聚合物流变性

1、关于聚合物的流变性第一张，PPT共五十七页，创作于2022年6月1Rheology? = the science of flow引 言 高分子熔体和溶液具有流变性，是高分子材料可以加工成型不同形状制品的依据。 高分子熔体粘度小分子液体流动阻力的大小 粘度第二张，PPT共五十七页，创作于2022年6月2（3）熔体流动时伴随高弹形变：因为在外力作用下，高分子链沿外力方向发生伸展，当外力消失后，分子链又由伸展变为卷曲，使形变部分恢复，表现出弹性行为（1）粘度大，流动性差: 这是因为高分子链的流动是通过链段的相继位移来实现分子链的整体迁移，类似蚯蚓的蠕动聚合物的流变特点 （2）不符合牛顿流动规律：在流

2、动过程中粘度随切变速率的增加而下降（剪切变稀）第三张，PPT共五十七页，创作于2022年6月39.1 牛顿流体和非牛顿流体9.1.1 牛顿流体流体流动：层流和湍流。层流可以看成是液体在切应力作用力以薄层流动，层间有速度梯度，液体反抗这种流动的内摩擦力叫做切粘度。第四张，PPT共五十七页，创作于2022年6月4即：应变速率等于速度梯度第五张，PPT共五十七页，创作于2022年6月5牛顿流动定律若垂直于y轴的单位面积液层上所受的力为第六张，PPT共五十七页，创作于2022年6月6非牛顿流体: 不符合牛顿流动定律,称为非牛顿流体，通常可以用流动曲线来作判定。各类流体的流动曲线DNSiBPB切变速率y

3、9.1.2 非牛顿流体 N：牛顿流体D：切力增稠流体S：切力变稀流体（假塑性流体）iB：理想宾汉流体pB：假塑性宾汉流体第七张，PPT共五十七页，创作于2022年6月7切变速率各类流体的粘度与切变速率的关系N：牛顿流体D：切力增稠流体S：切力变稀流体（假塑性流体）iB：理想宾汉流体pB：假塑性宾汉流体DSPBiBN第八张，PPT共五十七页，创作于2022年6月8Ideal elastic solidIdeal viscous liquidBingham liquid宾汉流体 Bingham liquid理想宾汉体假塑性宾汉体第九张，PPT共五十七页，创作于2022年6月9切变速率切力变稀、切力

4、变稠大部分高分子熔体的行为在低切变速率是为牛顿流体，随着切变速率增加，粘度变稀，即切力变稀；悬浮体等也有随着切变速率增加，粘度增大的现象，即切力增稠。切力变稀切力增稠第十张，PPT共五十七页，创作于2022年6月10在非牛顿流体中切粘度的数值不是常数，随着切变速率的变化而变化。称为表观粘度第十一张，PPT共五十七页，创作于2022年6月11第十二张，PPT共五十七页，创作于2022年6月12流凝体:维持恒定的切变速率,粘度随着时间的增加而增大的流体(某种结构的生成)，如饱和聚酯等触变体:维持恒定的切变速率,粘度随着时间的增加而减小的流体(某种结构的破坏)，如油漆等表观粘度与时间的曲线滞回流动曲

5、线第十三张，PPT共五十七页，创作于2022年6月13聚合物流体的流动都遵循幂律定律n=1, n与1相差越大，偏离牛顿流体的程度越强n 1, n 1, n Tg+100），高分子熔体粘度与温度的依赖关系可用Arrhenius方程很好地描述： 第三十四张，PPT共五十七页，创作于2022年6月34粘流活化能为流动过程中，流动单元（即链段）用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量。 粘流活化能是描述材料粘-温依赖性的物理量。既反映着材料流动的难易程度，更重要的是反映了材料粘度变化的温度敏感性。 一般说来，分子链刚性大，极性强，或含有较大侧基的材料，链段体积大，粘流活化能较高，如PVC

6、、PC、纤维素等；与此相反，柔性较好的线型高分子材料粘流活化能较低。 第三十五张，PPT共五十七页，创作于2022年6月35刚性分子斜率较大，活化能较高，温度对粘度的影响越大温敏性材料。第三十六张，PPT共五十七页，创作于2022年6月36剪切速率的影响 加工方法剪切速率/ s-1压制100-101开炼5101-5102挤出101-103压延5101-5102纺丝102-105注射103-105柔性链高分子的表观粘度随剪切速率的增加下降明显切敏性材料第三十七张，PPT共五十七页，创作于2022年6月37柔性链刚性链E小E大粘度对温度不敏感对剪切速率敏感粘度对温度敏感温敏材料切敏材料aTPCPE

