成型工艺学第一章高聚物的加工流变学

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1、第一章高聚物加工流变学基础第一节.概述第二节.高聚物熔体的流变行为第三节.影响高聚物流变行为的主要因素第四节.简单几何形状管道内高聚物的流动第五节.高聚物液体流动过程中的弹性行为第六节.高聚物液体流动性测定方法简介第一节概述一．高聚物加工流变学研究高聚物在成型加工中流动和形变的科学称为高聚物加工流变学。二．主要研究对象(内容）是认识应力作用下高分子材料产生弹性、塑性和粘性形变的行为以及研究这些行为与各种因素之间的关系。主要因素有：1.高聚物的结构与性质；2.高聚物体系的组成；3.温度；4.力的大小、作用方式和作用时间。三．学习高聚

2、物加工流变学的意义流动和形变是高聚物成型加工过程中的基本工艺特征，流变学是高聚物成型加工理论的重要组成部分，所以它对高聚物成型加工具有非常重要的现实意义，主要表现在以下五个方面：1有利于材料的选择和使用。2有利于成型加工时最佳工艺条件的确定。3有利于成型加工设备和模具的设计。4有利于提高制品的质量。5对高分子的合成也有重要的指导意义。四．高聚物加工流变学的研究进展概况由于高聚物的流变行为很复杂（粘性流动、弹性效应、热效应等），所以对流变行为的研究很困难。基本情况为：1对流变行为的研究基本是定性和半经验的。2对流变行为的定量研究要有

3、附加条件,与真实情况有差距。第二节高聚物熔体的流变行为一几个基本概念1.应力：单位面积上所受的力称为应力。根据受力方式不同，通常有三种主要类型：剪切应力（τ）、拉伸应力（б）和流体静压力（P）。2.应变：材料在应力作用下产生的形变和尺寸的改变称为应变。(单位长度的形变量)根据受力方式不同，通常有三种类型：剪切应变（γ）、拉伸应变（ε）和流体静压力的均匀压缩。3.几种流动（1）剪切流动：高聚物在加工过程中受到剪切力作用而产生的流动称为剪切流动。(具有横向速度梯度场的流动)。（2）拉伸流动：高聚物在加工过程中受到拉应力作用而引起的流动

4、称为拉伸流动。（具有纵向速度梯度场的流动）二.牛顿流体及其流变方程1．层流和湍流（1）层流：雷诺准数小于2100时为层流流动。（2）湍流：雷诺准数大于2500时为湍流流动。雷诺准数的过渡区一般为2000～2400或更多。2．牛顿流动方程（定律）（1）剪切应力（1Pa=1N/m2）由图1-2-1可见，剪切应力为：τ=F/A(1-2-1)式1-2-1中，F为外部作用于整个液体的恒定的剪切力。(N);A为向两端无限延伸的液层面积。(m2)图1-2-1液体在管内流动时流动速率与管子半径的关系（2）速度梯度在恒定应力作用下，液体的应变表现为

5、液层以均匀的速度v沿剪应力作用方向移动。液层间的粘性阻力和管壁的摩擦力使相邻液层间在移动方向上存在速度差。管中心阻力最小，液层移动速度最大。管壁附近液层同时受到液体粘性阻力和摩擦力作用，速度最小，管壁上液层的移动速度为零（假定没有管壁滑移）。当液层间的径向距离为dr的两液层的移动速度为v和v+dv时，则液层单位距离内的速度差就是速度梯度dv/dr。液层移动速度v等于单位时间dt内液层沿管轴x—x上移动距离dx，即dx/dt。故速度梯度又可表示为dv/dr==d(dx/dr)/dt(1-2-2)（3）剪切应变（无因次量）式1-2-2

6、中，dx/dr是一个液层相对于另一个液层移动的距离，实际上是τ作用下的该液层产生的剪切应变，即γ=dx/dr。（4）剪切速率（S-1）dv/dr=dγ/dt=(秒-1或S-1)（1-2-3）表示单位时间内的剪切应变，即剪切速率。可见，和速度梯度在数值上是相等的，这样可以用代替速度梯度。（5）牛顿流体流动定律(方程)τ=μ（dv/dr）=μ=μ(1-2-4)说明液层单位面积上所加的τ与液层间的速度梯度（）（dv/dr）成正比。μ为比例常数，称为牛顿粘度。是液体自身所固有的性质，其表征液体抵抗外力引起流动变形的能力。液体不同，μ值不同

7、，与分子结构和温度有关，单位为帕斯卡秒（Pa.s）3.牛顿流体（1）定义：服从牛顿流动定律的流体称为牛顿流体。（2）牛顿流体的主要特点（应力应变曲线)（图1-2-2）在应力作用时间t1～t2内，引起的总应变可由（1-2-5）求得γ=（t2-t1）(1-2-5)Ⅰ.液体的应变随应力作用时间线形增加（见图b）,应力-应变速率间成正比关系。说明牛顿液体的应变是剪应力和时间的函数，直线斜率就是。Ⅱ.以τ对作图时，可得通过原点的直线（图c），直线斜率是牛顿粘度，是一个常数。Ⅲ.牛顿流体中的应变具有不可逆性，应力解除后应变以永久形变保持下来。

8、这是纯粘性流体的特点。（3）.流动曲线：不同温度下τ对或粘度对作图所得到的曲线。（意义）图1-2-2牛顿流体流动时的应力-应变关系和粘度对剪切速率的依赖性三非牛顿流体及其流变行为1．非牛顿流动和非牛顿流体（1）非牛顿流动：流动行为不服从牛顿流动定律