高温度的方法调节刚性较大的聚合物如高温度的方法调节刚性较大的聚合物如PCPC和和PMMAPMMA的流动性。的流动性。 另一方面看，由于粘度的温敏性大，加工时必须严另一

23、方面看，由于粘度的温敏性大，加工时必须严格控制温度，否那么将影响产品质量。格控制温度，否那么将影响产品质量。L o g oL o g ov柔性高分子如柔性高分子如PEPE、POMPOM等，它们的流动活化能等，它们的流动活化能较小，表观粘度随温度变化不大，温度升高较小，表观粘度随温度变化不大，温度升高100100，表观粘度也下降不了一个数量级，故，表观粘度也下降不了一个数量级，故在加工中调节流动性时，单靠改变温度是不在加工中调节流动性时，单靠改变温度是不行的，需要改变剪切速率。否那么，温度提行的，需要改变剪切速率。否那么，温度提得过高会造成聚合物降解，从而降低制品的得过高会造成聚合物降解，从而降

24、低制品的质量。质量。L o g oL o g o当温度区间在当温度区间在TgT Tg + 100TgT TfTTf：满足：满足ArrehniusArrehnius方程：方程：v分子链较刚硬，或分子间作用力大，流动活分子链较刚硬，或分子间作用力大，流动活化能高，温敏性聚合物，加工时，以控温为化能高，温敏性聚合物，加工时，以控温为主。如：主。如：PMMAPMMA。RTEAe/L o g oL o g o柔性链柔性链刚性链刚性链 E E小小 E E大大粘度对温度不敏感粘度对温度不敏感对剪切速率敏感对剪切速率敏感粘度对温度敏感粘度对温度敏感温敏材料温敏材料切敏材料切敏材料 aTPCPEPOMPS醋酸纤

25、维醋酸纤维 a PEPSPC醋酸纤维醋酸纤维RTEAAeRTE/lnln/或L o g oL o g ov分子链较柔顺，流动活化能小，表观粘度分子链较柔顺，流动活化能小，表观粘度随随T T变化不大，加工时，除控温外，还要加变化不大，加工时，除控温外，还要加大剪切力或速率即提高挤出机的螺杆转大剪切力或速率即提高挤出机的螺杆转速、注射机的注射压力等的方法来调节速、注射机的注射压力等的方法来调节其流动性。如：其流动性。如：PEPE、POMPOM。vTTfTTf：WLFWLF方程：方程：)(6.51)(44.17lglgggTTTTTgL o g oL o g o 聚合物熔体的弹性效应聚合物熔体的弹性

26、效应v聚合物熔体是一种弹性液体，在外力作用下进行粘聚合物熔体是一种弹性液体，在外力作用下进行粘性流动，流动的同时会伴随一定量的高弹形变，这性流动，流动的同时会伴随一定量的高弹形变，这局部高弹形变是可逆的，外力消失以后，高分子链局部高弹形变是可逆的，外力消失以后，高分子链又蜷曲起来，因而整个形变要恢复一局部。又蜷曲起来，因而整个形变要恢复一局部。v这种流动过程可以示意表示如下：这种流动过程可以示意表示如下：v聚合物熔体的这种弹性形变及随后的松驰对制品的聚合物熔体的这种弹性形变及随后的松驰对制品的外观尺寸稳定性产生影响。外观尺寸稳定性产生影响。受外力受外力外力除去外力除去L o g oL o g

27、o 高弹形变的恢复过程是一个高弹形变的恢复过程是一个松弛过程，松弛过程，恢复的快慢恢复的快慢一方面与高分子本身的一方面与高分子本身的柔顺性柔顺性有关，柔顺性好，恢有关，柔顺性好，恢复得快；柔顺性差，恢复就慢。另一方面与聚合物复得快；柔顺性差，恢复就慢。另一方面与聚合物所处的所处的温度温度有关，温度高，恢复就快，温度低，恢有关，温度高，恢复就快，温度低，恢复就慢。复就慢。可回复形变可回复形变粘性流动产生的形变粘性流动产生的形变L o g oL o g o9.4.3 9.4.3 法向应力效应法向应力效应图图3-14 3-14 高分子液体的高分子液体的“爬杆爬杆效应效应当聚合物熔体或浓溶液在容器中进

28、行搅拌时，分子链因当聚合物熔体或浓溶液在容器中进行搅拌时，分子链因受到旋转剪切力作用沿剪切方向拉伸取向缠绕在轴上，受到旋转剪切力作用沿剪切方向拉伸取向缠绕在轴上，同时无规那么热运动与熵的作用使分子链自发地卷曲回同时无规那么热运动与熵的作用使分子链自发地卷曲回缩，故分子链会向缩，故分子链会向 低的方向运动，即流体会沿内筒低的方向运动，即流体会沿内筒壁或轴上升，发生包轴或爬杆现象，又称韦森堡效应。壁或轴上升，发生包轴或爬杆现象，又称韦森堡效应。牛顿型流体牛顿型流体高分子液体高分子液体p pA A p pB B p pA A p pB BL o g oL o g o爬杆现象是一种有趣的高分子流体弹性

