聚合物的流變性質(zhì)課件

1、第二章 聚合物的流變性質(zhì)研究聚合物的流動(dòng)和形變的科學(xué)稱為流變學(xué)。聚合物流變學(xué)研究的內(nèi)容：應(yīng)力作用下高分子產(chǎn)生彈性、塑性和粘性形變的行為；形變行為與聚合物結(jié)構(gòu)、溫度、力的大小與作用方式、作用時(shí)間以及聚合物體系的組成之間的關(guān)系。第二章 聚合物的流變性質(zhì)研究聚合物的流動(dòng)和形變的科學(xué)稱為流2-1 聚合物熔體的流變行為外力形變應(yīng)力（受力方式）剪切應(yīng)力拉伸應(yīng)力流體靜壓應(yīng)力聚合物在擠出機(jī)、噴嘴、河流道以及紡絲噴絲板的毛細(xì)孔道中的流動(dòng)吹塑法、拉幅法生產(chǎn)薄膜影響粘度2-1 聚合物熔體的流變行為外力形變應(yīng)力（受力方式）聚合物流動(dòng)行為分為：牛頓流體和非牛頓流體。一、牛頓流體和流變方程聚合物熔體的流動(dòng)基本上是層流流動(dòng)

2、，即一層層相鄰的薄層液體的相對(duì)滑移。液層有平直的平面,且相互完全平行.低分子在圓管中的流動(dòng):Re2500, 湍流流動(dòng).聚合物流動(dòng)行為分為：牛頓流體和非牛頓流體。一、牛頓流體和流變液層的剪應(yīng)力為:=F/A(N/m2)管壁固定層移動(dòng)層 管中心外力F摩擦力F+d drXA液層間的速度梯度:d/dr液層移動(dòng)速度:= dx/dt=d(dx/dt)/dr=d(dx/dr)/dtdx/dr即剪切應(yīng)力作用下該液層產(chǎn)生的剪切應(yīng)變液層的剪應(yīng)力為:=F/A(N/m2)管壁固定層移動(dòng)層 d/dr=d /dt= (S-1).單位時(shí)間內(nèi)的剪切應(yīng)變,即剪切速率.低分子剪切應(yīng)力與剪切速率之間的關(guān)系:.=(PaS)稱為牛頓粘度

3、,其大小表征液體抵抗外力引起流動(dòng)形變的能力.為液體自身所固有的性質(zhì),取決于分子結(jié)構(gòu)和液體所處的溫度.牛頓流體流變學(xué)方程d/dr=d /dt= (S-1).單位時(shí)間內(nèi)的應(yīng)力作用時(shí)間t1t2引起總應(yīng)變:= /(t2-t1)牛頓流體的特點(diǎn):液體的應(yīng)變隨應(yīng)力作用時(shí)間線性的增加,牛頓液體的應(yīng)變是剪切力和時(shí)間的函數(shù).t1 t2 (t)剪切應(yīng)變 剪應(yīng)力牛頓粘度 剪應(yīng)力剪切速率牛頓液體的粘度不隨剪切速率而變化為一常數(shù).牛頓液體的應(yīng)變具有不可逆性,是純粘性流動(dòng)的特點(diǎn).應(yīng)力作用時(shí)間t1t2引起總應(yīng)變:= /(t2-t1)以不同溫度下剪應(yīng)力對(duì)剪切速率或粘度對(duì)剪切速率做圖所得到的曲線,成為流體的流動(dòng)曲線.以不同溫度下

4、剪應(yīng)力對(duì)剪切速率或粘度對(duì)剪切速率做圖所得到的曲線二、非牛頓流體及其流變行為1.非牛頓流體的類型 t1 t2 (t)粘性的剪切應(yīng)變（） 剪應(yīng)力（）粘彈性的剪切應(yīng)變膨脹性膨脹性牛頓性牛頓性假塑性假塑性賓漢體粘性液體假塑性流體膨脹性流體賓漢液體.粘彈性液體時(shí)間依賴性液體二、非牛頓流體及其流變行為1.非牛頓流體的類型 t1 請(qǐng)模擬非牛頓流體的流動(dòng)曲線。剪切應(yīng)力（）剪切速率（）.賓漢液體膨脹性液體假塑性液體牛頓液體復(fù)合型液體剪切速率（）.表觀粘度（a）假塑性液體膨脹性液體牛頓液體非牛頓流體流變行為特征（1）剪切粘度對(duì)剪切作用具有依賴性；（2）流動(dòng)過程包含不可逆形變和可逆性變。請(qǐng)模擬非牛頓流體的流動(dòng)曲線。

