第一章高分子材料加工流变学概论（二讲）

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1、第一章高分子材料加工流变学概论本讲重点：１、高分子熔体流动行为特点２、高分子熔体粘度的影响因素第一节：高分子材料流体的剪切流动一、几个基本概念１．塑料的四种聚集状态结晶态、玻璃态、高弹态、粘流态２、什么叫应力？作用于物体上并使物体产生形变或者运动的力叫应力在塑料加工中常用到的应力有三种：剪切应力：施于物体运动方向上使物体界面产生相对运动的力拉伸应力：使物体按一定方向拉伸而伸长的力。压缩应力：作用于物体的垂直面上而使物体压缩的力。塑料受外力作用产生流动，流动的类型也有三种：层流：雷若准数＜２１００～２３００混流：Ｒe＝２３００～４０００

2、湍流：Ｒe＞40003.拉伸流动和剪切流动拉伸流动:流动的质点速度仅沿流动方向发生变化剪切流动:流动的质点速度仅沿着与流动方向垂直的方向发生变化二、塑料熔体的流动行为特点１、流体流动的三个基本方程(1)连续性方程意义：液体在管道内作稳定流动时单位时间内通过任一载面的流量是不变的。因而管径大的地方流动速度小，小的地方流动速度大。这样就保持了质量不变。其数学表达式为：m=u1·A1·ρ1=u2·A2·ρ2(2)动量方程意义：理想液体（无粘性、不可压缩）在管内作稳定流动时，其压力和速度仅是位置的函数，不随时间而变．数学表达式为：u=V1/A

3、1=V2/A2(3)能量方程意义：液体流动单元中总能量不变，但各种能量之间可以互相转换．数学表达式为：v2/2g+Ｐ/ρ+z=C(常数)v2/2g－表示动能P/ρ－表示压力能z－表示位能2.高分子熔体的流动粘度大多数成型过程中都要使聚合物处于流动状态，因为在这种状态下聚合物不仅易于流动，而且易于变形，输送和成型。也就是说高分子材料的成型加工就是利用聚合物的流动变形来实现的。为使聚合物在成型中易于流动和变形，都要将聚合物变成粘流体或溶液或分散体(悬浮液)这些都属于液体的范畴。也就是都属高分子流体。通过化工原理知流体在流动时存在抗拒内在的

4、向前运动的特性，这种特性就是黏性，主要与流体的剪切应力与剪切速率有关，也就是牛顿粘性定律。根据牛顿粘性定律，各种流体的流动粘度与剪切应力和剪切速率的关系不同，现分述如下：1、牛顿流体：剪切应力与剪切速率呈直线关系，粘度依赖于流体的分子结构和其它外界条件，与剪切应力和剪切速率的变化无关，即η为常数。其数学关系式为：牛顿粘度η，又叫切变粘度系数，简称粘度，单位Pa.S。定义为产生单位剪切速率（速度梯度）所必须的剪切应力值。它表征液体流动时流层之间的摩擦阻力，即抵抗外力引起流动变形的能力。仅与流体的分子结构和外界条件有关，不随剪切应力和剪切

5、速率而变。2、宾哈流体：与牛顿流体基本相同，不同的是它的流动只有当剪切应力高至于一定值τy后才发生塑性流动。3、假塑性流体：这种流体是非牛顿流体，剪切应力与剪切速率呈幂指数关系，流动曲线是抛物线形。流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。多数聚合物熔体，以及所有聚合物在良溶剂中的溶液，其流动行为都具有假塑性流体的特征。n<14、膨胀性流体：这种流体的流动与假塑性流体相反，它的表观粘度随剪切应力的增加而上升。n>1各类流体的流动与应力的关系式如下表流体的流动粘度与应力的关系流动类型流动规律符合的流体备注牛顿流体PC和PVDC接近低分子多为

6、此类(η为常数)宾哈流体凝胶糊、良溶剂的浓溶液在剪切力增大到一定值后才能流动。(τy和η为常数)假塑性流体大多数聚合物熔体、溶液、糊剪切增加，粘度下降。原因为分子“解缠”n<1膨胀性流体高固体含量的糊剪切增加，粘度升高。n>1聚合物不同类型的流动曲线不同成型工艺剪切速率范围成型方法剪切速率/S－1成型方法剪切速率/S－1压缩模塑1～10注射模塑103～105混炼与压延10～102涂层102～103挤出102～103浇铸与蘸浸～10三、影响塑料熔体流动(粘度)的因素P14（一）温度的影响温度增加粘度下降，流动性增加。影响程度分为两种情况

7、：1、在温度为T>Tg+100℃时（阿雷尼厄斯方程）对于服从幂律方程的流体（假塑性流体）活化能E与流动指数n的关系为：Er=nEτ活化能：每摩尔运动单元流动时所需要的能量，活化能越大，粘度对温度越敏感，温度升高时，粘度下降越明显。几种聚合物熔体的活化能聚合物剪切速率/S－1活化能/(KJ/mol)POM(190℃）101～10226.4~28.5PE(MI2.1,150℃)102～10328.9~34.3PP(250℃)101～10241.8~60.1PS(190℃)101～10292.1~96.3PMMA(190℃)101～1021

8、59~167PC(250℃)101～102167~188NBR10122.6NR1011.12.在较低温度(T≈Tg+100℃)时:（二）压力对粘度的影响压力增加，粘度增加，相当于温度下降。增加的量可用等效换算因子（△T