聚合物的流变学性质

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1、§1.3聚合物的流变学性质变学是研究物质变形与流动的一门学科。聚合物流变学研究的内容：是聚合物材料在外力作用下产生的力学现象(如应力、应变及应变速率等)与聚合物流动时自身粘度之间的关系，以及影响聚合物流动的各种因素——聚合物的分子结构、相对分子质量的大小及其分布、成型温度、成型压力等。谢东§1.3聚合物的流变学性质研究聚合物流变学的目的：注射成型中，聚合物的成型依靠的是聚合物自身的变形和流动实现的；应用流变学理论正确地选择和确定合理的成型工艺条件，设计合理的注射成型浇注系统和模具结构。§1.3聚合物

2、的流变学性质一、牛顿流体与非牛顿流体流体在管内流动状态：层流湍流层流的特征：是流体质点的流动方向与流道轴线平行，其流动速度也相同，所有流体质点的流动轨迹均相互平行。§1.3聚合物的流变学性质湍流的特点：是管内的流体质点除了在与轴线平行的方向流动外，还在管内的横向上做不规则的任意流动，质点的流动轨迹成紊乱状态。英国物理学家雷诺提出的流体的流动状态转变(由层流变为湍流)条件为：Re=dvρ/η

3、；§1.3聚合物的流变学性质Rec的大小：与流道的断面形状和流道壁的表面粗糙度有关系。——光滑的圆管，Rec=2000～2300；当Re的值大于2000～2300时——流体流动的状态才能转变为湍流。大多数聚合物熔体的粘度都很高，成型时的流速不大，流体流动的Re值远小于Rec。一般为10左右，因此，通常可将聚合物熔体的流动视为层流状态来进行研究。§1.3聚合物的流变学性质牛顿流体：是指当流体以切变方式流动时，其切应力与剪切速率间存在线性关系。牛顿流体的流变方程式为§1.3聚合物的流变学性质由于大分子的

4、长链结构和缠结，聚合物熔体的流动行为远比低分子液体复杂。在广阔的剪切速率范围内，这类液体流动时：切应力和剪切速率不再成正比关系；熔体的粘度也不再是一个常数；聚合物熔体的流变行为不服从牛顿流动规律。非牛顿型流动：不服从牛顿流动规律的流动称为，非牛顿流体：具有不服从牛顿流动规律的流动行为的液体。§1.3聚合物的流变学性质在注射成型中——少数聚合物熔体的粘度对剪切速率不敏感，如聚酰胺、聚碳酸酯等，把它们近似视为牛顿流体；绝大多数的聚合物熔体都表现为非牛顿流体。近似地服从（Qstwald-DeWaele）指

5、数流动规律：§1.3聚合物的流变学性质表观粘度的力学性质——与牛顿粘度相同。表观粘度表征的是：服从指数流动规律的非牛顿流体在外力的作用下抵抗剪切变形的能力。表观粘度除与流体本身以及温度有关；还受到剪切速率的影响；§1.3聚合物的流变学性质——意味着外力的大小及其作用时间也能够改变流体的粘稠性。K值及n值均可由实验测定。n大小反映了聚合物熔体偏离牛顿性质的程度:当n=1时，ηa=K=η，这时非牛顿流体就转变为了牛顿流体。当n≠1时，绝对值

6、1-n

7、的值越大，流体的流动性越强，剪切速率对表观粘度va的影

8、响也越大。当其他条件一定时，K值的大小反映了流体粘稠性的程度。§1.3聚合物的流变学性质二、假塑性液体的流变学性质及其影响因素1.假塑性液体的流变学性质非牛顿流体——也称为粘性液体，当n<1时：粘性液体——称为假塑性液体。——大多数注射成型用的聚合物熔体都具有近似假塑性液体的流变学性质。假塑性液体的非牛顿指数n：通常为0.25～0.67;当剪切速率较大时n值可降至0.20;§1.3聚合物的流变学性质注射成型中近似具有假塑性流体性质的高聚物:聚乙烯(PE)聚氯乙烯(PVC)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)

9、聚丙烯(PP)ABS聚苯乙烯(PS)聚酯热塑性弹性体谢东§1.3聚合物的流变学性质假塑性液体的剪切速率与切应力及表观粘度的关系:图a——切应力τ与剪切速率的关系；图b——表观粘度ηa与剪切速率的关系。——聚合物熔体粘度对剪切速率具有依赖性，且剪切速率的增大可导致熔体粘度的降低。§1.3聚合物的流变学性质假塑性液体的“剪切稀化”：对于假塑性流体而言，当流体处于中等剪切速率区域时，流体变形和流动所需的切应力随剪切速率而变化，并呈指数规律增大；流体的表观粘度也随剪切速率而变化，呈指数规律减小。假塑性液体的

10、“剪切稀化”的原因：聚合物具有大分子结构，当熔体进行假塑性流动时，剪切速率的增大，使熔体所受的切应力加大，从而导致聚合物大分子结构伸长、解缠和滑移的运动加剧。§1.3聚合物的流变学性质这时，大分子链段的运动相对减少，分子间的相互作用力(范德华力)逐渐减弱，熔体内的自由空间增加，从而导致相对运动加大，宏观上体现为表观粘度相对降低。——注射成型中，多数聚合物的表观粘度对熔体内部的剪切速率具有敏感性，可以通过调整剪切速率来控制聚合物的熔体粘度。在注射成型中，聚合物熔体发生剪