【课件】沈新元《高分子材料加工原理》(第二版)第4章_聚合物流体的流变性
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高分子材料加工原理--聚合物流体的流变性 ppt课件
所以PLLA熔体在纺丝过程中对温度极其敏感，应严格控制纺丝温 度.
表 PLLA的特性黏度降
温度/℃
室温 205 215 225
特性黏度[η]
1.35 1.16 0.89 0.82
[η]
0 0.19 0.46 0.53
当Tg <T<Tg+100时，由WLF方程式： ❖ lg(T / Ts)= －C1(T-Ts)/[C2+(T-Ts)] ❖ 若Ts=Tg， 则C1=17.44，C2=51.6
1-直链，2—三支链，3—四支链
图 超支化聚(硅氧烷)
2.平均分子量的影响
(1)分子量对0 的影响
➢ Flory等: 0=KM K-取决于聚合物性质和温度的经验常数 -与聚合物有关的指数 当M < Mc时，=1～1.6； M > Mc，时=2.5～5.0
推论：高分子量聚合物加工时，粘 度很高，加工困难。
a ↓ a↑
支链越多，越短，流动时的空间位阻
越小，表观粘度越低。
例1: 超支化聚合物具有较低的a 例2: 橡胶生产中加入再生橡胶，以 改善其加工性能。
(3) 长支链数↑
a ↑， c↓
(4)聚合物链结构中的侧基 当侧基体积较大时，自由体积增大，
流体粘度对压力和温度敏感性增加。
图 顺丁胶的粘度与分子支化度的关 系
C↑
c↓ n ↓
(三) 温度的影响
1.温度对0 (或)的影响
图 常见聚合物流体的表观粘度与温度的关系
T ↑，链段活动能力↑ 体积↑ 分子间相互作用↓
↓
当T>>Tg时， 由Arrhenius方程式： η =AexpEη /RT
lnη =lnA+Eη /RT
表 PLLA的特性黏度降
温度/℃
室温 205 215 225
特性黏度[η]
1.35 1.16 0.89 0.82
[η]
0 0.19 0.46 0.53
当Tg <T<Tg+100时，由WLF方程式： ❖ lg(T / Ts)= －C1(T-Ts)/[C2+(T-Ts)] ❖ 若Ts=Tg， 则C1=17.44，C2=51.6
1-直链，2—三支链，3—四支链
图 超支化聚(硅氧烷)
2.平均分子量的影响
(1)分子量对0 的影响
➢ Flory等: 0=KM K-取决于聚合物性质和温度的经验常数 -与聚合物有关的指数 当M < Mc时，=1～1.6； M > Mc，时=2.5～5.0
推论：高分子量聚合物加工时，粘 度很高，加工困难。
a ↓ a↑
支链越多，越短，流动时的空间位阻
越小，表观粘度越低。
例1: 超支化聚合物具有较低的a 例2: 橡胶生产中加入再生橡胶，以 改善其加工性能。
(3) 长支链数↑
a ↑， c↓
(4)聚合物链结构中的侧基 当侧基体积较大时，自由体积增大，
流体粘度对压力和温度敏感性增加。
图 顺丁胶的粘度与分子支化度的关 系
C↑
c↓ n ↓
(三) 温度的影响
1.温度对0 (或)的影响
图 常见聚合物流体的表观粘度与温度的关系
T ↑，链段活动能力↑ 体积↑ 分子间相互作用↓
↓
当T>>Tg时， 由Arrhenius方程式： η =AexpEη /RT
lnη =lnA+Eη /RT
聚合物流变学高分子流体的流动分析教学课件PPT
r =r0 ， y P r0
2L
(2)宾汉流体在圆管中的速度分布
r r0 ,
r > r0
V R
V r
dVr
R
r
dr
R
r
y dr p
2 1 P( R 2 r2 ) Vr 1 P( R r 2 ) y ( R r ) 4L Vr p y ( R r ) p 4L
速度分布方程：
dV r dr
R
V R
V r
（1）圆管中流体的剪切应力及其分布
在此流体中取长度为 L 的一段，流体柱半 径为R，两端压力差为ΔP ，对其剪切应力 进行分析。 考察在半径为r处的层流，由于是稳定流动， 流体受力平衡（压力=剪切力），有
P r r 2r L
2
P r r 2L
由此可见，流体中 不同的层流所受到 的剪切应力 τ 与其 所在的位置，即半 径 r 成正比。
Q R
Q 0
dQ 2rV( r0 ) dr 2rV( r ) dr
0 r0
4 4
r0
R
Q( R )
R P 4 2L y 1 2L y 1 8L P 3 RP 3 RP
