《流变学第二章》PPT课件

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1、聚合物流体兼具黏性和弹性,导致其流体具有3个重要特性:(1)非牛顿剪切黏性(2)拉伸黏性(3)弹性可以导出表征聚合物流体流变性的四个材料常数，用它们表征聚合物流体的三个特性：第三节、粘度与法向应力差系数一、表观剪切粘度函数（1）牛顿流体的剪切粘度定义在简单剪切流场中，已知牛顿流体流动时所受的剪应力σ21与剪切速率呈简单线性关系，比例系数称粘度，η0是不随剪切速率变化的常数，单位为Pa.s。（2）非牛顿流体的表观剪切粘度非牛顿流动:a:表观黏度与有关σ12=a高分子流体的表观剪切粘度高分子流体的表观剪切粘度：①它等于曲线上一点与坐标原点连线的斜率。②表观粘度意义——不是材料不可逆

2、形变难易程度的真正度量，实际是材料所经历的不可逆的粘性流动和可逆的弹性形变汇合在一起所反映的剪应力和剪切速率之比，它比材料的真实粘度值要大。（3）高分子流体微分粘度在一定温度下，若剪应力没有时间依赖性，在同一高分子流体流动曲线上，同时可定义为微分粘度或真实粘度，它等于过曲线上一点的切线的斜率。显然按习惯，ηc和ηa的单位也取Pa.s。二、第一、第二法向应力差函数（1）定义：高分子液体在剪切流场中，除表现有粘性外，还表现出奇异的弹性行为，存在法向应力差效应。根据第一、第二法向应力差函数N1、N2，可以定义为第一、第二法向应力差系数，单位是Pa.s2通常粘度和第一法向应力差系数这两个参数可

3、以表示聚合物的粘弹性。法向应力差效应是粘弹性流体流动时弹性行为的主要表现，一般为剪切速率的函数。①第一法向应力差N1一般为正值，第二法向应力差N2为负值，其绝对值远小于N1。②法向应力差在低下不受影响，在较高下，随增大而增大。法向应力差越大，说明弹性越大。说明分子取向引起的拉伸力与流线平行。（2）高分子液体的法向应力差主要特征为：（3）高分子液体第一法向应力差系数高分子液体的第一法向应力差系数1随剪切速率的变化规律示于图。剪切速率很小时，1也趋向一恒定值10；当剪切速率增大时，第一法向应力差系数1随剪切速率增大而减小。因为第一法相应力差远大于第二法向应力，且第一法

4、相应力差系数易测，通常在表征聚合物应力状态下，多用第一法相应力差来表示。法向应力差产生的原因法向应力差是聚合物材料弹性的主要表现；弹性是由于链段的取向造成的，而大分子之间的缠结又大大有利于形变时链段的弹性回复。大分子链的取向引起的拉伸力与流线平行。Weissenberg效应——法向应力差的影响现象：与牛顿型流体不同，盛在容器中的高分子液体（图，当插入其中的圆棒旋转时，没有因惯性作用而甩向容器壁附近，反而环绕在旋转棒效应附近，出现沿棒向上爬的“爬杆”现象。这种现象称，又称“包轴”现象。更多的讨论粘度特征几乎相同的两种聚合物，在实际加工条件下可能表现出完全不同的行为。Meissnerrh发

5、现，用粘度、分子量分布大致相同的三种聚乙烯进行薄膜吹塑时，它们的行为有很大的差异。这些聚合物在流变性质上的差别表现在第一法向应力差和拉伸粘度的不同。法向应力差起重要作用时另一个实际应用例子是导线的涂层工艺。在发生熔体破裂以前，法向应力有助于得到厚度均匀的光滑涂层。如果第二法向应力差为负则法向应力还能使导线保持在正中心的位置上。三、拉伸粘度函数（1）单轴拉伸——一维等幅拉伸设ux是拉伸流动方向的流速，uy与uz是另外两个方向的流速，则拉伸流场的形变速率张量为其中为拉伸速率拉伸粘度定义：在拉伸流场中，通过测量拉伸速率和拉伸应力，可以定义拉伸粘度函数。我们考虑稳态单轴拉伸，指拉伸速率e为恒

6、定值。设x1方向为拉伸方向,体系的稳态单轴拉伸粘度定义为:式中T11为拉伸方向的总法向应力（2）双轴拉伸粘度——二维双轴拉伸流场。设x1,x2为拉伸方向，速度场为需要定义两个方向的拉伸速率由此得到速度梯度张量和形变率张量为：双轴拉伸粘度定义为在工业上，双轴拉伸薄膜的成型依赖于双轴拉伸流动。另外，吹膜、吹塑与发泡成型也都与双轴拉伸流动密切相关Trouton粘度——ηT=6η0对牛顿流体，拉伸粘度又称Trouton粘度ηT，它与剪切粘度η0的关系为：在聚合物加工中，纺丝是典型的单轴拉伸过程。另外在锥形或楔形流道中，流体经历剪切拉伸变形，只有在中心线位置的流动可视为纯粹单轴拉伸流动。高分子液

7、体的拉伸粘度则比Trouton粘度复杂得多。高分子液体的拉伸粘度往往是其剪切粘度的102-103倍，拉伸粘度随拉伸应力的变化，比其剪切粘度随剪切应力的变化显示出复杂得多的性质。（3）高分子液体拉伸粘度的特点应变硬化行为与聚合物分子量分布、支化程度等的大分子结构相关。可通过测定拉伸粘度的实验来表征聚合物大分子结构。高聚合度支化聚合物高聚合度线性聚合物低聚合度线性聚合物剪切与拉伸微观结构（4）应用四、动态粘度聚合物流体是非牛顿性的粘弹性液体，在流动