流變學(xué)復(fù)習(xí)(名詞解釋)

1、流變學(xué)：研究材料流動及變形規(guī)律的科學(xué)。熔融指數(shù)：在一定的溫度和負(fù)荷下，聚合物熔體每10min通過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)口模的質(zhì)量，單位g/10min。假塑性流體：指無屈服應(yīng)力,并具有粘度隨剪切速率增加而減小的流動特性的流體?？苫貜?fù)形變：先對流變儀中的液體施以一定的外力，使其形變，然后在一定時間內(nèi)維持該形變保持恒定，而后撤去外力，使形變自然恢復(fù)。韋森堡效應(yīng)&爬桿現(xiàn)象&包軸現(xiàn)象：當(dāng)圓棒插入容器中的高分子液體中旋轉(zhuǎn)時，沒有因慣性作用而甩向容器壁附近，反而環(huán)繞在旋轉(zhuǎn)棒附近，出現(xiàn)沿棒向上爬的“爬桿”現(xiàn)象。第2光滑擠出區(qū)：剪切速率持續(xù)升高，當(dāng)達(dá)到第二臨界剪切速率后，流變曲線跌落，然后再繼續(xù)發(fā)展，擠出物表面可能又變得光

2、滑，這一區(qū)域稱為第二光滑擠出區(qū)擠出脹大&彈性記憶效應(yīng)：指高分子被強(qiáng)迫擠出口模時，擠出物尺寸要大于口模尺寸，截面形狀也發(fā)生變化的現(xiàn)象。冷凍皮層：熔體進(jìn)入冷模后，貼近模壁的熔體很快凝固，速度銳減，形成冷凍皮層法向應(yīng)力效應(yīng)：聚合物材料在口模流動中，由于自身的黏彈特性，大分子鏈的剪切或拉伸取向?qū)е缕淞W(xué)性能的各向異性，產(chǎn)生法向應(yīng)力效應(yīng)。松弛時間：是指物體受力變形，外力解除后材料恢復(fù)正常狀態(tài)所需的時間。Deborah數(shù)：松弛時間與實(shí)驗(yàn)觀察時間之比。1時做黏性流體，1時做彈性固體。殘余應(yīng)力：構(gòu)件在制造過程中，將受到來自各種工藝等因素的作用與影響；當(dāng)這些因素消失之后，若構(gòu)件所受到的上述作用于影響不能隨之而完

3、全消失，仍有部分作用與影響殘留在構(gòu)件內(nèi)，則這種殘留的作用與影響稱為殘余應(yīng)力。表觀粘度：非牛頓型流體流動時剪切應(yīng)力和剪切速率的比值。表觀剪切黏度：表觀粘度定義流動曲線上某一點(diǎn)與的比值。入口校正：對于粘彈性流體，當(dāng)從料筒進(jìn)入毛細(xì)管時，由于存在一個很大的入口壓力損失，因此需要通過測壓力差來計算壓力梯度時所進(jìn)行的校正。駐點(diǎn)：兩輥筒間物料的速度分布中，在x*處,物料流速分布中,中心處的速度=0,稱駐點(diǎn)。 本構(gòu)方程：描述應(yīng)力分量與形變分量或形變速率分量之間關(guān)系的方程,是描述一大類材料所遵循的與材料結(jié)構(gòu)屬性相關(guān)的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律的方程. 反映流變過程中材料本身的結(jié)構(gòu)特性。 冪律方程：用于描述非牛頓型流動行為的方

4、程。粘流活化能：E定義為每摩爾運(yùn)動單元所需要的能量，它表征粘度對溫度的依賴性，E越大，粘度對溫度的依賴性越強(qiáng)，溫度升高，其粘度下降得越多。 第二光滑擠出區(qū)：當(dāng)剪切速率繼續(xù)增大時，熔體在模壁附近會出現(xiàn)“全滑動”，這時會得到表面光滑的擠出物，這一區(qū)域稱為第二光滑擠出區(qū)。Weissenberg數(shù)：第一法向應(yīng)力差與剪切應(yīng)力之比。 非牛頓指數(shù)：在入口收斂流動的邊界流線微分方程中，用來表征熔體非牛頓特性的參數(shù)。 第一法向應(yīng)力差 ：沿著流動方向受拉伸，拉抻了的分子鏈產(chǎn)生最大法向應(yīng)力11，使流體處于緊張狀態(tài)，像有收縮力作用，起到一個“箝住效應(yīng)”;在此同時，由于剪切作用，另一方面會在垂直于流動方向（垂直于剪切面