29、行为。出现爬杆现象是一种有趣的高分子流体弹性行为。出现这一现象的原因是高分子流体的粘弹性所致。这一现象的原因是高分子流体的粘弹性所致。高分子流体在剪切流场中，除表现有粘性外，还表高分子流体在剪切流场中，除表现有粘性外，还表现出奇异的弹性行为，存在法向应力差效应表现现出奇异的弹性行为，存在法向应力差效应表现为弹性为弹性 。 L o g oL o g ov熔体在外力作用下内部应力分布状熔体在外力作用下内部应力分布状态可用极小的立方体积元来描述态可用极小的立方体积元来描述v这种应力分布可用张量表示：这种应力分布可用张量表示：式中式中ijij 、jiji切应力；切应力； 11 11 、22 22 、3

30、3 33 法向应力；法向应力； N N1 1、N N2 2第一、第二法向应力差。第一、第二法向应力差。 流体元上的应流体元上的应力分布状态力分布状态2332212211333231232221131211)449(NNTjiijL o g oL o g ov法向应力差定义中下标法向应力差定义中下标1，2，3规定如下：规定如下：v 下标下标1：流动方向第一坐标轴方向；：流动方向第一坐标轴方向；v 下标下标2：速度梯度方向第二坐标轴方向，：速度梯度方向第二坐标轴方向，即流速改变的方向；即流速改变的方向；v 下标下标3：中性方向第三坐标轴方向。：中性方向第三坐标轴方向。v对于牛顿流体，是各向同性的，

31、在受切向力作对于牛顿流体，是各向同性的，在受切向力作用而流动时，法向应力差为零。用而流动时，法向应力差为零。00332222119-459-45L o g oL o g ov聚合物熔体为非牛顿流体聚合物熔体为非牛顿流体具有弹性，在受剪切力作具有弹性，在受剪切力作用而流动时会产生法向应用而流动时会产生法向应力差。法向应力差随剪切力差。法向应力差随剪切速率变化规律见速率变化规律见图图2-112-11。主要特征为：主要特征为：N N1 10 0，且随，且随剪切速率剪切速率增大而增大增大而增大。第第二法向应力差二法向应力差N N2 20 0，其绝，其绝对值远小于对值远小于N N1 1 ，约为，约为N

32、N1 1的的10%10%，即，即N N2 2 N011-22 0，出口流体膨胀，出口流体膨胀，第一法向应力差越大，胀大比越大。第一法向应力差越大，胀大比越大。L o g oL o g o3 3、减小挤出物胀大现象的措施、减小挤出物胀大现象的措施v1 1提高加工温度提高加工温度v2 2适当减小剪切应力适当减小剪切应力v3 3增大模孔长径比增大模孔长径比L/DL/Dv4 4对挤出物加以适当牵引对挤出物加以适当牵引L o g oL o g o9.4.5 9.4.5 不稳定流动和熔体破裂现象不稳定流动和熔体破裂现象v聚合物熔体在低剪切速率的流动条件下，各聚合物熔体在低剪切速率的流动条件下，各种因素引起

33、的小扰动容易受到抑制。种因素引起的小扰动容易受到抑制。v1、定义：聚合物熔体在高剪切速率时，液、定义：聚合物熔体在高剪切速率时，液体中的扰动难以抑制并易开展成不稳定流动，体中的扰动难以抑制并易开展成不稳定流动，引起液流破坏，这种现象称为引起液流破坏，这种现象称为“熔体破裂熔体破裂。v出现出现“熔体破裂熔体破裂时的剪切应力或剪切速率时的剪切应力或剪切速率称为临界剪切应力和临界剪切速率。称为临界剪切应力和临界剪切速率。L o g oL o g ov实验说明，高分子熔体从口模挤出时，当挤出实验说明，高分子熔体从口模挤出时，当挤出速率或剪切应力超过某一临界剪切速率速率或剪切应力超过某一临界剪切速率 或

34、临界剪切应力或临界剪切应力cc，容易出现弹性湍流，容易出现弹性湍流，导致流动不稳定，挤出物外表粗糙，失去光泽，导致流动不稳定，挤出物外表粗糙，失去光泽，类似于橘子皮。类似于橘子皮。v随挤出速率进一步增大，先后出现波浪形、鲨随挤出速率进一步增大，先后出现波浪形、鲨鱼皮形、竹节形、螺旋形畸变，最后导致完全鱼皮形、竹节形、螺旋形畸变，最后导致完全无规那么的熔体破裂。无规那么的熔体破裂。cL o g oL o g o流动的不稳定和熔体破裂流动的不稳定和熔体破裂挤出物的形状畸变示意图挤出物的形状畸变示意图剪剪切切应应力力增增加加高剪切速率条件高剪切速率条件下，在高聚物熔下，在高聚物熔体与毛细管壁间体与毛

