聚合物的粘性流动 聚合物流变学基础课件.ppt

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1、第9章聚合物的流变形聚合物的粘性流动Viscousflow(Rheology)129.1.1聚合物的粘性流动----聚合物流变学基础当高聚物熔体和溶液（简称流体）在受外力作用时，既表现粘性流动，又表现出弹性形变，因此称为高聚物流体的流变性或流变行为.流变学是研究物质流动和变形的一门科学，涉及自然界各种流动和变形过程。热塑性聚合物的加工成型大多是利用其熔体的流动性能。这种流动态也是高聚物溶液的主要加工状态。3（3）熔体流动时伴随高弹形变：因为在外力作用下，高分子链沿外力方向发生伸展，当外力消失后，分

2、子链又由伸展变为卷曲，使形变部分恢复，表现出弹性行为。（1）粘度大，流动性差:这是因为高分子链的流动是通过链段的相继位移来实现分子链的整体迁移，类似蚯蚓的蠕动。（2）不符合牛顿流动规律：在流动过程中粘度随切变速率的增加而下降（剪切变稀）。9.1.2聚合物熔体流动特点49.1.3牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体：水、甘油、高分子稀溶液。粘度η：反映液体流动阻力，单位Pa·S牛顿流体的粘度仅与流体分子的结构和温度有关，与切应力和切变速率无关。1.牛顿流体:流动行为符合牛顿流动定律的流体称为牛顿流体。52、

3、非牛顿流体：许多液体包括聚合物的熔体和浓溶液，聚合物分散体系(如胶乳)以及填充体系等并不符合牛顿流动定律，这类液体统称为非牛顿流体。粘度ηa表观粘度与形变速率有关根据流动曲线的特征，非牛顿流体有如下几种类型：1.宾汉塑性体2.假塑性流体3.膨胀性流体6特征：当切应力小于临界值（也即屈服应力）时，根本不流动，其形变行为类似于虎克弹性体宾汉塑性体牛顿流体宾汉（Binghann）塑性体符合这种规律的流动称为塑性流动或宾汉流动。许多含填料的高聚物体系（PVC塑料）就属宾汉塑性体。油漆，沥青以及大多数聚合物

4、在良溶剂中的浓溶液都属于宾汉体。7各种流体的性质N:牛顿流体P:假塑性流体D:膨胀性流体B:宾汉流体tNPDtcBγ假塑性流体：粘度随剪切速率或剪切应力的增加而下降的流体。切力变稀，大多数聚合物熔体。膨胀性流体：粘度随剪切速率或剪切应力的增加而上升的流体。切力变稠，胶乳、悬浮体系等。8高聚物流体弹性：分子链构象不断变化粘性：流动中分子链相对移动——非牛顿流体非牛顿流体的流变行为用幂律方程表示K,n=const.n=1,牛顿流体n与1相差越大,偏离牛顿流体的程度越强n>1,膨胀性流体n<1,假塑性流

5、体9流凝体：η随t而增加而增大；某种结构的形成饱和聚酯htNPD表现粘度随时间变化：触变体：η随t而增加而减小；内部物理结构的破坏；胶冻，油漆、有炭黑的橡胶。N:牛顿流体P:触变体D:流凝体100第一牛顿区幂律区（假塑区）第二牛顿区9.1.4聚合物的粘性流动11实际聚合物熔体分三个区域（缠结理论）1、第一牛顿区低切变速率，曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。该区的粘度通常称为零切粘度，即切变速率的粘度。低剪切速率时，缠结与解缠结速率处于一个动态平衡，表观粘度保持恒定，类似牛顿流体。2

6、、假塑性区(非牛顿区)流动曲线的斜率n<1，该区的粘度为表观粘度ηa，随着切变速率的增加，ηa值变小。剪切速率升高到一定值，解缠结速度快，再缠结速度慢，流体表观粘度随剪切速率增加而减小，即剪切稀化，呈假塑性行为。通常聚合物流体加工成型时所经受的切变速率正在这一范围内。3、第二牛顿区高切变速率区，流动曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。剪切速率很高时，缠结遭破坏，再缠结困难，缠结点几乎不存在，表观粘度再次维持恒定，又类似牛顿流体行为。该区的粘度称为无穷切粘度或极限粘度η∞。从聚合物流动曲线，可求得η

7、、η∞和ηa。12落球粘度计毛细管粘度计旋转粘度计锥板式平行板式圆筒式9.2.1熔体粘度的测定方法13落球粘度计原理：半径为r，密度为的圆球，在粘度为，密度为的无限延伸的液体中运动时，小球受阻力应用：测低切变速率下零切粘度14毛细管粘度计使用最为广泛，它可以在较宽的范围调节剪切速率和温度，最接近加工条件除了测定粘度外，还可以观察挤出物的直径和外形或改变毛细管的长径比来研究聚合物流体的弹性和不稳定流动(包括熔体破裂)现象。原理：活塞杆在十字头的带动下以恒速下移，挤压高聚物熔体从毛细管流出，用测

8、力头将挤出熔体的力转成电讯号在记录仪上显示，从的测定，可求得与之间的关系15熔融指数仪工业上更广泛应用的是一种称为“熔融指数仪”的简易毛细管流变仪。熔融指数(Meltindex——简称MI)：指在一定的温度下和规定负荷下，10min内从规定直径和长度的标准毛细管内流出的聚合物的熔体的质量，用MI表示，单位为g/10min。例PE：190℃，2160g的熔融指数MI190／2160。对于同种聚合物而言，熔融指数越大，聚合物熔体的流动性越好。由于不同聚合物的测定时的标准条件不同，因此不