n=1,牛顿流体，
R P Q R 8L
4
哈根-泊肃叶方程
Hagen-Poiseuill
（5）幂律流体在圆管中平均流速
Q R R v
2
nR PR v 2 R 3n 1 2 KL
第四章聚合物加工流变学基础
这种性质使得在高分子材料加工时，特别橡胶制品 加工时，希望材料分子量分布稍宽些为宜。宽分布
橡胶不仅比窄分布材料更易挤出或模塑成型，而且
在停放时的“挺性”也更好些。
（3）长链支化结构的影响
几种支化高分子的形式
主要影响规律
（1）一般说，短支链（梳型支化）对材料粘度 的影响甚微。对高分子材料粘度影响大的是长 支链（星型支化）的形态和长度。
（2）分子量分布宽的试样，其非牛顿流变性较为显著。 主要表现为，在低剪切速率下，宽分布试样的粘度，尤其零剪 切粘度往往较高；但随剪切速率增大，宽分布试样与窄分布试 样相比（设两者重均分子量相当），其发生剪切变稀的临界剪 切速率偏低，粘-切敏感性较大。到高剪切速率范围内，宽分布
试样的粘度可能反而比相当的窄分布试样低。
2.液体在平直导管内受剪切应力而发生流动的 形式有：层流和湍流两种。
层流:液体主体的流动是按许多彼此平行的流层 进行，同一流层之间各点的速度彼此相同，但 各层之间的速度不一定相等。 湍流: 当流速超过临界值时，流体会出现扰动， 再大会变为湍流。
雷诺准数 Re D / 作为层流和湍流的区 分系数，其中D为导管的直径，v为液体的平 均速度 Re<2100~2300 层流
不同类型流体的流动曲线
剪 切 应 力
1
2
3
4
剪切速率
不同类型流体的流动曲线
1—膨胀性流体； 2—牛顿流体； 3—假塑性流体； 4—复合型流体
不同类型流体的流变曲线
表 观 粘 度
1
2 3
剪切速率
不同类型流体的流变曲线
1—膨胀性流体； 2—牛顿流体；3—假塑性流体
第二节 聚合物熔体剪切粘度的 影响因素
《聚合物的流变行为》课件
流变学的意义和应用领域
流变学研究有助于了解和改进材料的流动性、加工性能和性能稳定性。应用广泛，如塑料制 品、药物输送系统等。
聚合物的流变特性
聚合物在外力作用下表现出不同的变形行为，包括塑性变形、弹性变形和黏弹性行为。
1 塑性变形
聚合物在外力作用下可永久变形，形状会改变，不易恢复原状。
2 弹性变形
聚合物在外力作用下会有弹性还原能力，恢复原状。
《聚合物的流变行为》 PPT课件
欢迎来到《聚合物的流变行为》PPT课件。本课件将介绍聚合物的流变特性、 影响因素、测试方法以及应用领域等内容。
流变学的基本概念
流变学是研究物质在外力作用下流动和变形规律的学科。它的定义
流变学研究物质对外力的响应，包括黏弹性、塑性和弹性等变形行为。
通过流变图可以了解聚合物的流变行为，作为材料研发和品质控制的重要参考。
聚合物流变行为的应用
聚合物的流变行为在各个领域都有应用，包括工业、生物医学和材料科学等。
工业应用
在工业生产中，了解聚合物的流 变行为有助于改进材料加工和产 品性能。
生物医学应用
聚合物的流变行为研究对于药物 输送系统、生物材料等具有重要 意义。
材料科学应用
了解聚合物的流变行为可用于材 料设计和性能优化，如聚合物复 合材料等。
流变学的发展趋势
随着科学技术的不断进步，流变学将继续发展并应用于更多领域，如纳米材 料、可持续能源等。
聚合物结构和分子量
不同的聚合物结构和分子量会影响其流动性、黏弹性和弹性行为。
流变性能测试方法
了解聚合物的流变性能有助于材料的研发和应用。常用的测试方法包括拉伸试验、剪切试验等。
1
拉伸试验
通过施加拉伸力测量聚合物的延展性和力学性能。
流变学研究有助于了解和改进材料的流动性、加工性能和性能稳定性。应用广泛，如塑料制 品、药物输送系统等。
聚合物的流变特性
聚合物在外力作用下表现出不同的变形行为，包括塑性变形、弹性变形和黏弹性行为。
1 塑性变形
聚合物在外力作用下可永久变形，形状会改变，不易恢复原状。
2 弹性变形
聚合物在外力作用下会有弹性还原能力，恢复原状。
《聚合物的流变行为》 PPT课件
欢迎来到《聚合物的流变行为》PPT课件。本课件将介绍聚合物的流变特性、 影响因素、测试方法以及应用领域等内容。
流变学的基本概念
流变学是研究物质在外力作用下流动和变形规律的学科。它的定义
流变学研究物质对外力的响应，包括黏弹性、塑性和弹性等变形行为。
