材料加工工程-1.6 液态力学性能new

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1、材料科学与工程学院华中科技大学HUAZHONGUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY授课教师：周华民、崔树标HUAZHONGUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY内容提要流变学的定义聚合物的奇异流变现象剪切粘度非牛顿性粘度的影响因素圆管/平行板中的流动-弹性效应流变测量3/23流变学的定义和意义聚合物流变学：研究聚合物的流动与变形流变学是联系聚合物材料和加工的桥梁预测材料特性配方设计加工工艺过程控制质量控制产品优化与固态聚合物一样，液态聚合物也具有粘弹性

2、质固态：弹性占优；液态：粘性占优与其他材料相比，粘弹共存更显著4/23聚合物的奇异流变现象：无管虹吸效应对于水这样的牛顿型流体，当虹吸管提高到离开液面时，虹吸现象立即终止；对聚合物液体，当虹吸管升离液面后，杯中的液体仍能源源不断地从虹吸管流出，这种现象称无管虹吸效应原因：聚合物高分子的拉伸产生非牛顿粘弹应力，克服了射流的重力http://web.mit.edu/nnf/research/phenomena/5/23聚合物的奇异流变现象：魏森贝格效应魏森贝格（Weissenberg）效应，又称爬杆（Rod-Climbing）效

3、应在聚合物溶液或熔体中聚合物沿快速旋转轴慢慢上爬并形成相当厚的包轴层的现象纯粘流体粘弹流体原因：旋转流动时，具有弹性的大分子链沿着圆周方向取向和拉伸变形，产生朝向轴心的压力，使液体爬升http://web.mit.edu/nnf/research/phenomena/6/23聚合物的奇异流变现象：挤出胀大现象当高聚物熔体从小孔、毛细管或狭缝中挤出时，在挤出模口后膨胀，使其横截面大于模口横截面的现象原因：熔体在口模中发生强烈的拉伸和剪切形变，在挤出口模海后发生弹性回复，出现挤出胀大现象http://web.mit.edu/nnf/

4、research/phenomena/7/23剪切粘度绝对剪切粘度：ࣆࡲ܌ࢂ࢞ࢂ࣎࢟࢞ൌൌെࣆൌെࣆࢽሶ࢞ൌെࣆ࡭܌࢟ࡴ两维剪切流中牛顿流体的速度分布8/23聚合物粘度的非牛顿性粘度的剪切速率相关性牛顿流体，粘度不随剪切速率的变化而改变，如水、矿物油等非牛顿流体:膨胀型（油漆）：粘度随剪切速率的增大而增大假塑性（塑料熔体）：粘度随剪切速率的增大而减少宾汉型（奶油）：应力达到最小屈服值后才流动零剪切粘度（ࢽሶ→૙）࣎࢟为屈服应力流体类型࣎െࢽሶ曲线图9/23聚合物粘度的非牛顿性塑料熔体粘度的显著特征是“剪切变稀”：剪切

5、导致高分子链取向，取向的大分子间相对流动阻力减小，表现在粘度随剪切速率的增大而减小不同种类的塑料对剪切速率的敏感性有差别1－PE，220℃2－PE，287℃3－CA，220℃10/23非牛顿流体的粘度模型幂率模型（Powerlaw）ࣆൌࣆࢽሶ࢔ି૚૙࣎ൌࣆࢽሶൌࣆࢽሶ࢔ି૚ࢽሶൌࣆࢽሶ࢔૙૙卡洛模型（Carreaumodel）n122[1()]0…11/23粘度的影响因素——分子量平均分子越长，缠结和阻力就越大幂率熔体粘度与分子量间的近似关系为ࣆൌ࢑ࡹഥ૜.૝૙࢝对于幂率流体，平均分子量增加一倍对熔体粘

6、度有何影响？૜.૝ࣆ૛ࡹഥ࢝૛૜.૝ൌൌ૛ൌ૚૙.૟ࣆ૚ࡹഥ࢝૚12/23粘度的影响因素——温度热塑性塑料熔体的粘度随温度升高而呈指数规律降低不同熔体的粘度对温度的敏感程度并不相同13/23粘度的影响因素——压力在压力作用下，塑料熔体因受到压缩而体积减小，分子间作用力的增加致使粘度也随之增大由于塑料熔体的压缩率不同，故不同熔体的粘度对压力的敏感性也不相同例如：1－PMMA当压力从13.8MPa升高2－PP3－LDPE到17.3MPa时，HDPE4－PA66和PP的粘度要增加4~75－POM倍，而PS的粘度甚至于可增加10

7、0倍14/23粘度的影响因素此外，加入添加剂、填料等，一般会使熔体的粘度增大；加入增塑剂或溶剂，一般会使熔体的粘度降低各种因素对塑料熔体粘度的影响如下：1－温度2－压力3－相对分子质量4－填充剂5－增塑剂或溶剂15/23粘度单位及大小流变学中使用绝对剪切粘度，单位为：N·s/m2，即Pa·s水力学中常用运动粘度，绝对粘度与其密度之比，单位为：m2/s塑料的ࣆ随剪切速率变化，不是真正的材料常数，常称为表现粘度热塑性塑料熔体的粘度范围为50~104Pa·s，空气的粘度为2.2×10-5Pa·s，SAE10油的粘度为

8、5×10-3Pa·s，水的粘度为2.5×10-4Pa·s，成形前受热橡胶的粘度为102~105Pa·s16/23剪切粘度的表示方法剪切速率－剪切应力温度－粘度剪切速率－粘度…17/23圆管/平行板中的流动假设：稳态、等温、层流、充分发展材料：牛顿型