5、）產(chǎn)生正向推力22，兩者之差就是第一法向應(yīng)力差。觸變性流體：在恒溫和恒定的切變速率下，粘度隨時間遞減的流體。震凝性流體：在恒溫和恒定的切變速率下，粘度隨時間遞增的流體。平衡轉(zhuǎn)矩：膠料混煉時，轉(zhuǎn)矩隨物料的不斷均化最終達(dá)到的平衡值。拉伸粘度拉：伸應(yīng)力與拉伸應(yīng)變速率之比，表示流體對拉伸流動的阻力。賓漢流體: 與牛頓型流體的流動曲線均為直線，但它不通過原點(diǎn)，只有當(dāng)剪切應(yīng)力超過一定屈服應(yīng)力值之后才開始塑性流動。牙膏、油漆是典型的賓漢流體。脹塑性流體: 剪切速率很低時，流動行為與牛頓型流體基本相同，剪切速率超過某一臨界后，隨剪切速率增大，流動曲線彎向切應(yīng)力坐標(biāo)軸，剪切黏度增大，呈現(xiàn)“剪切變稠”的流體。拉伸

6、流動：指物料運(yùn)動的速度方向在速度梯度方向平行。 凍結(jié)分子取向：因分子取向被凍結(jié)而產(chǎn)生的應(yīng)力稱凍結(jié)分子取向熔體破裂（破碎）現(xiàn)象：高分子熔體從口模擠出時，當(dāng)擠出速度過高，超過某一臨界剪切速率時，容易出現(xiàn)彈性湍流，導(dǎo)致流動不穩(wěn)定，擠出物表面粗糙，隨擠出速度的增大，可能分別出現(xiàn)波浪形，鯊魚皮形，竹節(jié)形，螺旋形畸變，最后導(dǎo)致完全無規(guī)則的擠出物斷裂，稱為熔體破裂現(xiàn)象。 拖曳流：指對流體不加壓力而靠邊界運(yùn)動產(chǎn)生力場，由粘性作用使流體隨邊界流動，稱Couette庫愛特流動。壓力流：指物料在管中流動,是由于管道兩端存在壓力差,而邊界固定不動，稱Poiseuille泊肅葉流動。出口壓力降：指粘彈性流體在毛細(xì)管入口

7、區(qū)的彈性形變在經(jīng)過毛細(xì)管后尚未全部松弛，至出口處仍殘存部分內(nèi)壓力，則將表現(xiàn)為出口壓力降。 臨界切應(yīng)力&臨界切變速率：一般隨剪切速率增大，至一臨界值就產(chǎn)生破裂，而且越來越嚴(yán)重，這個開始產(chǎn)生破裂的速率或應(yīng)力。殘余應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力大：若物料冷卻速率高，冷卻時間短而松弛時間較長，則冷卻后有較多應(yīng)力被凍結(jié)在制品內(nèi)，稱殘余應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力大。用于表征高聚物熔體彈性的物理量有：可回復(fù)剪切形變、擠出物脹大、法向應(yīng)力效應(yīng)，熔體破裂等。彈性模量的影響因素：鏈結(jié)構(gòu)（分子量、分子量分布、支化）；加工條件（溫度、剪切速率）；配方（填料）拉伸流動：從流變學(xué)意義上講，指物料運(yùn)動的速度方向在速度梯度方向平行。拉伸粘度：在穩(wěn)態(tài)單軸拉伸

8、中，即拉伸速率為恒定值，設(shè)x1為拉伸方向，體系的穩(wěn)態(tài)拉伸粘度定義為：粘流活化能：E定義為分子鏈流動時用于克服分子間作用力以便更換位置所需要的能量，或者每摩爾運(yùn)動單元所需要的能量，它表征粘度對溫度的依賴性，E越大，粘度對溫度的依賴性越強(qiáng)，溫度升高，其粘度下降得越多。螺桿特性曲線 口模特性曲線擠出機(jī)穩(wěn)定工作點(diǎn)對同一螺桿改變不同的轉(zhuǎn)速，將方程繪在-坐標(biāo)圖上得到的一系列具有負(fù)斜率的平行直線稱為螺桿特性曲線改變口模大小，將繪在坐標(biāo)圖上得到的一系列經(jīng)過原點(diǎn)，斜率不同的直線稱為口模特性曲線。兩組直線的交點(diǎn)就是適于該機(jī)頭口模和螺桿轉(zhuǎn)速下擠出機(jī)的綜合工作點(diǎn)，該點(diǎn)所對應(yīng)的qv為擠出機(jī)在操作條件下的生產(chǎn)率。螺桿轉(zhuǎn)速