通过流变图可以了解聚合物的流变行为，作为材料研发和品质控制的重要参考。
聚合物流变行为的应用
聚合物的流变行为在各个领域都有应用，包括工业、生物医学和材料科学等。
工业应用
在工业生产中，了解聚合物的流 变行为有助于改进材料加工和产 品性能。
生物医学应用
聚合物的流变行为研究对于药物 输送系统、生物材料等具有重要 意义。
材料科学应用
了解聚合物的流变行为可用于材 料设计和性能优化，如聚合物复 合材料等。
流变学的发展趋势
随着科学技术的不断进步，流变学将继续发展并应用于更多领域，如纳米材 料、可持续能源等。
聚合物结构和分子量
不同的聚合物结构和分子量会影响其流动性、黏弹性和弹性行为。
流变性能测试方法
了解聚合物的流变性能有助于材料的研发和应用。常用的测试方法包括拉伸试验、剪切试验等。
1
拉伸试验
通过施加拉伸力测量聚合物的延展性和力学性能。
聚合物的流变形PPT讲稿
锥板式 平行板式 圆筒式
13
落球粘度计
原理：半径为r，密度
为 的圆球，在粘度
为无限延，伸密的度液为体中运的动 s
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
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，用测力头将 挤出熔体的力转成电讯号在记
录仪上显示，从 v ~ p 的测定， 可求得 与之间的关系
聚合物的流变形课件
1
2
9.1.1 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。
18
9.2.2 影响粘流温度的因素
• 分子结构的影响
– 分子链越柔顺，粘流温度越低； – 分子链的极性越大，粘流温度越高。
• 分子量的影响
– 分子量越大，分子运动时受到的内摩擦阻力越大； – 分子量越大，分子间的缠结越厉害，各个链段难以向
幂律区（假塑区）
第二牛顿区
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、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。
13
落球粘度计
原理：半径为r，密度
为 的圆球，在粘度
为无限延，伸密的度液为体中运的动 s
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
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，用测力头将 挤出熔体的力转成电讯号在记
录仪上显示，从 v ~ p 的测定， 可求得 与之间的关系
聚合物的流变形课件
1
2
9.1.1 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。
18
9.2.2 影响粘流温度的因素
• 分子结构的影响
– 分子链越柔顺，粘流温度越低； – 分子链的极性越大，粘流温度越高。
• 分子量的影响
– 分子量越大，分子运动时受到的内摩擦阻力越大； – 分子量越大，分子间的缠结越厉害，各个链段难以向
幂律区（假塑区）
第二牛顿区
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、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。
《聚合物的流变性》PPT课件
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29
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4
9.1牛顿流体和非牛顿流体
1、牛顿流体：
剪切形变
dx dy
， 剪切应力 F
A
切变速率
•d rd(d)xd(d)xdv (s-1)
dtdtdydydt dy
牛顿流动定律：
η：单位Pa·s
•
凡流动行为符合牛顿流动定律的流体，称为牛 顿流体。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。
阿累尼乌斯方程 Arrhenius Equation
a AeE/RT When T>Tg+100
E - 粘流活化能--与分子链的柔顺性有关，与
