高分子流体的流变模型教学提纲.ppt

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1、第3章高分子流体的流变模型第一节高分子流体模型第二节聚合物的黏弹性模型及行为主要内容第一节高分子流体模型3.1牛顿流体模型3.2广义牛顿流体3.3幂律流体模型3.4宾汉塑性流体模型3.5触变性流体3.6震凝性流体3.7黏弹性流体第二节聚合物的黏弹性模型及行为高分子流体有以下流动类型宾汉塑性流体牛顿流体与时间无关假塑性流体粘性流体膨胀性流体高分子流体触变性（摇溶性）流体与时间有关非牛顿流体非触变性（震凝性）流体粘弹性流体第3章第一节高分子流体的流变模型第3章高分子流体的流变模型简单剪切流动：流体内任意一坐标为

2、y的流体流动的速度vy正比于其坐标y，若为稳定层流，则正比于流体的高度：则剪切应变有剪切应变速率有简单流动的类型1）剪切流动定义速度梯度方向垂直于流动方向的流动几个物理量切应变剪切速率切应力第3章高分子流体的流变模型常数单位：Pa•s3.1牛顿流体模型牛顿流体张量形式的本构关系：牛顿流体的简单剪切流动：牛顿流体的单轴拉伸流动：特鲁顿（Trouton）公式：3.1牛顿流体模型牛顿流体流动的一般特点：（1）变形的时间依赖性：稳定后剪切速率不变；（2）流体变形的不可回复性；（3）能量耗散：外力对流体所做的功在流动

3、中转化为热能而散失，流动不具有记忆效应；（4）正比性：应力与应变速率成正比，黏度与应变速率无关3.2广义牛顿流体对于高分子流体来说，在一定的流场作用下其内部结构可能会发生变化，从而引起黏度的变化。这样的流体称为广义牛顿流体。3.2广义牛顿流体广义牛顿流体的黏度模型：1）幂侓定律k是黏度系数，单位是Pa•sn；n是流动指数，无量纲。3.3幂律流体模型对于一维方向的简单流动，幂律定律可简化为：幂律方程K：稠度系数，K越大，黏度越高，流动阻力越大n：非牛顿指数；等于在双对数坐标图中曲线的斜率。幂律定律一般适用于中

4、等剪切速率的范围，在变化不太宽的情况下，K和n可以看作是常数。包含较低剪切速率区域的三参数模型：3.3幂律流体模型2）卡洛模型（CarreauModel）3.3.1幂律流体当n=1时,流体为牛顿流体；当n<1时,流体为假塑性流体；当n>1时,流体为胀塑性流体。简单讨论：（1）对牛顿型流体，n=1,ha为定值；对假(胀)塑性流体，n<1(>1)；n偏离1的程度越大，表明材料的假塑性（非牛顿性）越强；n与1之差，反映了材料非线性性质的强弱。（2）同一种材料，在不同的剪切速率范围内，n值也不是常数。通常剪切速率越

5、大，材料的非牛顿性越显著，n值越小。（3）所有影响材料非线性性质的因素也必对n值有影响。如温度下降、分子量增大、填料量增多等，都会使材料非线性性质增强，从而使n值下降。如填入软化剂，增塑剂则使n值上升。3.3.2假塑性流体假塑性流体的黏度随剪切速率的提高而下降，表现出“剪切变稀”现象；多数的高分子溶液、熔体均属于假塑性流体，这样的熔体黏度降低是加工变得更加容易，降低了成型过程中所需的能量。聚合物熔体剪切变稀的解释：1）高分子构像改变说2）类橡胶液体理论聚合物熔体中高分子间有位相几何学缠结和范德华交联点，这些

6、物理交联点在高分子热运动中处于不断解开和重建的动态平衡中。也就是说，聚合物熔体具有瞬变交联的空间网状结构——拟网状结构。在剪切流动时，在不同的条件下，拟网状结构破坏和重建的速度不同，会使聚合物表现出不同的流变行为。0第一牛顿区：剪切速率很低，拟网状结构破坏与重建速度相同；只有粘性流动，n=1，符合牛顿流动定律。随着剪切速率增大，拟网状结构破坏速度增大，交联点减少；流动形变中除粘性流动外，还有高弹形变，假塑性区剪切速率很大，交联点已最大程度被破坏，只有高分子重心相对位移，不伴随有高弹形变；符合牛顿定律。第二牛

7、顿区3.3.2假塑性流体为→0时的粘度，也称为零切黏度。为表观黏度0..为→∞时的黏度。.>>3.3.2假塑性流体表观黏度随剪切速率增加而增大，形成“剪切增稠”现象；流体在很小的剪切应力作用下即可能留流动，在很高的剪切应力下，黏度会无限增大，导致物料的破裂。3.3.2胀塑性流体粒子在静止状态充填最密，空隙最小，其中有少量的液体填充空隙，在小的剪切应力下进行流动时，起到了“润滑剂”的作用，所以黏度不高。随着剪切应力的增大，固体颗粒原有的堆砌状况已经不能维持而被逐渐破坏，密集的颗粒体系变成松散的排列，孔隙率增大

8、，体积膨胀造成位阻的增加。黏度增大。3.3.2胀塑性流体主要是固含量很高的悬浮液、糊状物……特点：颗粒是分散的，分散相的黏度足够大，受分散介质的浸润很小或完全不浸润。3.4宾汉塑性流体模型宾汉流体是指当所受的剪切应力超过临界剪切应力后，才能变形流动的流体，也称塑性流体。但一旦发生流动，其黏度保持不变，呈现牛顿行为。如果超过临界剪切应力后呈现剪切变稀或剪切增稠的非牛顿行为，则称此为广义宾汉流体。广义宾汉流体3.4宾