第五章高分子流体流动的影响因素.ppt

1、在第五章中，聚合物流体流动的影响因素主要是剪切稀化效应，但不同材料的流动曲线在三个方面仍有明显的不同：零剪切粘度不同，对于同一材料，它主要反映了材料分子量的不同，材料流动的临界剪切速率由线性行为向非线性行为转变，幂律流动面积的曲线斜率不同，即流动指数n不同。5.1剪切速率/应力对粘度的影响、柔性链倾向于通过链段的运动取向或链的解缠结来显著降低伪网络结构、流动单元和流动阻力的密度。对于刚性链，整个分子在高粘度熔体中很难取向，内摩擦阻力大，流动过程中取向效应小。随着剪切速率的增加，粘度变化不大。实际意义：对于刚性链，不能通过增加柱塞压力和螺杆速度来盲目增加流动性，但是对于柔性链，不能通过增加温度来

2、增加聚合物的流动性。当剪切速率恒定时，粘度取决于自由体积Vf和大分子链之间的缠结。自由体积是大分子片段扩散的地方。任何导致自由体积增加的因素都会激活大分子的运动，导致聚合物熔体粘度的降低。大分子之间的缠结使得分子链的运动变得非常困难和庞大。K1K2分子量对粘度的影响，分子量越大，移动大分子质心所需的协同运动单元越多，内摩擦阻力越大。如果低密度聚乙烯的分子量增加不到三倍，其粘度就会增加四到五个数量级。大多数聚合物熔体的剪切粘度对分子量有相同的依赖性，并且每个熔体都有一个临界分子量Mc。当它小于Mc时，粘度与分子量成正比；当它较大时，粘度随分子量急剧增加。当分子量较低时，分子之间可能存在缠结，但解

3、缠结进行得很快，并且没有形成有效的伪网络结构。当分子量大于临界分子量时，分子链变长并缠绕在一起，流动单元变大，流动阻力增加，粘度急剧增加。注射成型的分子量较低，挤出成型的分子量较高，吹塑成型的分子量介于两者之间。分子量分布通常用重均分子量与数均分子量之比来表示。分子量分布和平均分子量、分子量分布：当分子量相同时，分子量分布窄，粘度变化小，窄分布的长链比小；当剪切速率较低时，有许多宽的缠结结构和高的伪网络结构密度，因此粘度较高；当剪切速率大幅度增加时，更多的伪网络结构被破坏和展开，伪网络结构密度大大降低，流动单元和阻力减小，剪切变薄明显。在纺丝和塑料的注射和挤出加工中，剪切速率相对较高，分子量分

4、布的宽度对熔体粘度的剪切速率依赖性有很大影响。在高剪切速率下，指数不能反映粘度，指数相似，但窄分子量分布的粘度高于宽分子量分布的粘度。在橡胶加工中，要求分子量分布宽，低分子量相当于增塑剂，增塑剂在塑化高分子量部分中起作用。当与其他添加剂混合捏合时，更容易食用，具有更好的流动性，可以降低能耗，提高产品的外观光洁度，而高分子量保证了产品的物理机械性能。5.3分子形状对粘度的影响，几种形式的支化聚合物，分子链支化：短支链使粘度降低，长支链使粘度增加，短支链体系粘度略低于线性结构，不会产生缠结，增加分子间距离，降低分子间作用力。长链膜以上比较是在相同重均分子量和相似分布下，压力对典型短链高密度聚乙烯、

5、LLDPE和长链低密度聚乙烯粘度的影响。压力：粘度随着压力的增加而增加。在高压下，聚合物材料内部的自由体积减小，分子链活性降低，从而提高玻璃化转变温度(100兆帕)。压力对非晶态材料的影响大于晶态材料。压力的影响在聚集态有一些自由体积的空穴。聚合物熔体是一种可压缩流体。在模制过程中，聚合物熔体受到其自身流体静压力和外力的影响。例如，成型压力为：l10MPa，聚合物熔体的体积压缩为l%。注射成型时，注射压力可达100兆帕，有明显的体积压缩。体积压缩和自由体积的减小(分子间距离的减小)导致流体粘度的增加和流动性的降低。结论：增加压力会增加聚合物熔体的粘度。聚合物粘度对压力变化的敏感性：支化低密度聚

6、乙烯比线性高密度聚乙烯具有更大的自由体积、更松散的分子堆积和更大的压缩性；聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯具有更大的侧基和更大的自由体积；对于一些聚合物，简单地增加压力来增加熔体流动速率是不合适的。过大的压力也会导致过度的能量消耗和设备的更大磨损。5.6温度对粘度和添加剂的影响，碳酸钙：碳酸钙是一种无机惰性填料，可以降低成本和增强。影响：首先，增加系统内部的微空隙，增加材料内部的应力集中点，加速失效过程；第二，系统的粘度增加，弹性降低，加工困难，设备磨损加速。碳酸钙颗粒也具有堆积结构。在连续的剪切力作用下，结构经历了从解体到重建、从混沌到有序、从不平衡到平衡的渐进过程，表现出触变性。填充量越高，体系的粘度越高，但粘性流的活化能几乎不变，高填充体系有时表现出屈服应力。炭黑是橡胶工业中广泛使用的增强材料。加入炭黑后，橡胶制品的拉伸强度可提高几倍至几十倍。炭黑粘度增加的原因是炭黑颗粒是活性填料，几个大分子链可以同时吸附在它们的表面形成缠结点。这些缠结点阻碍了大分子链的运动和滑移，并增加了系统的粘度。炭黑用量越多，颗粒尺寸越细，结构越高，缠结点的密度越高，粘度越大。软化和塑化材料主要用于高粘度、高熔点和难加工的高填充聚合物体系，以降低熔体粘度、降低熔点和改善流动性。软化塑化材料的作用