温度、切变速率和切应力无关。一般刚性链的粘
流活化能E高。
T
T
lnalnAE /RT lgT1作图可E求
注：Tg<T＜Tg＋100℃，Arreheniu方程不适用，
率（切应力）的方法（即提高挤出机的螺杆转速，
注射机的注射压力与方法）来调节流动性。
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20
切敏性材料和温敏性材料
刚性链，E大，粘度对温度敏感
刚性链—温敏
如PC, PMMA 升温 提速
柔性链，E 小，粘度对温度不敏感
对切变速率敏感
柔性链—切敏
如PE, POM 完整版课件ppt
升温
提速
21
天然橡胶20万，纤维2－10万，塑料之间成型方法：
注射分子量低；挤出分子完量整高版课；件p吹pt 塑之间。
13
B 、粘度的分子量分布的依赖性 分子量分布宽的试样对切变速率敏感性大。 塑料：分布宽些容易挤出，流动性好，但分布太 宽会使性能下降。 橡胶：分布宽，低分子量，滑动性好，增塑作用， 高分子是保证一定力学性能。
聚合物流变学基础PPT课件
小结：
影响流变性能的因素 高分子材料弹性的表现 流变性能对高分子材料成型加工的指导
45
个人观点供参考，欢迎讨论
30
产生入口效应的原因：
(a)速度重排:熔体在大小管内速度是不等的， 为了调整速度要消耗一定的压力降。
(b)弹性效应：熔体由大管流向小管，必须变形以适 应新的流道。聚合物具有弹性，对变形具有抵抗 能力，因此造成能量消耗，即消耗适当的应力降。 以上两种原因使压力降与计算式中的压力降不符， 一般以加大长度的办法来调整压力降造成的能量 损失（根据流量计算式） L改为L+3D符合实际。
2
影响粘度最重要的两个因素：温度与剪切
温度 剪切
0eE/RT 影响本质是运动能力
a Kn1 影响本质是熵回复
故 柔性分子链对剪切敏感 刚性分子链对温度敏感
3
剪切速率
A-LDPE B-乙丙高聚物 C-PMMA D-甲醛高聚物 E-尼龙66
4
பைடு நூலகம்
温度
5
压力
聚合物由于具有长链结构和分子内旋转，产生空 洞较多，即所谓的“自由体积”。所以在加工温度下 的压缩性比普通流体大得多。
A
C B
D
E
21
不同温度对XLPE交联反应的影响
22
粘度测量过程图
23
德国哈克转矩流变仪
24
不同配方共混料的粘度曲线
25
3 弹性表现
在生产过程中,经常见到：制品表面无光泽、麻面 或波纹，严重时出现裂纹，制品质量不合格，其 原因是聚合物流动过程中产生的，我们称它为流 动缺陷，这是工艺条件、制品设计、设备和原料 选择不当等造成的。
31
出口效应（Brass效应）
《聚合物的流变性质》PPT课件
时，聚合物的粘流活化能已不为一常数。
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35
W.L.F公式
Williams等人发现：Tg到 Tg+100℃， 非晶态聚合物粘度的对数与其处于温度T时的 自由体积分数成反比。
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36
logTloggCC 21(T (T TT gg ))
公式用途：
（1）以一定温度下测得的粘度数据来计算非晶态聚合物在其 它温度时的粘度；7-PM 8-PA9-PETD
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33
聚合物黏度对温度的依赖性还可以用 温度敏感性指标来表示。 ——给定剪切速率下相差40 ℃的两个温度的
黏度比来表示。
完整版课件ppt
34
只有当聚合物处于粘流温度以上不宽的温度范围内， Andrade公式材适用。 当温度从玻璃化温度到熔点（粘流温度）很宽的范围
完整版课件ppt
3
前言
什么是流变学
研究物质形变和流动的科学。
聚合物流变学研究的对象
应力作用下高分子材料产生弹性、塑性和粘性行为以及研究这些 行为与各种因素之间的相互关系。
聚合物流变学研究的复杂性
聚合物流变行为十分复杂；对于聚合物流变行为的解释仍然有很 多是定性的或经验的。
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4
第一节 聚合物熔体的流变行为
23
综合考虑时间与温度的因素
VcAetbT
