第九章 聚合物的流变性

1、2022-6-191高分子物理 Polymer Physics苏州大学材料与化学化工学部College of Chemistry，Chemical Engineering & Materials Science, Suzhou UniversityJian-Jun Wang2022-6-192第九章第九章 聚合物的流变性聚合物的流变性本章学时：42022-6-193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，重点学习粘度的影响因素及改善加工流动性的方法。 根据高分子链本身的结构特点，全面理解和掌握聚合物熔体流动的特点和影响流动的各种因素，学会通过分子结构判断流动性好坏，并

2、指导加工。 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。 教学内容：教学内容：重点要求：重点要求：教学目的：教学目的：2022-6-194第二十四讲第二十四讲 牛顿流体和非牛顿流体及牛顿流体和非牛顿流体及熔体切粘度的测定方法熔体切粘度的测定方法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体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 聚合物熔体的流动特点，为什么聚合物熔体为假塑性流体?主要内容：主要内容：本讲重点：本讲重点：2022-6-195什么是流变学？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

3、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。2022-6-196溶液纺丝塑料的挤出、吹塑、注射、浇注工业中工业中的应用的应用当温度当温度T T 高于非晶态聚合物的高于非晶态聚合物的T Tf f 、晶态聚合物的、晶态聚合物的T Tm m时，聚合物变为可流动的粘流态或称熔融态，时，聚合物变为可流动的粘流态或称熔融态，形变随时间发展，并且不可逆。形变随时间发展，并且不可逆。热塑性聚合物的热塑性聚合物的加工成型加工成型大多是利用其熔体的流动性能。这种流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要加工状态。动态也是高聚物溶液的主要加工状态。2022-6-197非熔融态加工的聚合物

4、种类(1) 交联聚合物：硫化橡胶、酚醛树脂、环氧树脂等；(2) 分解温度Td 1, 膨胀性流体n Td加工中如何办？PANTf Td熔融纺丝熔融纺丝溶液纺丝溶液纺丝PS熔融加工熔融加工溶液成型溶液成型PVCTf Tg+1002022-6-1945(6) 压力对粘度的影响在注射、挤出等加工中，聚合物熔体受到的周围熔体的静压力导致物料体积收缩，分子链之间相互作用增大，熔体粘度增高，甚至无法加工。PPPT？2022-6-1946切敏材料和温敏材料RTEAa/lnln柔性链，E - 粘流活化能小，粘度对温度不敏感，对切变速率敏感刚性链，E粘流活化能大，粘度对温度敏感刚性链刚性链如PC, PMMA柔性链

5、柔性链切敏切敏如PE, POM升温提速升温提速2022-6-19472022-6-19489.3 聚合物熔体的弹性表现高聚物流体是一种兼有粘性和弹性的液体。特别是当高聚物流体是一种兼有粘性和弹性的液体。特别是当分子量大，外力作用时间短或速度很快，温度在熔点分子量大，外力作用时间短或速度很快，温度在熔点以上不多时，弹性效应显著以上不多时，弹性效应显著(WHY?)。主要类型类型Weissenberg 韦森堡效应（亦称法向法向效应效应或爬杆效应Balus 包拉斯效应（亦称挤出涨大挤出涨大）可回复的切形变可回复的切形变不稳定流动不稳定流动2022-6-19499.3.1 可回复的切形变可回复的切形变可

6、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2022-6-19509.3.2包轴效应（包轴效应（ Weissenberg 韦森堡效应韦森堡效应) 法向应力效应法向应力效应小分子流体聚合物流体2022-6-19519.3.3 挤出胀大挤出胀大 Die swell定义：挤出机挤出的高聚物熔体其直径比挤出模孔的直径大的现象。2022-6-1952一般高聚物熔体的B值可达3-4，随剪切速率值的增加而增加，在低剪切速率时趋于1.135。挤出物胀大一般用膨胀比（B）来表示。就是挤出物直径Dmax与模孔直径D0之比。严格地说， Dmax应是完全松弛之后的挤出物直径。2022-6-1953如何减小挤

7、出涨大？引起聚合物弹性形变储能剧烈变化区域为：模孔入口入口处，毛细管壁壁和模孔出口出口处。模口设计成流线型，提高加工温度等2022-6-19549.3.4 9.3.4 不稳定流动不稳定流动鲨鱼皮形鲨鱼皮形波浪形波浪形竹节形竹节形螺旋形螺旋形不规则破裂不规则破裂2022-6-1955在较高的拉伸速率下，E的变化比较复杂。拉伸应力与拉伸速率之比值称为拉伸粘度(又称Trouton粘度)，即：在低拉伸速率下，聚合物熔体的单轴拉伸粘度 是零切粘度0的三倍。（似牛顿体）在低拉伸速率下，牛顿流体的双轴拉伸粘度 是零切粘度0的6倍。9.4 拉伸粘度2022-6-1956拉伸粘度随拉伸速率的增加而增加，则可使纤维的纺丝过程变得容易和稳定。这是因为在纺丝过程中，如果在纤维中产生了一薄弱点，它就会导致该点截面积的减小和拉伸速率的增加，而拉伸速率的增加又会引起拉伸粘度的增加,这就阻碍了对薄弱部分的进一步拉伸。拉伸粘度与拉伸应力(或拉伸速率)的关系：(1)有