高聚物的流變性1

1、第九章第九章 聚合物的流變性聚合物的流變性本章教學(xué)內(nèi)容、要求及目的重點要求：重點要求：掌握由于聚合物是長鏈大分子所帶掌握由于聚合物是長鏈大分子所帶來的流動特征與小分子的不同，重點學(xué)習(xí)粘度的來的流動特征與小分子的不同，重點學(xué)習(xí)粘度的影響因素及改善加工流動性的方法。影響因素及改善加工流動性的方法。 教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：牛頓流體和非牛頓流體；聚合物牛頓流體和非牛頓流體；聚合物的切粘度；聚合物熔體的彈性表現(xiàn)的切粘度；聚合物熔體的彈性表現(xiàn) 。 牛頓流體和非牛頓流體及熔體切粘度牛頓流體和非牛頓流體及熔體切粘度的測定方法的測定方法主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：牛頓流體和非牛頓流體牛頓流體和非牛頓流體牛頓流體和非牛頓流

2、體牛頓流體和非牛頓流體聚合物粘性流動的特點聚合物粘性流動的特點 聚合物的切粘度聚合物的切粘度聚合物熔體切粘度的測定方法聚合物熔體切粘度的測定方法 重點：重點：聚合物熔體的流動特點，為什么聚合物聚合物熔體的流動特點，為什么聚合物熔體為假塑性流體熔體為假塑性流體 什么是流變學(xué)？流動形變當(dāng)高聚物熔體和溶液（簡稱流體）在受外力作用時，既表現(xiàn)粘性流流動，又表現(xiàn)出彈性形變變，因此稱為高聚物流體的流變性或流變行為。導(dǎo)言： 當(dāng)溫度當(dāng)溫度T T 高于非晶態(tài)聚合物的高于非晶態(tài)聚合物的T Tf f 、晶態(tài)聚合晶態(tài)聚合物的物的T Tm m時：時： 聚合物變?yōu)榭闪鲃拥恼沉鲬B(tài)或稱熔融態(tài)，形聚合物變?yōu)榭闪鲃拥恼沉鲬B(tài)或稱熔融

3、態(tài)，形變隨時間發(fā)展，并且不可逆。變隨時間發(fā)展，并且不可逆。 熱塑性聚合物的加工成型熱塑性聚合物的加工成型大多是利用其熔體大多是利用其熔體的流動性能。這種流動態(tài)也是高聚物溶液的主的流動性能。這種流動態(tài)也是高聚物溶液的主要加工狀態(tài)。要加工狀態(tài)。熔融態(tài)加工對某些聚合物除外 交聯(lián)聚合物：硫化橡膠、酚醛、環(huán)氧樹脂 分解溫度Td 1, 膨脹性流體n 1, 假塑性流體表觀粘度 Apparent viscositySubstitute表觀粘度與形變速率有關(guān)Bingham plastic剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系Pseudoplastic 假塑性流體假塑性流體Dilatant 膨膨脹性流體脹性流體表觀粘度和剪切速

4、率的關(guān)系假塑性流體假塑性流體膨脹性流體膨脹性流體冪律方程:假塑性流體：切力變稀脹塑性流體：剪切變稠賓漢流體: 塑性(牛頓）,假塑性（非牛頓）, 存在y,流動體系結(jié)構(gòu)變化。 如油漆, 瀝青,聚合物的濃溶液 膨脹性流體: 切力增稠，體積膨脹。懸浮體 系，如聚合物 分散體系 膠乳， 聚合 熔體填料體系非牛頓流體分類:若流變行為與時間無關(guān)若流變行為與時間有關(guān)流變特性不能隨切變速率的變化瞬時調(diào)整到平衡態(tài)，而是不斷隨時間改變，“與時間有關(guān)的”流體：觸變體：恒定切變速率需要的切應(yīng)力隨剪切持續(xù)時間的延長而減少。結(jié)構(gòu)破壞帶來的，粘度隨時間減小。凍膠、油漆。流凝體：恒定切變速率需要的切應(yīng)力隨剪切持續(xù)時間的延長而增

5、加。某種結(jié)構(gòu)形成，粘度隨時間增加。如飽和聚酯。假塑性流體和膨脹性流體假塑性流體：粘度隨剪切速率或剪切應(yīng)力的增加而下降的流體(大部分聚合物熔體是假塑性流體)。WHY： 用纏結(jié)理論解釋。膨脹性流體：粘度隨剪切速率或剪切應(yīng)力的增加而上升的流體。 WHY： 用體積膨脹理論來解釋。9.1.4 高聚物流體的流動規(guī)律聚合物熔體的剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系表觀粘度和剪切速率的關(guān)系 0 第一牛頓區(qū)第一牛頓區(qū)冪律區(qū)（假塑區(qū)）冪律區(qū)（假塑區(qū)） 第二牛頓區(qū)第二牛頓區(qū)Explanation第一牛頓區(qū)：低剪切速率時，纏結(jié)與解纏結(jié)速率處于一個動態(tài)平衡，表觀粘度保持恒定，定為 0，稱零切粘度零切粘度，類似牛頓流體。冪律區(qū)：剪切速