Vc-硬化速度； T-温度； t –时间
完整版课件ppt
24
完整版课件ppt
25
完整版课件ppt
26
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27
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28
第二节 影响聚合物流变行为的 主要因素
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35
W.L.F公式
Williams等人发现：Tg到 Tg+100℃， 非晶态聚合物粘度的对数与其处于温度T时的 自由体积分数成反比。
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36
logTloggCC 21(T (T TT gg ))
公式用途：
（1）以一定温度下测得的粘度数据来计算非晶态聚合物在其 它温度时的粘度；7-PM 8-PA9-PETD
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33
聚合物黏度对温度的依赖性还可以用 温度敏感性指标来表示。 ——给定剪切速率下相差40 ℃的两个温度的
黏度比来表示。
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34
只有当聚合物处于粘流温度以上不宽的温度范围内， Andrade公式材适用。 当温度从玻璃化温度到熔点（粘流温度）很宽的范围
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3
前言
什么是流变学
研究物质形变和流动的科学。
聚合物流变学研究的对象
应力作用下高分子材料产生弹性、塑性和粘性行为以及研究这些 行为与各种因素之间的相互关系。
聚合物流变学研究的复杂性
聚合物流变行为十分复杂；对于聚合物流变行为的解释仍然有很 多是定性的或经验的。
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4
第一节 聚合物熔体的流变行为
23
综合考虑时间与温度的因素
VcAetbT
Vc-硬化速度； T-温度； t –时间
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28
第二节 影响聚合物流变行为的 主要因素
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聚合物加工课件-流变行为.全解
3.2 聚合物熔体的流变行为
3.2.1 应力和应变的类型
材料在拉伸作用下产生的形变称为拉伸应变，也称相对伸 长率（e）。 F
A0
A
l0
Dl
l
简单拉伸示意图
F
拉伸应力 = F / A0
（A0为材料的起始截面积）
拉伸应变（相对伸长率）e = （l - l0）/l0 = △l / l0
简单剪切(shearing)
总结
前四种模式表示高聚物在一定条件下表现出的性状:线性 弹性适于温度＜玻璃化温度的聚合物和高度交联的聚合物;非 线性弹性适于温度＞玻璃化温度时部分交联的聚合物;前者指 应力与应变的关系是瞬间发生的,以后不随时间而变化;后者 则在达到平衡应变后,不再随时间变化. 线性和非线性粘性粘性适于高聚物溶液及高聚物熔体,实质 上a高聚物有多重运动单元往往在外场作用同时表现出弹性和粘 性 b应充分考虑分子运动单元的运动时间依赖性. 一般情况下,高聚物用粘弹性表示,应力较小时,用线性粘弹 性表示;而应力大时,则为非线性粘弹性.
体破裂现象的出现，所以通常都使收敛角α＜10º 。
拖曳流动：液体流动的管道或口模的一部分能以一定 的速度和规律进行运动(相对于静止部分)，则聚合物 将随管道和口模的运动部分产生拖曳流动，它是一种 剪切流动，压力降及流速分布受运动部分的影响。
聚合物液体在挤出机螺杆槽与料筒壁所构成的矩形通 道中的流动或在挤出线缆包复物环形口模中的流动就是典
二、线性粘性流动(牛顿流体)
牛顿流动定律：τ = η 牛顿流体：符合牛顿流动定律的 流体 如：水、甘油 粘度为流体发生单位速度梯 度时单位面积上所受到的剪切力。 反映了液体分子间的相互作用而 产生的流动阻力，即内摩擦力的 大小。