9、：直線越上越大；口模尺寸：斜率大的大開煉加工過程壓力、速度分布壓力度分布：極大值:在x=-,即在輥距之前極小值:在x=,p=0,即物料脫離輥筒表面的位置.在x=-x0,物料剛進(jìn)入輥筒處,物料尚未承受壓力.在最小輥距處,即x=0處,即此時物料內(nèi)壓力為極大值的一半.速度分布兩個特殊點(diǎn):x=,vx=v,即壓力極大值處和物料脫輥處,物料流速等于輥筒表面線速度,且速度沿y方向均等分布,保證壓出料片速度均勻平穩(wěn)壓出.在-x,前方壓力小,后部壓力大,壓差作用向前,形成正壓力流,各層速度大于輥筒表面線速度.在x-,前方壓力大,后部壓力小,形成反壓力流,各層流速小于輥筒表面線速度.在x*處,物料流速分布中,中心

10、處的速度=0,稱駐點(diǎn).在xrcrit，入口區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)烈的拉伸流，造成的拉伸形變超過熔體所能承受的彈性形變極限，強(qiáng)烈的應(yīng)力集中效應(yīng)使流道內(nèi)的流線斷裂，使死角區(qū)的環(huán)流乘機(jī)進(jìn)入主流道而混入口模。主流線斷裂后，應(yīng)力局部下降，又會恢復(fù)穩(wěn)定流動，然后再一次集中彈性形變能，再一次流線斷裂。這樣交替輪換，主流道和環(huán)流區(qū)的流體輪番進(jìn)入口模。兩種形變歷史和攜帶能量完全不同的流體，擠出時的彈性松弛行為也完全不同，引起口模出口處擠出物的無規(guī)畸變。對于HDPE型熔體，流動時的應(yīng)力集中效應(yīng)主要不在口模入口區(qū)，而是發(fā)生在口模內(nèi)壁附近，口模入口區(qū)不存在死角循環(huán)。低r時，熔體流過口模壁，在壁上無滑移，擠出過程正常。當(dāng)r增高到一定

11、程度，由于模壁附近的應(yīng)力集中效應(yīng)突出 ，此處的流線會發(fā)生斷裂，又因?yàn)閼?yīng)力集中，使熔體貯能大大增加，當(dāng)能量累積超過熔體與模壁之間的摩擦力的P能承受的極限時，將造成熔體沿模壁滑移，熔體突然增速，同時釋放出能量，釋能后的熔體再次與模壁粘著，從而再集中能量，再發(fā)生滑移，這種過程周而復(fù)始，造成聚合物熔體在模壁附近時滑時粘，表現(xiàn)在擠出物上呈現(xiàn)出竹節(jié)狀或套錐形的有規(guī)畸變。剪切粘度影響因素：1、鏈結(jié)構(gòu)：前面已經(jīng)介紹過聚合物的流動是分段進(jìn)行的，是通過鏈段相繼移動，導(dǎo)致分子鏈重心沿外力方向移動，從而實(shí)現(xiàn)流動，因此分子間作用力小，分子鏈柔順性大，分子鏈中鏈段數(shù)越多而且越短，鏈段活動能力越大，鉆孔洞容易，通過鏈段活動

12、產(chǎn)生的大分子相對位移的效果也越大，流動性越好。2、加工條件：粘度對切變速率依賴性與生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)系前面已介紹的切力變稀對高分子材料的加工具有重要意義。在煉膠，壓延，擠出時，膠料流動速度快，切變速率，切應(yīng)力較大，高，粘度低，流動性好，生產(chǎn)快，而當(dāng)流動停止時，粘度變得很大，有良好的挺性，半成品停放時不易變形，不會發(fā)粘，有利于提高質(zhì)量。粘度降低，使熔體易于加工，在填充模具時易流過窄小的流道，而且使得注射機(jī)，擠出機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時所需能量減小。3、配方：填充補(bǔ)強(qiáng)材料和軟化增塑材料A碳黑的影響碳黑用量粒徑結(jié)構(gòu)性的影響原因:碳黑粒子為活性填料,表面可吸附幾條大分子鏈,形成類纏結(jié)點(diǎn),阻礙大分子鏈運(yùn)動和滑移,體系粘度上升