35、细管壁间的滑移现象的滑移现象熔体黏度熔体黏度变化趋势变化趋势L o g oL o g ovPMMAPMMA于于170170、不同应力下，、不同应力下，发生不稳定流动时挤发生不稳定流动时挤出物试样出物试样L o g oL o g o造成熔体不稳定流动的重要原因造成熔体不稳定流动的重要原因: :熔体的弹性熔体的弹性1 1对于小分子液体，在较高雷诺数下，液体运动的对于小分子液体，在较高雷诺数下，液体运动的动能到达或超过克服粘滞阻力的流动能量时，那动能到达或超过克服粘滞阻力的流动能量时，那么发生湍流；么发生湍流；2 2对于高分子熔体，粘度高，粘滞阻力大，在较高对于高分子熔体，粘度高，粘滞阻力大，在较高

36、的剪切速率下，弹性形变增大，当弹性变形的储的剪切速率下，弹性形变增大，当弹性变形的储能到达或超过克服粘滞阻力的流动能量时，导致能到达或超过克服粘滞阻力的流动能量时，导致不稳定流动发生。将聚合物这种因弹性形变储能不稳定流动发生。将聚合物这种因弹性形变储能引起的湍流称为高弹湍流。引起的湍流称为高弹湍流。2 2、产生熔体破裂的原因、产生熔体破裂的原因L o g oL o g o1 1高弹湍流的临界条件高弹湍流的临界条件1 1临界剪切应力临界剪切应力mfmf 在熔体挤出中，当剪切应力接近在熔体挤出中，当剪切应力接近105N/m2105N/m2时，挤出时，挤出物出现熔体破裂现象。并随温度升高而略有增加，

37、物出现熔体破裂现象。并随温度升高而略有增加，见图见图3-363-36。以不同聚合物熔体出现不稳定流动时的。以不同聚合物熔体出现不稳定流动时的剪 切 应 力 取 其 平 均 值 可 得 到剪 切 应 力 取 其 平 均 值 可 得 到 ： m f m f =1.25=1.25105N/m2105N/m22 2临界粘度临界粘度mfmf 随着剪切速率的增大，当熔体粘度降至零切粘度的随着剪切速率的增大，当熔体粘度降至零切粘度的倍时，那么发生熔体破裂：倍时，那么发生熔体破裂：mf0mf03 3、熔体破裂的影响因素、熔体破裂的影响因素L o g oL o g ov该准数将熔体破裂的条件与分子本身的松弛时间

38、该准数将熔体破裂的条件与分子本身的松弛时间和外界剪切速率和外界剪切速率 关联起来，即关联起来，即 N Nw w= (= (无量纲无量纲) (9-49) (9-49)式中式中: =/G (-: =/G (-聚合物熔体粘度，聚合物熔体粘度，G-G-聚合物熔体聚合物熔体的弹性剪切模量的弹性剪切模量) )N Nw w1 7 7 时，熔体为不稳定流动或弹性湍流。时，熔体为不稳定流动或弹性湍流。3)“3)“弹性雷诺数弹性雷诺数 Nw Nw 又称韦森堡值又称韦森堡值L o g oL o g o9.5 9.5 拉伸粘度拉伸粘度v拉伸流动在纤维纺丝、薄膜拉伸或吹塑等各种生产拉伸流动在纤维纺丝、薄膜拉伸或吹塑等各

39、种生产过程中经常发生。对聚合物成型加工具有重要意义。过程中经常发生。对聚合物成型加工具有重要意义。v拉伸流动的特点拉伸流动的特点：液体流动的速度梯度方向与流动液体流动的速度梯度方向与流动方向平行，即产生了纵向的速度梯度，此时流动速方向平行，即产生了纵向的速度梯度，此时流动速度沿流动方向改变。度沿流动方向改变。v拉伸流动又可按拉伸是沿一个方向或相互垂直的两拉伸流动又可按拉伸是沿一个方向或相互垂直的两个方向同时进行分为个方向同时进行分为单轴拉伸流动单轴拉伸流动和和双轴拉伸流动双轴拉伸流动。L o g oL o g ov1 1单轴拉伸流动又称简单拉伸流动单轴拉伸流动又称简单拉伸流动: :其变形的其变形的特点是一个方向被拉长，其余两个方向因这一拉长特点是一个方向被拉长，其余两个方向因这一拉长而缩短。与剪切流动不同，拉伸流动中流速的变化而缩短。与剪切流动不同，拉伸流动中流速的变化方向与流速方向相同，而在剪切流动中流速的变化方向与流速方向相同，而在剪切流动中流速的变化方向