高分子材料加工原理第2版(沈新元著)课后习题答案下载
高分子材料加工原理第2版（沈新元著）课后习题答案下载《高分子材料加工原理第2版》为读者从事高分子研究、教学和开发生产新材料及新型制品打下扎实的基础。
以下是要与大家分享的高分子材料加工原理第2版（沈新元著）课后答案，供大家参考!点击此处下载???高分子材料加工原理第2版（沈新元著）课后答案???该教材主要包括：绪论、高分子材料加工原理、成型原料、混合与塑化、高分子材料主要成型加工技术、高分子材料其它成型加工技术、高分子材料二次加工技术、高分子材料加工技术新进展等内容。
通过本教材的教学和学习，正确了解高分子材料制品的使用性能与高分子化合物的化学组成和结构的关系，为读者从事高分子研究、教学和开发生产新材料及新型制品打下扎实的基础。
第1章绪论1.1高分子材料的分类及性质1.2高分子材料成型加工及其重要性1.3高分子材料成型工业的回顾与展望1.3.1高分子材料工业的初创期1.3.2高分子材料工业的发展期1.3.3高分子材料全面发展时期及发展方向1.4我国高分子材料工业的发展现状第2章高分子材料成型原理2.1高分子材料的加工性能2.1.1高分子材料的熔融性能2.1.2高分子材料的流变性能2.1.3高分子材料的成型性能2.2高分子材料加工中的结构变化 2.2.1高分子材料的结晶2.2.2高分子材料的取向2.2.3高分子材料的降解2.2.4高分子材料的交联第3章成型原料、混合与塑化3.1高分子原料3.1.1橡胶3.1.2塑料3.1.3纤维3.2添加剂3.2.1稳定剂3.2.2增塑剂3.2.3填充剂3.2.4润滑剂3.2.5交联剂及偶联剂3.2.6其他助剂3.3混合与塑化设备3.3.1间歇式混合与塑化设备3.3.2连续式混合与塑化设备3.4混合与塑化3.4.1混合与塑化的方法3.4.2混合机理3.4.3混合与塑化工艺第4章高分子材料主要成型加工技术4.1挤出成型4.1.1挤出成型设备4.1.2挤出成型理论4.1.3挤出成型工艺及控制4.1.4热塑性和热固性塑料挤出成型技术特点 4.1.5典型制品的挤出成型4.2注射成型4.2.1注射成型设备4.2.2注射成型原理4.2.3注射成型工艺及控制4.2.4热塑性和热固性塑料注射成型技术特点 4.2.5典型制品的注射成型4.3压延成型4.3.1压延成型设备4.3.2压延成型原理4.3.3压延成型工艺及控制4.4中空吹塑4.4.1中空吹塑设备4.4.2挤出吹塑4.4.3注射吹塑4.4.4中空吹塑成型工艺及控制4.5泡沫塑料成型4.5.1塑料发泡方法及其特点4.5.2泡沫塑料成型过程及原理4.5.3泡沫塑料成型设备和选用4.6流延成型4.6.1流延成型用溶液的配制4.6.2流延成型设备4.6.3流延成型工艺第5章高分子材料其他成型加工技术5.1模压成型5.1.1模压成型设备5.1.2模压成型原理5.1.3模压成型工艺5.1.4热塑性和热固性塑料模压成型技术特点 5.2层压成型5.2.1浸渍5.2.2压制成型工艺5.2.3热处理和后加工5.3涂覆5.3.1塑性溶胶的配制5.3.2直接涂覆5.3.3间接涂覆5.4纺丝成型5.4.1纺丝成型设备5.4.2纺丝成型原理5.4.3纺丝成型工艺5.5橡胶的成型加工5.5.1橡胶的硫化5.5.2橡胶的模压成型5.5.3橡胶的压出成型5.5.4橡胶的注射成型第6章高分子材料二次加工技术 6.1热成型6.1.1热成型的选材原则6.1.2热成型设备和模具6.1.3热成型的基本方法6.1.4热成型工艺及控制6.2机械加工6.2.1高分子制品的机械加工性能6.2.2高分子制品的机械加工方法 6.3表面整饰6.3.1机械修饰6.3.2表面处理6.3.3表面涂饰6.4焊接和粘接6.4.1高分子制品的常用焊接方法 6.4.2高分子制品的粘接理论6.4.3胶黏剂的选用6.4.4粘接工艺第7章高分子材料加工技术新进展 7.1IMD模内装饰技术7.1.1IMD片材7.1.2油墨7.1.3塑料粒子7.1.4IMD的成型工序及设备7.2纳米复合材料成型技术7.3主要加工技术新进展7.3.1挤出成型技术7.3.2注射成型技术7.3.3压延成型技术7.3.4中空吹塑成型技术7.3.5纺丝成型技术7.3.6涂覆成型技术参考文献1.高分子材料加工原理第2版沈新元著。