6、率升高到一定值，解纏結(jié)速度快，再纏結(jié)速度慢，流體表觀粘度隨剪切速率增加而減小，即剪切稀化，呈假塑性行為。第二牛頓區(qū)第二牛頓區(qū)：剪切速率很高時，纏結(jié)遭破壞，再纏結(jié)困難，纏結(jié)點幾乎不存在，表觀粘度再次維持恒定，定為 ，稱牛頓極限粘度牛頓極限粘度，又類似牛頓流體行為。9.2 聚合物熔體的切粘度測定方法落球粘度計毛細管流變儀旋轉(zhuǎn)粘度計（1）落球式粘度計落球式粘度計特點特點：測極低值的一切粘度（：測極低值的一切粘度（ 0）原理原理：半徑為：半徑為r，密度，密度為為 的圓球，在粘度的圓球，在粘度為為 ，密度為，密度為 的的無限延伸的液體中運動無限延伸的液體中運動時，小球受阻力時，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 液體的密度液體的密度 vgs9)(2s（2）毛細管流變儀毛細管流變儀它可以求出施加于熔體上的剪切應(yīng)力和它可以求出施加于熔體上的剪切應(yīng)力和剪切速率之間的關(guān)系，即求出熔體的流剪切速率之間的關(guān)系，即求出熔體的流動曲線，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)容易，動曲線，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)容易，并能通過出口膨脹來考慮熔體彈性；缺并能通過出口膨脹來考慮熔體彈性；缺點是剪切速率高，不穩(wěn)定，需要做一系點是剪切速率高，不穩(wěn)定，需要做一系列校正，但是毛細管流變儀仍是用途最列校正，但是毛細管流變儀仍是用途最廣泛的。廣泛的。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體在壓力下被擠出的過程，用毛細體在壓力下被擠出的過程，用毛細管流變可以得到十分接近加工條件管流變可以得到十分接近加工條件的流變學(xué)物理量的流變學(xué)物理量n不僅能測不僅能測 與與 之間的關(guān)系，還之間的關(guān)系，還可以根據(jù)擠出物的外形和直徑，或可以根據(jù)擠出物的外形和直徑，或者通過改變毛細管的長徑比來觀察者通過改變毛細管的長徑比來觀察聚合物熔體的彈性和不穩(wěn)定流動現(xiàn)聚合物熔體的彈性和不穩(wěn)定流動現(xiàn)象象n原理原理：活塞桿在十字：活塞桿在十字頭的帶動下以恒速下頭的帶動下以恒速下移，擠壓高聚物熔體移，擠壓高聚物熔體從毛細管流出，用測從毛細管流出，用測力頭將擠出熔體的力力頭將擠出熔體的力

9、轉(zhuǎn)成電訊號在記錄儀轉(zhuǎn)成電訊號在記錄儀上顯示，從上顯示，從 的的測定，可求得測定，可求得 與與 之間的關(guān)系之間的關(guān)系pv n由由 可求出毛細管內(nèi)流量，可求出毛細管內(nèi)流量，再由求出再由求出 ，n根據(jù)根據(jù) 算出算出，再由已知的，再由已知的、求出、求出 ，n但要進行二點改正：非牛頓性修正但要進行二點改正：非牛頓性修正入口修正（因為測定用的毛細管并入口修正（因為測定用的毛細管并非假設(shè)的無限長）非假設(shè)的無限長）vf(3)轉(zhuǎn)動粘度計轉(zhuǎn)動粘度計同軸圓筒轉(zhuǎn)動粘度計同軸圓筒轉(zhuǎn)動粘度計一種外筒轉(zhuǎn)，內(nèi)筒不一種外筒轉(zhuǎn)，內(nèi)筒不動；動； 一種內(nèi)筒轉(zhuǎn)，外筒不一種內(nèi)筒轉(zhuǎn)，外筒不動。動。 以內(nèi)筒浸入被測液體以內(nèi)筒浸入被測液體中，內(nèi)筒的角速度中，內(nèi)筒的角速度轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動。 b 內(nèi)筒半徑內(nèi)筒半徑 c 外筒半徑外筒半徑 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩)11(422cbRRLM2222222rARRRRrrbccbn作圖可得流動