5、剪切應(yīng)力（）剪切速率（）.賓2.粘性液體及其指數(shù)定律粘性液體：假塑性液體、膨脹性液體、賓漢液體Ostwald-De Waele 指數(shù)定律方程(剪切速率窄范圍)：.=Kn.a =Kn-1K ：粘度系數(shù)；n：結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)。.log=logK+nlog.loga=logK+(n-1)logn=1牛頓型流體; n1膨脹性流體; n1假塑性流體;2.粘性液體及其指數(shù)定律粘性液體：假塑性液體、膨脹性液體、賓假塑性液體剪切速率寬范圍:I 第一流動(dòng)區(qū)又稱第一牛頓區(qū)低剪切速率 流延成型塑料糊和膠乳的刮涂和浸漬 0 零切粘度II 第二流動(dòng)區(qū)又稱非牛頓區(qū)III第三流動(dòng)區(qū)又稱第二牛頓區(qū) 極限粘度IIIIIIloga

6、loglog假塑性液體剪切速率寬范圍:I 第一流動(dòng)區(qū)又稱第一牛頓區(qū)低剪切切力變稀與切力增稠“切力變稀”：剪切作用是液體原有結(jié)構(gòu)破壞，液體的流動(dòng)阻力減小，以致引起液體表觀粘度隨剪切速率增大而降低。切力變稀是很多聚合物熔體、溶液和懸浮體流變行為的特征。尤以分子鏈剛性較大和大分子形狀不對(duì)稱聚合物顯著。切力變稀原因：對(duì)于熔體，大分子鏈的解纏和滑移，分子間范德華力減弱；對(duì)于溶液或分散體系，大分子線團(tuán)和粒子內(nèi)部的溶劑被擠出，其尺寸縮小，其間分布更多的溶液。切力變稀與切力增稠“切力變稀”：剪切作用是液體原有結(jié)構(gòu)破壞，“切力增稠”：當(dāng)剪切速率或剪切力增加到某一數(shù)值 液體中有新的結(jié)構(gòu)形成，引起阻力增加，液體表觀

7、粘度增大，且伴隨體積膨脹，因此稱這種流體為膨脹性液體。切力增稠現(xiàn)象常出現(xiàn)于固體含量較大的懸浮液體系。如聚氯乙烯糊。流動(dòng)中發(fā)生結(jié)晶的熔體也屬此類.靜止時(shí),固體粒子緊密堆砌,粒子間空隙小且充滿液體.低剪切速率時(shí),固體粒子在液體潤滑作用下產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng).高剪切速率時(shí),固體粒子移動(dòng)速度加快,碰撞機(jī)會(huì)增多,流動(dòng)阻力增大;粒子間的空隙增大,懸浮體系體積增加,粒子間液體潤滑作用減小.“切力增稠”：當(dāng)剪切速率或剪切力增加到某一數(shù)值 液體中有新的大多數(shù)聚合物的成型加工在非牛頓區(qū)以較窄的剪切速率范圍內(nèi)進(jìn)行.n值變化較小,常取定值.剪切速率(S-1)PMMA230Nylon-66285 LDPE170 PVC150

8、10-1-0.7-11.00-0.44-100.820.960.320.621020.460.910.260.551030.220.71-0.471040.180.40-105-0.28-熱塑性聚合物n值大多數(shù)聚合物的成型加工在非牛頓區(qū)以較窄的剪切速率范圍內(nèi)進(jìn)行.加工方法剪切速率,S-1加工方法剪切速率,S-1模壓110纖維紡絲103105混煉與壓延10102注射103104(可低至105) 擠出102103(可低至10) 表觀粘度a與加工方法主要成型加工方法的剪切速率范圍a (Ns/m2)1041051010410加工方法特殊擠出與注射壓延、 模壓 搪塑 、刮涂加工方法剪切速率,S-1加工方

9、法剪切速率,S-1模壓1103.時(shí)間依賴性液體剪切應(yīng)力（）剪切速率（）.A B CA-非時(shí)間依賴性液體B、C-時(shí)間依賴性液體應(yīng)力作用時(shí)間BM2M3logM2M1M3M1M2M3提高聚合物分子量可以改善制品物理機(jī)械性能，是否應(yīng)盡可能的提高分子量？為什么？聚合物粘度對(duì)分子量和溫度的依賴關(guān)系：相同平均分子量，分布寬，粘度對(duì)剪切敏感性大。 分布窄，粘度對(duì)溫度敏感性大。提高聚合物分子量可以改善制品物理機(jī)械性能，是否應(yīng)盡可能的提高4. 添加劑對(duì)聚合物流變行為的影響固體添加劑起增強(qiáng)與補(bǔ)強(qiáng)作用，或降低成本或改善其它性質(zhì)。如：橡膠中加入炭黑，塑料中加入纖維狀填料。20%25%0%45%ZnO剪切速率剪應(yīng)力流動(dòng)度4. 添加劑對(duì)聚合物流變行為的影響固體添加劑起增強(qiáng)與補(bǔ)強(qiáng)作用液體添加劑如溶劑或增塑劑削弱聚合物分子間的作用力，分子間距離增大，纏結(jié)減少，體系粘度降低，流動(dòng)性增大，且牛頓流動(dòng)的剪切速率范圍加寬。PIB熔體9%PIB3%PIB牛