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相对分子质量相近时，相对分子质量分布对流动曲线的影响
分子量分布宽度↑
黏—切敏感性较大 ↑
cr 向低值移动
在较窄的 范围内表现出牛顿特性
(二) 聚合物溶液浓度对黏度的影
1.聚合物溶液浓度对0 (或)的影响
单位体分子间积接触点密度
单位体积大分子链密度 C/M
响
C2
每个大分子接触点数
CM
CM:链段接触参数
表
PLLA的特性黏度
温度/℃
特性黏度[η]
室温 205 215 225
1.35 1.16 0.89 0.82
0 0.19 0.46 0.53
当Tg <T<Tg+100时，由WLF方程式：
lg(T / Ts)= -C1(T-Ts)/[C2+(T-Ts)]
若Ts=Tg， 则C1=17.44，C2=51.6
③ 最大松弛时间 max: 量流体的松弛过程）
cr的倒数（量纲为时间，有时用它度
cr
④剪切弹性模量G:(σ12)
2.动态流动曲线
动态流变性的特点是在交变应力的作用下研究聚合物流 体的力学相应规律。
复数黏度 *、动态黏度′和虚数黏度 耗模量G"之间的关系为
"
与储能模量G′、损
* () i () G ( ) () () G ()
UHMW-PAN溶液的分子量大小对黏度的影响很
大： 分子量发生波动时，黏度的急剧变化。
②剪切速率
聚己内酰胺熔体的α值与
的关系
(2)分子量对流动曲线的影响
M ↑ 流动曲线上移 , 0 ↑
cr 向低值移动
相同
下的a ↑
聚合物流体流动曲线对分子量的依赖性
cr
3.相对分子质量分布的影响
a ↓
3.大分子链的脱溶剂化(浓溶液情况) 聚合物浓溶液： σ ↑， 脱溶剂化↑ 大分子链有效尺寸↓
(四) 切力增稠的原因
增加到某数值时,流体中有新的结构的形成。
大多数胀流型流体
为多分散体系，固体含量较多，且浸润性不好。 静止时，流体中的 固体粒子堆砌得很紧密，粒子间空隙小并充满了液 体。 当
n<1
假塑性(切力变稀)
n=1
n>1
牛顿流体
胀流
性(切力增稠)
（二）非牛顿流体的的流动曲线
1.稳态流动曲线
lgσ12=lgK+nlg
lg a=lgK+(n-1)lg
范围内， 在不同的 的关系是不同的: 对于 ① 较低时,流动为牛顿流动, 不变( )
0
时,流体呈切力变稀现象, ↓ ( ) ② ↑至
C↑
cr ↓
n↓
(三) 温度对黏度的影响
1.温度对0 (或)的影响
常见聚合物流体的表观黏度与温度的关系
T ↑，链段活动能力↑ 体积↑ 分子间相互作用↓
↓
当T>>Tg时， η =AexpEη /RT
由
Arrhenius方程式：
lnη =lnA+Eη /RT lnη ~1/T 直线斜率=E η/R
lg 3.4 lg M w
17.44(T Tg )
51.6 T Tg
C
2.温度对流动曲线的影响
T↑
流动曲线下移 cr ↑ 0 ↓ a ↓
(四)溶剂性质对黏度的影响
1.溶剂的黏度s影响聚合物浓溶液的黏度0 s ↑ 0 ↑(C相同时)
聚丙烯腈在不同溶剂中浓溶液的黏流特性
经验式： 0 =KCβ Mα
lg 0 ~ lg CM关系与熔体的lg 0 ~ lgM关系十分相似, 一般也由 两段直线组成： 当CM < (CM)C时 lg 0 ~ lg CM直线斜率＝1 当CM > (CM)C时 lg 0 ~ lg CM直线斜率＝3.4
当Mα 不变时,0 =K′Cβ 熔体lg 0对lgM的依赖关系可以看成浓溶液lg 0对lg CM依赖关系 的一个特例。
二.流变学运动学量和动力学量
流变学中描述物体形变和流动的动力学量主要是应力， 运动学量主要是应变和应变速率以及它们的二阶参数。 1.应力张量 应力是作用在单位体积上 的表面力。 对于整个体积元，应以9个应力分量来表示其流变学动力学量。 总的应力张量可以分为各向同性张量和偏张量。 各向同性张量 引起体积改变， 偏张量引起形状改变。
Eη↑
聚合物本性的影响：链刚性↑极性↑
M的影响：M>103， E η=k
Eη
T的影响：T 的影响：
溶剂的影响 聚合物浓 度的影响:C↑
E η↓ E η↑
的影响：↑
E η↓
E η反映聚合物流体流动的难易程度，更重要的是反映了材料黏度 随温度变化的敏感性。 例：PLLA熔体的Eη为123kJ/mol, PET熔体的Eη为80kJ/mol. 所以PLLA熔体在纺丝过程中对温度极其敏感，应严格控制纺丝温 度.