7、POMPS醋酸纤维aPEPSPC醋酸纤维第三十八张，PPT共五十七页，创作于2022年6月38配合剂的影响 对流动性影响较显著的配合剂有两大类 填充补强材料 软化增塑材料 碳酸钙，赤泥，陶土，高岭土，碳黑、短纤维等 各种矿物油，一些低聚物等 主要作用：使体系粘度上升，弹性下降，硬度和模量增大，流动性变差 主要作用：减弱物料内大分子链间的相互牵制，使体系粘度下降，非牛顿性减弱，流动性改善 第三十九张，PPT共五十七页，创作于2022年6月399.4 聚合物熔体的弹性效应 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，温度在熔点以上不多时，弹性效应显著。弹性形变

8、起因：一部分是由于切应力作用下流动场中的分子链取向使体系熵减少造成。另一部分是当流线收敛变化时受到的拉伸应力作用，这些力会引起弹性形变。第四十张，PPT共五十七页，创作于2022年6月40主要类型韦森堡效应（亦称法向效应或爬杆效应）包拉斯效应（亦称挤出涨大）可回复的切形变不稳定流动无管虹吸第四十一张，PPT共五十七页，创作于2022年6月419.4.1 可回复的切形变第四十二张，PPT共五十七页，创作于2022年6月429.4.2 动态粘度切变速率复数粘度能量耗散能量储存第四十三张，PPT共五十七页，创作于2022年6月439.4.3 韦森堡效应（亦称法向效应或爬杆效应或包轴效应）小分子流体聚

9、合物流体聚合过程中体现当轴在液体中旋转时，离轴越近的地方剪切速率越大，故法向应力越大，相应地，高分子链的弹性回复力越大，从而使熔体沿轴向上挤，形成包轴现象第四十四张，PPT共五十七页，创作于2022年6月44流体元上的应力分布状态爬杆现象是一种有趣的高分子液体弹性行为。出现这一现象的原因仍然追寻到高分子液体的粘弹性。分析得知，在所有流线弯曲的剪切流场中高分子流体元除受到剪切应力外（表现为粘性），还存在法向应力差效应（表现为弹性）。 第四十五张，PPT共五十七页，创作于2022年6月459.4.4 包拉斯效应（亦称挤出涨大）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DmaxD第四十六张

10、，PPT共五十七页，创作于2022年6月46模孔入口处流线收敛，在流动方向产生速度梯度，因而高分子熔体在拉力下产生拉伸弹性形变，当口模较短时，这部分形变来不及完全松弛掉，出口模时要回复；熔体在口模中流动时有法向应力差，由此产生的弹性形变在出口模后也要回复。第四十七张，PPT共五十七页，创作于2022年6月47实验表明，一切影响高分子熔体弹性的因素都对挤出胀大行为有影响。如挤出温度升高，或挤出速度下降，或体系中加入填料而导致高分子熔体弹性形变减少时，挤出胀大现象明显减轻。 第四十八张，PPT共五十七页，创作于2022年6月48无管虹吸现象也与高分子液体的弹性行为有关。液体的这种弹性使之容易产生拉

11、伸流动，拉伸液流的自由表面相当稳定，因而具有良好的纺丝和成膜能力。 9.4.5 无管虹吸第四十九张，PPT共五十七页，创作于2022年6月499.4.6 不稳定流动和熔体破裂现象 第五十张，PPT共五十七页，创作于2022年6月50第五十一张，PPT共五十七页，创作于2022年6月51Unstable flowABC解释高弹湍流：高切变速率下，当高弹形变的储能超过克服粘滞阻力的流动能量时产生的不稳定流动熔体在管壁的滑移（B 处）熔体流经管道死角（A、C 处） 第五十二张，PPT共五十七页，创作于2022年6月52从形变能的观点看，高分子液体的弹性贮能本领是有限的。当外力作用速率很大，外界赋予液

12、体的形变能远远超出液体可承受的极限时，多余的能量将以其它形式表现出来，其中产生新表面、消耗表面能是一种形式，即发生熔体破裂。 关于发生不稳定流动的机理目前尚无统一认识，但各种假定都认为，这也是高分子液体弹性行为的表现。第五十三张，PPT共五十七页，创作于2022年6月53当高聚物加工过程中伴有流体的流线收敛时，熔体受到拉伸应力作用而引起拉伸流动，在平行于流动方向上产生纵向的速度梯度场。9.5 拉伸粘度第五十四张，PPT共五十七页，创作于2022年6月54拉伸流动过程中熔体的粘度为拉伸粘度，拉伸粘度定义为拉伸流动的拉伸应力与拉伸应变速率的比值：第五十五张，PPT共五十七页，创作于2022年6月55在