高分子材料动态非线性流变行为表征

《高分子材料动态非线性流变行为表征》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、精选公文范文管理资料高分子材料动态非线性流变行为表征[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料高分子材料动态非线性流变行为表征[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料高分子材料动态非线性流变行为表征[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料　　高分子材料的流变行为既不遵守理想固体的胡克弹性定律(应力与应变成正比)，也不符合理想流体的牛顿黏性定律(应力与应变速率成正比)，而是表现出复杂的黏弹性或非线性行为，即当高分子材料受到外力作用时，需要一定时间做出相应的响应(变形或者流动)。因此，高分子材

2、料是典型的复杂流体，对其流动和变形行为的研究以基于连续介质力学和凝聚态统计物理的流变学理论为依据。　　流变学把高分子的流动变形行为分为线性黏弹性和非线性黏弹性，前者指高分子材料的应力与应变历史成线性关系的那部分黏弹行为，偏离此线性关系的黏弹行为则为非线性黏弹性。研究高分子非线性黏弹性的流变学相应称为非线性流变学，而针对动态测试过程中非线性黏弹行为研究的流变学即为动态非线性流变学。尽管高分子在其加工成型过程中是典型的非线性流动行为，但由于测量的困难和研究理论的缺乏，高分子中动态非线性流变学研究在上世纪一直较少开展，因此对高分子加工成型中

3、的流动过程一直欠缺深刻、清晰的理解，而对该过程中的流动和变形的调控更是无从谈起。　　本世纪以来，随着物理学、力学、物理化学等在软物质研究中的进展和突破，动态非线性流变学研究在高分子材料中广泛开展并取得了许多可喜成果。　　这些成果对理解高分子材料结构与流动行为和指导成型加工、调控高分子产品性能等方面具有极大的实用价值和科学意义，而国内至今鲜见关于高分子材料动态非线性流变行为研究的文献整理和综述，故笔者不吝浅薄，对国内外在此方面的研究报道进行梳理分析，冀有助益于高分子工业界和研究界，也希望为大振幅振荡剪切(LAOS)测试在高分子物理和工程

4、研究中的进一步应用做出贡献。　　1、[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料动态非线性流变行为研究简述　　尽管高分子材料的线性黏弹特性包含了许多的微观结构和分子链拓扑信息，但将高分子材料线性黏弹区获得的结构参数和流动特性去指导处于非线性流动区的高分子加工显然不够科学，同时非线性流动行为较线性响应更加敏感，蕴含的结构信息和流变指纹特征更加丰富，因此要全面表征高分子材料的复杂流动、变形，指导加工和调控制品性能需要开展非线性流变行为研究。　　使用毛细管流变仪模拟挤出加工是典型的非线性流变行为研究方法。毛细管流变测试已经在高分

5、子材料加工中广泛应用，但是此类测试仅给出高分子流体的表观黏度和高速剪切下的流动行为，极少流变指纹特征展示，对流体内部图景如分子拓扑、构象、形貌、织态结构的黏弹响应及后续制品性能的影响也很少反应，同时丢失了高分子流体的弹性松弛时间信息，也无法测试结构敏感的高分子和交联橡胶等复杂材料。而动态非线性流变测试则适应大部分高分子材料的测试和研究，其测试结果通过一些数学处理可以给出丰富的流体结构和特征时间信息，因此成为非线性流变行为研究的主要手段。　　　　动态非线性流变行为主要通过大振幅振荡剪切LAOS来实现，如图1所示。对高分子等复杂流体进行动

6、态振荡测试，其黏弹性响应会分成两部分，采用LAOS时，流体呈非线性黏弹性，且对外界正弦应变作用的响应偏离正弦变化，应力波形出现变形、扭曲；此时应力响应不仅是频率的函数，还与应变相关。高分子流体采用LAOS的非线性流动行为一般有四种类型，如图2所示，即应变稀化、应变硬化、弱应变过冲和强应变过冲。　　　　LAOS下的非线性流动行为一般采用傅里叶转换流变学、应力分解和Lissajous曲线等进行量化/可视化分析。傅里叶转换流变学认为高分子流体受LAOS作用时，应力响应是一系列奇次谐波信号的叠加，因此可以通过傅里叶变换把时域条件下的非线性应力

7、响应信号转换为频域信号，如图3所示。　　应力分解是基于切比雪夫多项式，将非线性应力信号分解为弹性分量和黏性分量，从而得到各自对非线性应力响应的贡献，进而推断导致高分子流体非线性流动的因素和特征。Lissajous曲线是应力-应变或应力-应变速率曲线，其形状和面积反映了材料的弹性、黏性信息，因此被广泛用于非线性流变结果分析。　　　2、动态非线性流变行为表征　　2.1[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料高分子拓扑结构　　　　许多高分子材料因聚合时的歧化和多官能度现象，不可避免出现支化、缠结支链，这些支链及其缠结对高分子

8、材料的流动有显着影响，因此全面理解和构建高分子的拓扑图景是高分子流变学研究的重要方面，动态非线性流变学在这方面有其独特优势。Hyun等研究指出，线性高分子的第三谐波相对非线性分量(I3/1)与应变的平方成正比，而支化高分