cr a
(第一牛顿区)
③
(非牛顿区)
继续↑流体又表现为牛顿流动, 不变(∞)
(第二牛顿区)
由流动曲线可得到一些流变学量: ① 非牛顿流动指数n :表征流体偏离牛顿流动的程度 ② 结构黏度指数△ ：（对某些流体）表征流体结构化的 程度 d lg a 2 10 1/ 2 d
(三) 切力变稀的原因
1.大分子链间缠结点的解除 拟网络结构理论：聚合物流体中的缠结 点具有瞬变性, 可不断拆散和重建，并 在某一特定条件下达到动态平衡，因此， 此种流体可看成瞬变网络体系。
↑， 缠结点浓度↓
a ↓
聚乙烯熔体的流动曲线
2.大分子链段取向效应
↑，
链段取向↑ 流层间牵曳力↓
a ↓
硅橡胶
2500
30000
顺丁橡胶
6000
聚异丁烯
17000
②聚合物溶液的浓度C 对于聚合物浓溶液：C ↓ Mc ↑
例: PAN/NaSCN-H2O浓溶液，
C =45.4%，Mc=1.3103；
C = 15%时， Mc=6.03104
影响数值的因素:
①分子量
例:UHMW-PAN的5.7
聚乙烯和聚酰胺熔体在240℃时的流动行为
(2) 短支链数↑ 支链长度↑
a ↓ a↑
支链越多，越短，流动时的空间位阻 越小，表观黏度越低。 例1: 超支化聚合物具有较低的a 例2: 橡胶生产中加入再生橡胶，以 改善其加工性能。
(3) 长支链数↑
a ↑，
cr ↓
(4)聚合物链结构中的侧基 当侧基体 积较大时，自由体积增大， 流体黏度对压力和温度敏感性增加.
四.聚合物流体的特性及其表征
聚合物流体兼具黏性和弹性,导致其流体具有3个重要特性: (1)非牛顿剪切黏性 (2)拉伸黏性 (3)弹性
可以导出表征聚合物流体流变性的四个材料常数，用它们表征聚合 物流体的三个特性：
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切黏性
一、聚合物流体的流动类型
1．层流(Laminar Flow)和湍流(Turbulent Flow) 2．稳定流动 (Steady Flow)与不稳定流动(Non-steady Flow) 3．等温流动 (Isothermal Flow)和非等温流动(Non-isothermal Flow ) 4．一维流动(one-dimensional flow)、二维流动(two-dimensional flow) 和三维流动(three-dimensional flow) 5．拉伸流动
数。
本构方程：从物理概念和数学推理出发，建立的描述材料流变性（即 应力张量偏量与应变张量偏量或应变速率张量偏量之间关系）的最一
般的张量分析式。它表现了流变过程中材料本身的结构特征。
本构方程可预测材料在特定条件下的材料函数，但不能由实验直接 测定。 建立本构方程时，必须参考材料函数测定的结果。
它与材料函数的形式一致，但是否确切描述材料的流变行为，还要具体的材料函 数的实验测定来验证。
X2
σ
22
以矩阵表示的应力张量偏量：
σ
21
σ
23
σ
12
σ
32
σ
σ
31
11
σ
13
σ
33
X1
X3
下标：i ——力作用于平面的方向（由该平面的法向确定） j ——应力分量本身的方向
体系处于力的平衡状态下，力矩之和为零：只有6个分量独立。 应力张量偏量 为三维空间的二阶对称张量 。
2.应变速率张量
流变学动力学量引起材料形变和流动。 描述材料形 变和流动的流变学运动学量分别为应变张量 率张量 。 和应变速
顺丁胶的黏度与相对分子质量的关系 1-直链，2—三支链，3—四支链
2. 相对分子质量的影响
(1)相对分子质量对0 的影响
K—取决于聚合物性质和温度的经验常数 —与聚合物有关的指数 当M < Mc时，=1～1.6； M > Mc，时=2.5～5.0 推论：高分子量聚合物加工时，黏 度很高，加工困难。
它们都是三维空间的二阶对称张量。 总的应变张量和应变速率张 量也可以分为各向同性张量和偏张量。 各向同性张量引起体积改变， 偏张量引起形状改变。
三.材料函数和本构方程
材料函数是指在外界作用下，应力分量和应变（或应变速率）分量 之间的具体关系。
材料函数可由试验测量，并表达为实验数据或代表这些实验数据的函
增加到一定值时，粒子间碰撞机会增多，同时空隙增大，悬浮
体系总体积增加 液体已不能再充满空隙，粒子间移动时的润滑作用减小，阻力增 大，所以 a 增大。
三、影响聚合物流体剪切黏性的因素