高分子材料加工流变学现状分析(作业).ppt

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1、高分子材料加工流变学现状分析绪论流变学介绍第一节高分子材料流体的剪切流动第二节高分子材料液体的拉伸流动第三节高分子材料的黏性流动与弹性第四节熔体在简单截面导管中的流动第五节高分子材料加工中的聚集态聚合物流变学（polymerrheology）电流变学（electrorheology)磁流变学(megnetrheology)光流变学(opiticalrheology)化学流变学(chemrheology)…….流变学绪论流变学是在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

2、和粘性理论已不能完全表征它们的特性。1928年，美国物理化学家E.C.宾汉把对非牛顿流体的研究正式命名为流变学,并倡议成立流变学会,创刊了《流变学杂志》。此后，流变学逐渐为世界各国所承认并得到发展。聚合物流变学是随高分子材料的合成、加工和应用的需要，于50年代发展起来的。在聚合物的聚合阶段，流变学与化学结合在一起；而在以后的阶段，主要是与聚合物加工相结合。聚合物流变学70年代发展较快，在1984年第九届国际流变学会议上总结了最近的研究成果，B.米纳等主编了《流变学进展》一书。研究聚合物流变学的意义在于：①可指导聚合，以制得加工性能优良

3、的聚合物。例如：合成所需分子参数的吹塑用高密度聚乙烯树脂，则所成型的中空制品的冲击强度高，壁厚均匀，外表光滑；增加顺丁橡胶的长支链支化和提高其分子量，可改善它的抗冷流性能，避免生胶贮存与运输的麻烦。②对评定聚合物的加工性能、分析加工过程、正确选择加工工艺条件、指导配方设计均有重要意义。例如：通过控制冷却水温及其与喷丝孔之间的距离，可解决聚丙烯单丝的不圆度问题；研究顺丁橡胶的流动性，发现它对温度比较敏感，故需严格地控制加工温度。③对设计加工机械和模具有指导作用。例如：应用流变学知识所建立的聚合物在单螺杆中熔化的数学模型，可预测单螺杆塑化

4、挤出机的熔化能力；依据聚合物的流变数据，指导口模的设计，以便挤出光滑的制品和有效地控制制品的尺寸。第一节：高分子材料流体的剪切流动一、几个基本概念１．塑料的四种聚集状态结晶态、玻璃态、高弹态、粘流态２、什么叫应力？作用于物体上并使物体产生形变或者运动的力叫应力在塑料加工中常用到的应力有三种：剪切应力：施于物体运动方向上使物体界面产生相对运动的力拉伸应力：使物体按一定方向拉伸而伸长的力。压缩应力：作用于物体的垂直面上而使物体压缩的力。塑料受外力作用产生流动，流动的类型也有三种：层流：雷若准数＜２１００～２３００混流：Ｒe＝２３００～４０

5、００湍流：Ｒe＞40003.拉伸流动和剪切流动动:流动的质点速度仅沿流动方向发生变化剪切流动:拉伸流动:流动的质点速度仅沿流动方向发生变化剪切流动:流动的质点速度仅沿着与流动方向垂直的方向发生变化流动的质点速度仅沿着与流动方向垂直的方向发生变化二、塑料熔体的流动行为特点１、流体流动的三个基本方程(1)连续性方程意义：液体在管道内作稳定流动时单位时间内通过任一载面的流量是不变的。因而管径大的地方流动速度小，小的地方流动速度大。这样就保持了质量不变。其数学表达式为：m=u1·A1·ρ1=u2·A2·ρ2(2)动量方程意义：理想液体（无粘性

6、、不可压缩）在管内作稳定流动时，其压力和速度仅是位置的函数，不随时间而变．数学表达式为：u=V1/A1=V2/A2(3)能量方程意义：液体流动单元中总能量不变，但各种能量之间可以互相转换．数学表达式为：v2/2g+Ｐ/ρ+z=C(常数)v2/2g－表示动能P/ρ－表示压力能z－表示位能2.高分子熔体的流动粘度大多数成型过程中都要使聚合物处于流动状态，因为在这种状态下聚合物不仅易于流动，而且易于变形，输送和成型。也就是说高分子材料的成型加工就是利用聚合物的流动变形来实现的。为使聚合物在成型中易于流动和变形，都要将聚合物变成粘流体或溶液或

7、分散体(悬浮液)这些都属于液体的范畴。也就是都属高分子流体。通过化工原理知流体在流动时存在抗拒内在的向前运动的特性，这种特性就是黏性，主要与流体的剪切应力与剪切速率有关，也就是牛顿粘性定律。根据牛顿粘性定律，各种流体的流动粘度与剪切应力和剪切速率的关系不同，现分述如下：1、牛顿流体：剪切应力与剪切速率呈直线关系，粘度依赖于流体的分子结构和其它外界条件，与剪切应力和剪切速率的变化无关，即η为常数。其数学关系式为：牛顿粘度η，又叫切变粘度系数，简称粘度，单位Pa.S。定义为产生单位剪切速率（速度梯度）所必须的剪切应力值。它表征液体流动时流

8、层之间的摩擦阻力，即抵抗外力引起流动变形的能力。仅与流体的分子结构和外界条件有关，不随剪切应力和剪切速率而变。2、宾哈流体：与牛顿流体基本相同，不同的是它的流动只有当剪切应力高至于一定值τy后才发生塑性流动。3、假塑性流