高分子结构与性能ppt课件.ppt

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1、第3章高分子结构与性能-3武汉大学印刷与包装系3.3粘流态的力学性能—粘流性对高聚物流动行为的研究高聚物流变学了解和掌握高聚物的粘流温度和粘性流动规律重点：高聚物的流变行为为什么橡皮布长时间使用容易失去弹性？如何解决印刷过程中“不下墨的现象？知识回顾：应力应变曲线？3.3.1高聚物粘性流动的特点对小分子：小分子中的空穴与分子尺寸相当，因此可提供足够的空间让小分子扩散，在一定温度下，靠分子的热运动，空穴周围的分子向空穴跃迁，分子原来就占有的位置成了新的空穴，又让后面的分子向前跃迁，这样分子通过分子间的空穴相继向某一方向移动，形成宏观上液体在流动3.3.1.1高分子的流动——链段

2、运动对高分子：它在熔体内也存在自由体积，但是这种空穴远比整个大分子链小，而与链段大小相当。因此只有链段能扩散到空穴中，链段原来占的位置成了新的空穴，又让后面的链段向此空穴跃迁……，最后达到宏观上高分子整链的运动，很像蚯蚓的蠕动。从上面的机理可看到，柔性越好的高聚物，链段越小，只需要较低温度下较小的自由体积就可流动，所以Tf较低，易于成型加工；刚性越好的高聚物，链段越大，则需用的自由体积大，也需要更大的流动活化能，所以Tf较高，难以成型加工。链段柔顺性与Tf的关系3.3.1.2流动粘度大，且不符合牛顿流体规律（不稳定流动）现象：当我们观察河道或渠道中的水流时，可以明显的看到流动

3、的液体总是分成许多不同流速的液层，中间的流速最大，越靠近河岸的液层流速越小。这说明不但河岸对水流有摩擦作用，而且流体的液层之间也有相互摩擦作用。使一部分流体在另一部分流体上流动时产生了阻力，这是液体流动时具有一定粘度的内因。粘度：表征流动阻力大小的物理量高聚物熔体的粘度由于高分子链很长，熔体内部能够形成一种拟网状的缠结结构。这种缠结通过分子间作用力或几何相位物理结点形成。在一定温度或外力下，可发生“解缠结”，导致分子链的相对位移而流动。高聚物内部存在这种拟网状结构以及大分子的无规热运动，使整个分子的相对位移比较困难，导致流动粘度大。高聚物的流动是不稳定流动，不符合牛顿流体的流

4、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）。低分子液体流动所产生的形变是完全不可逆的高聚物在流动过程中所发生的形变中只有一部分（粘性流动）是不可逆的。因为高聚物的流动并不是高分子链之间的简单的相对滑移的结果，而是各个链段分段运动的总结果。在外力作用下，高分子链顺外力场有所伸展，发生构象改变；即在高聚物进行粘性流动的同时，必然会伴随一定量的高弹形变（可逆），外力消失后，高分子链又要蜷曲起来，因而整个形变要恢复一部分。3.3.1.3熔体流动时伴随高弹形变3.3.2高聚物的流变性3.3.2.1牛顿流体和非牛顿流体3.3.2.2高聚物熔体流变学规律3.3.2.3高聚物

5、的流动性表征3.3.2.4高聚物熔体剪切粘度的测量方法在微观流变学与宏观流变学的基础上建立起更符合实际的流变学模型；反映应力与应变、应力与应变速率关系的本构方程（流动状态方程）；流变测量学以及计算机辅助工程、化学流变学、非正常流动、表面流变学等研究尤为热门。---理论、实际生产价值什么是流变学？流变学(rheology)系指研究物体变形和流动的科学，1929年由Bingham和Crawford提出。物体的二重性：物体在外力作用下可观察到变形和流动现象。流变性：物体在外力作用下表现出来的变形性和流动性。流动是液体和气体的主要性质之一，流动的难易程度与流体本身的粘性有关，因此流动

6、可视为一种非可逆性变形过程。流变学基础1.流体的流动状态◆层流与湍流-----流体质点在沿平行于流道轴线方向流动，无横向流动，其Re<2300；流道方向与横向方向均有，甚至涡流，其Re>4000；Re：2300-4000过渡状态流速大、黏度低，湍流易发生；聚合物常常为层流。◆稳流与非稳流----与时间的关系高聚物在流动的初期，除了粘流性流动（不可逆形变）外，还有弹性形变（可逆形变），且弹性形变与时间有关，即非稳流；弹性形变达到平衡后，只有粘性流动，即稳流。2.流体的流动类型◆剪切流动与拉伸流动剪切流动---运动边界对流体的剪切摩擦或由静止边界的剪切摩擦阻力而产生的流动，如挤出

7、等。横向速度梯度拉伸流动---流动方向上的拉伸作用引起。纵向速度梯度。◆不同维数的流动一维、二维、三维流动对小分子（或高分子稀溶液）等理想流体，符合牛顿定律：即剪切应力与剪切速率成正比：流体的流速越大，受到的阻力越大。比例常数（粘度）是常数，不随剪切力和剪切速率的大小而改变。低分子液体或溶液极稀的高分子溶液为牛顿流体。高聚物熔体或其浓溶液在极低的剪切速率之下也可近似认为是牛顿流体，印刷工艺中用的蓖麻油就是牛顿流体。粘度单位：g/cm·s（泊）或Pa.S;1泊＝0.1Pa.S对高分子熔体等流体来讲：粘度不