《聚合物流变学绪论》PPT课件

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1、聚合物流变学蒲侠puxia15@163.com第一章绪论1.流变学概念研究聚合物流动和变形的科学，是介于力学、化学和工程科学之间的边缘科学，是现代流变学的重要分支。流变学:研究材料流动和变形的科学.聚合物流变学:研究聚合物流动和变形的科学流动和变形之间的关系:流动-液体-粘性-耗散能量-产生永久形变-无记忆效应-牛顿定律-时间过程变形-固体-弹性-贮存能量-形变可以恢复-有记忆效应-虎克定律-瞬时效应流动与变形之间的关系属于两个范畴的概念，流动是液体材料的属性，液体流动时，表现出粘性行为，产生永久变形，形变不可恢复并耗散部分能量，通常液体流动时遵从牛顿流动定律，即材料所受

2、剪切应力、剪切速率成正比，且流动过程是一个时间过程，只有在一段有限时间内才能观察到材料的流动。变形是固体材料的属性，表现出弹性行为，产生的弹性形变(举例)在外力撤消时能够恢复，且产生形变时贮存能量，形变恢复时还原能量，具有弹性记忆效应。固体变形时遵从胡克定律——材料所受应力与形变量成正比，应力应变之间的响应为瞬时响应(画图)。牛顿流体与胡克弹性体是两类性质被简化的抽象物体，实际材料经常表现出复杂的力学性质，如橡胶、石油、沥青等，它们既能流动，又能变形，既有粘性又有弹性；变形中会发生粘性损耗，流动时又有弹性记忆效应，粘弹性结合，流变性共存。对于这类材料，仅用牛顿定律与胡克定

3、律已无法全面描述其复杂力学响应规律，因此必须发展一门学科——流变学对其进行研究。因此所谓流变性实质就是“固——液两相性”同存，是一种“粘弹性”表现。广义而言，流动与变形是两个紧密相关的概念，在时间长河中，万物皆流，万物皆变。流动为广义的变形，而变形是广义的流动，两者差别在于外力作用时间的长短及观察者时间的不同2.流变学发展历史流变学是在20世纪20年代随着土木建筑工程、机械、化学工业的发展需要而形成的。一些新材料的开发和应用，使传统的弹性力学和粘性理论已不能完全表征它们的特性。公元前1500年,已有肤浅的认识，埃及人发明了一种“水钟”，用以观测定容器内水层高度与时间关系以

4、及温度对液体粘度的影响。16---18世纪,发展较快。伽利略提出了液体具有内聚粘性，胡克建立了弹性固体的应力——应变关系；牛顿阐明了流体阻力和切变速率之间的关系。19世纪,泊肃叶提出液体流经管道时流量、管径、粘度及压力差之间的定量关系；1874年波尔兹曼研究了应力应变时间的依赖关系。聚合物问世后,发现它们不能用传统的弹性力学和经典的粘性力学理论来加以解释和描述，从而成为一种介于胡克定律和牛顿液体之间的一大类材料。1928年Reiner和Binham(宾哈姆)为首，在美国化学学会“塑性讨论会”上倡议和创建一门学科“Rheology”，成立了流变学会。1929年出版了流变学杂

5、志。1945年成立了国际流变学联合会。1945年在荷兰召开了首届国际流变学会，每4年举办一次。我国从50年代开始研究，1985年在长沙召开了第一届全国流变学会议，成立了流学学专门委员会，流变学会议每隔2~3年举行一次，每次会议上，高分子流变学方面的研究特别活跃。流变学的发展同世界经济发展和工业化进程密切相关.现代工业需要耐蠕变高温和高强度的聚合物,因此同固体蠕变、粘弹性和蠕变断裂有关的流变学迅速发展起来。3.高分子材料流变学研究内容结构流变学:又称微观流变学或分子流变学，研究高分子材料的流变性质与其微观结构——分子链结构、聚集态结构之间的关系，从分子的结构模型出发，采

6、用统计方法得到宏观流变性质和微观结构参数之间的联系。也就是书上所指聚合物的流变行为和数学模式，主要是以数学式来表达应力与应变的关系或应力与应变速率的关系，本书主要研究的是结构流变。主要包括线性弹性、线性粘性、非线性弹性、非线性粘性和线性粘弹性这五个数学模式。加工流变学：属于宏观流变学，主要研究与高分子材料加工工程有关的理论与技术问题。比如说，研究加工条件变化与材料流动性质（主要指粘度、弹性）及产品力学性质之间的关系，异常的流变现象如挤出胀大、熔体破裂现象发生的规律、原因及克服办法；高分子材料典型加工成型操作单元（如挤出、吹塑、注射等过程的流变学分析）聚合物流变学性能的表征

7、和测定方法4.聚合物的流变特性(高分子液体的奇异流变现象)(1)弹性以已硫化的橡胶为例.(未硫化的橡胶是无任何使用价值)解释玻璃化温度,橡胶形变的三个区.以书上的图为例.图0.2(2)粘性以未硫化的橡胶的为例(3)有时间依赖性的流体同一聚合物在短时间应力作用下呈现弹性变形,而在较长时作用下则呈现粘性变形.这与聚合物长链分子的结构以及分子链之间互相缠结有关.比如悬挂的雨衣,和扎头发的皮筋.粘弹性的几点表现.4.1高粘度与剪切变稀行为小分子水的粘度：10-3Pa.s，只随温度变化高分子粘度大，随温度和剪切速率增大而降低4.2Wei