13、,碳黑用量越多,纏結(jié)點(diǎn)越多,流動阻力增大.在用量相等的情況下,粒徑小的,表面積大,橡膠與碳黑相互作用增強(qiáng),粘度增大.B碳酸鈣影響屬于無機(jī)填料,降低成本右圖對PP影響,隨碳酸鈣用量增加粘度增大.原因:剛性粒子,不容易變形,阻力增大,又會增大分子鏈與碳酸鈣顆粒間的摩擦作用.C增塑劑影響主要用于粘度大熔點(diǎn)高難加工的高填充體系,降低粘度改善流動性.在低剪切速率下，分子量分布寬粘度反而大的原因：當(dāng)剪切速率較小時，分布寬者，一些特長的分子相對較多，可形成纏結(jié)結(jié)構(gòu)比較多，故粘度比較大，當(dāng)剪切速率增大時，分子量分布寬的試樣中，由于纏結(jié)結(jié)構(gòu)較高，且易被較高的剪切速率破壞，開始出現(xiàn)“切力變稀”的c值較低，而且越長

14、的分子隨剪切速率增加對粘度下降的貢獻(xiàn)越大。而分子量相同且分子量分布較窄的試樣，必然特長的分子數(shù)目較少，體系纏結(jié)作用不如分子量分布寬的大，故受剪切作用而解纏結(jié)的變化不那么明顯，出現(xiàn)切力變稀的剪切速率 較高，而且隨剪切速率增大粘度的降低較少。入口校正的原理:實(shí)際切應(yīng)力的減小與毛細(xì)管有效長度的延長是等價的常用的聚合物流變儀有：毛細(xì)管型流變儀、轉(zhuǎn)子型流變儀、組合式轉(zhuǎn)矩流變儀、振蕩型流變儀、落球式黏度計、其他類型流變儀（拉伸流變儀、縫模流變儀和彎管流變儀等）流變測量的目的：（1）物料的流變學(xué)表征。（2）工程的流變學(xué)研究和設(shè)計。（3）檢驗(yàn)和指導(dǎo)流變本構(gòu)方程理論的發(fā)展。毛細(xì)管流變儀原理：根據(jù)測量原理的不同，

15、毛細(xì)管流變儀分為恒速型和恒壓型兩類，恒速型儀器預(yù)置柱塞下壓速度為恒定，待測定的量為毛細(xì)管兩端壓差，恒壓型儀器預(yù)置柱塞前進(jìn)壓力為恒定，待測量為物料的擠出速度即流量。毛細(xì)管流變儀主要優(yōu)點(diǎn)：（1）操作簡單，測量準(zhǔn)確，測量范圍廣（2）毛細(xì)管中物料的流動與某些加工成型過程中物料流動形式相仿，因而具有實(shí)用價值；（3）不僅可測量物料的剪切粘度，還可通過對擠出行為的研究，討論物料的彈性行為。缺點(diǎn)：（1）、r隨毛細(xì)管半徑而變；（2）不能測定與時間相關(guān)的粘彈特性；（3）存在較多誤差，精度不高。毛細(xì)管流變儀應(yīng)用：（）聚合物剪切粘度的研究（）聚合物熔體彈性的研究轉(zhuǎn)矩流變儀基本結(jié)構(gòu)：流變儀主體、混合測量裝置、電控儀表系

16、統(tǒng)原理：采用混合器測試時，高聚物以粒子或粉末的形式自加料口加入到密閉混煉室中，物料受到上頂栓的壓力，并且通過轉(zhuǎn)子表面與混合室壁之間的剪切、攪拌、擠壓，轉(zhuǎn)子之間的捏合、撕扯，轉(zhuǎn)子軸向翻搗、捏煉等作用，實(shí)現(xiàn)物料的塑化、混煉，直至達(dá)到均勻狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)中通過記錄物料在混合過程中對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的反扭矩以及溫度隨時間的變化，來研究物料在加工過程中的分散性能、流動行為及結(jié)構(gòu)變化。優(yōu)點(diǎn)：可模擬多種高分子材料實(shí)際加工過程，如小型密閉式混合器，小型螺桿擠出器用途：原材料的檢驗(yàn)與研究聚合物交聯(lián)過程研究高分子材料的熔融塑化行為高分子材料的熱穩(wěn)定性反應(yīng)性加工過程的反應(yīng)程度流動與材料燒焦的關(guān)系增塑劑的吸收特性熱固性塑料的擠出行

17、為等高聚物的粘性流動的特點(diǎn)：1. 流動機(jī)理是鏈段相繼躍遷2. 流動粘度大，流動困難，而且粘度不是一個常數(shù)3. 流動時有構(gòu)象變化，產(chǎn)生“彈性記憶”效應(yīng)影響擠出脹大效應(yīng)的因素：鏈結(jié)構(gòu)、配方、切變速率與溫度。擠出脹大原因：一是入口效應(yīng)，物料進(jìn)入口型之前，由于機(jī)腔直徑較大，流動速率小，進(jìn)入口型后，直徑較小，流動速率大，在口型入口處的流線是收斂的，所以在口型入口處出現(xiàn)沿流動方向的速度梯度，對膠料產(chǎn)生拉伸力，使分子鏈部分拉直，如果在口型有足夠的停留時間，則部分拉直了的分子鏈還來得及松弛，即來得及消除彈性形變，不把它帶出口型之外，只帶出真正的塑性形變，擠出后沒有脹大現(xiàn)象，然而，由于擠出時流速快，雖然在口型中

18、流動方向的速度梯度已不復(fù)存在，但因?yàn)橥Ａ魰r間較短，部分拉直了的分子鏈來不及在口型里松弛，即把彈性形變帶出口型外，所以擠出后，流動突然停止，部分伸直了的分子鏈很快的，大部分地，卷曲回縮，然后擠出物停放時又進(jìn)一步卷曲回縮，擠出物直徑，厚度增大，長度縮小。二是高聚物在口型中的剪切流動也伴隨有高彈性變，即在口型中穩(wěn)定流動時，由于切應(yīng)力，法向應(yīng)力差，使分子鏈構(gòu)象變化，導(dǎo)致彈性形變，擠出后回復(fù)產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。流變指數(shù)n 表征非牛頓流體與牛頓流體之間的差異程度，當(dāng)n=1 時，即為牛頓粘度定律，k=0 ,當(dāng)n1時，則為脹塑性體，可見，n與1之差，可作為流體的非牛頓性的量度指標(biāo)，n值越小，偏離牛頓型越遠(yuǎn)，粘度隨增

19、大而降低越多，流變性越強(qiáng)。擠出過程的設(shè)備由兩部分組成:一擠壓部分、一部分是機(jī)頭口型部分對擠出成型過程做如下假設(shè): A.設(shè)被加工物料為不可壓縮的牛頓流體,物料在螺槽的流動是連續(xù)的等溫的穩(wěn)定層流;B.設(shè)物料在擠出機(jī)內(nèi)承受的壓力梯度沿螺桿軸向?yàn)槎ㄖ?同時假定該梯度沿z和x方向的分量也為定值;C.物料沿機(jī)筒和螺槽表面無滑移,并忽略重力和慣性力的影響.穩(wěn)定擠出的措施：(1) 加料口供料速度必須均勻.（2）減少螺槽深度h和減少機(jī)筒與螺桿突棱的間隙.（3）調(diào)節(jié)機(jī)頭流通系數(shù)（4）適當(dāng)降低擠出溫度（5）適當(dāng)增加螺桿長度注塑過程：主要設(shè)備:柱塞或螺桿式往復(fù)注射機(jī)過程：合模引料階段；充模階段；保壓階段；倒流階段；凝

20、封階段；冷卻階段；開模階段注射機(jī)及模具的功能區(qū)段可分為3個區(qū)段:塑化段:同擠出機(jī),物料在其中熔融塑化壓縮并向前輸送注射段:由噴嘴主流道分流道澆口組成,物料在其中的流動如同毛細(xì)管流變儀充模段:熔體進(jìn)入模腔后,發(fā)生復(fù)雜的三維流動以及不穩(wěn)定傳熱相變固化等過程.注射過程充模壓力降越小越好原因：A可減少模塑制品內(nèi)的凍結(jié)應(yīng)力，提高制品的尺寸穩(wěn)定性B可降低鎖模壓力，提高安全系數(shù)。對于冷模更重要。要使壓力降盡可能小，可采取的措施有：提高熔體溫度和提高模具溫度，兩者均可使C降低，尤其當(dāng)熔體溫度升高后，粘度降低，更有利于注射。此外，選擇凝固溫度低的物料和熱擴(kuò)散系數(shù)小的物料，均有利于加工。殘余應(yīng)力種類：（1）伴隨驟冷淬火產(chǎn)生的驟冷應(yīng)力（2）由于制品的幾何形狀所造成的各部分收縮不均勻而產(chǎn)生的構(gòu)型體積應(yīng)變，與（1）可通過熱處理消除。（3）因分子取向被凍結(jié)而產(chǎn)生的應(yīng)力，稱凍結(jié)分子取向。第一階段:合模引料階段:物料在料筒內(nèi)加熱塑化,模板閉合,物料開始向入模方向移動,但仍未入模腔,模腔內(nèi)的壓力非常低.第二階段:充模階段: