高分子的流变特性
高分子物理---第九章-聚合物的粘性流动
(5) 熔体结构的影响
当分子量相同时， 当T在160~200℃时，η乳液PVC<η悬浮PVC 当T>200℃时， η乳液PVC≈η悬浮PVC 此时，乳液法PVC中颗粒已完全消失，因而
粘度差别不大。
影响熔体粘度的因素
9.1.6 高聚物流体流动中的弹性表现
②高聚物在模孔内流动时，由于切应力的作用，产生法 向应力效应，由法向应力差所产生的弹性形变在出口模 后回复，因而挤出物直径涨大。
三 、不稳定流动—熔体破裂(melt fracture)现象
所谓熔体破裂现象是高聚物熔体 在挤出时，如果剪切速度过大， 超过某一极限值时，从口模出来 的挤出物不再是平滑的，会出现 表面粗糙、起伏不平、螺旋皱纹、 挤出物扭曲甚至破碎等现象，也 称为不稳定流动。
实际中应避免不稳定流动。
四、 影响高聚物熔体弹性的因素 1.剪切速率：随剪切速率增大，熔体弹性效应增大。
* * 0 ei 0 (cos i sin ) 0 sin i20 cos i
* i0
i0
0
i
B
2.温度：温度↑，大分子松弛时间τ变短，高聚物熔体弹 性↓。
3.分子量及分子量分布
2F2B
表示改性情况
表示密度范围 1.ρ<0.922 2.=0.923~0.946
MFR=2
用途 Film
门尼粘度（Mooney Viscosity）
测定橡胶半成品或生胶的粘度大小的一种方法。门尼粘
度通常是在 100℃和一定的转子转速（2 r/min），测定
橡胶的阻力。
表示方法
ML
100 1+4
50
定为, 称牛顿极限粘度, 又类似牛顿流体行为。
高分子材料的流变性能研究
高分子材料的流变性能研究高分子材料是一类由大量重复单元构成的大分子化合物，具有广泛的应用领域。
在实际应用中，高分子材料的流变性能研究对于了解其内在特性、优化工艺以及预测材料在不同工况下的表现至关重要。
本文将以高分子材料的流变性能研究为主题，探讨流变性能的定义、测试方法以及研究意义。
首先，我们来了解什么是高分子材料的流变性能。
流变学是研究物质在外力作用下变形和流动行为的学科。
高分子材料的流变性能即指其在外力作用下的变形和流动行为特性。
高分子材料的流变性能与其分子结构、链长、分子量分布、交联程度等因素密切相关，直接影响材料的物理力学性能和加工工艺。
在研究高分子材料的流变性能时，重要的一步是选择合适的测试方法。
目前常用的高分子材料流变性能测试方法包括旋转流变仪、拉伸流变仪、压缩流变仪等。
旋转流变仪主要用于测量高分子材料的剪切流变性能，通过在不同剪切速率下测量应力和应变的关系，以了解材料的粘弹性、塑性和黏弹性等特性。
拉伸流变仪则主要用于测量高分子材料的拉伸性能，通过施加不同的拉伸速率和应力，研究材料的应变和应力关系。
压缩流变仪则可在承受压力情况下，研究高分子材料的压缩变形特性。
通过上述测试方法，我们可以获得高分子材料的流变性能数据。
这些数据对于了解材料的变形行为、判断材料的应用性能以及指导材料的设计和制备具有重要意义。
从流变性能数据中，可以获得高分子材料的流变学参数，如剪切模量、拉伸模量、弹性模量、黏滞系数等。
这些参数反映了材料的力学性能、变形能力和变形时间。
通过分析这些参数值的变化趋势，可以评估材料的物理力学性能以及材料在不同应用条件下的性能稳定性。
高分子材料的流变性能研究具有广泛的应用领域，例如在工程塑料的开发中，了解材料在高温、高压下的流变行为，有助于判断材料在实际应用中的性能表现。
在医疗领域，研究生物材料的流变性能，可以为医疗器械的设计和材料选择提供依据。
在涂料和胶粘剂行业，通过研究材料的流变性能，可以优化涂料的施工性能和胶粘剂的黏附力。
天然高分子PBS复合材料流变学特性概述
天然高分子/PBS复合材料的流变学特性概述摘要：通过添加天然高分子材料的物理改性提高聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的性能是重要研究方向，而对于复合材料的流变性能的研究，得到与体系内部结构相关的黏弹性信息、直接或间接反映体系的配方组成、微观结构、加工性能及宏观的性能之间的关系，这对于指导产品的实际加工具有十分重要的价值。
本文介绍了近年天然高分子/PBS复合材料流变学特性的相关研究，并对天然高分子/PBS复合材料流变学研究的发展作了总结和展望。
关键词：聚丁二酸丁二醇酯；天然高分子；共混改性；流变特性中图分类号：TQ31 文献标识码：AAn overview of rheological properties of natural polymer /PBS Composites Abstract: By adding the natural polymer materials to improve the performance of poly(butylene succinate) (PBS) is an important research direction. The rheological properties of the composites related to the internal structure of the viscoelastic information. The rheological properties can reflect the system of prescription composition directly or indirectly, the relationship between microstructure and processing performance and macro performance, which for practical machining of guide product has very important value. In this paper, the rheological properties of natural polymer /PBS composites were introduced, and the development of the research on the rheology of natural polymer /PBS composites was summarized and prospected.Key words: Poly(butylene succinate); natural polymers; composites;rheological property1 前言聚丁二酸丁二醇酯（PBS）是由1,4-丁二酸和1,4-丁二醇通过共聚反应合成的半结晶脂肪族聚酯，它具有良好的热塑性、分子柔韧性和生物降解性能等优点，成为最具发展潜力的脂肪族聚酯之一[1-5]。
高分子流变学（PDF）
ΔP = F
1 4
πd
p
2
式中，dp 为活塞直径（料筒内径） 。
郝文涛，合肥工业大学化工学院
35
那么毛细管管壁处的剪切应力就等于
τw
=
ΔP ⋅ R 2L
=
4F ⋅ R
2πd p 2 L
=
π
D ⋅dp2L
⋅F
式中，D 为毛细管直径，而 R 为毛细管半 径。
郝文涛，合肥工业大学化工学院
2
第三章 流变学测量
本章主要讨论几种重要并且常见的流变仪的工作原 理及简单使用方法。 强调其实用性，加入了有关双转子转矩流变仪及门 尼粘度计方面的内容。 与前面所讲过的粘度测量不同，这里所要测定的参 数多，计算过程复杂。
郝文涛，合肥工业大学化工学院
3
目录
第一节 引言 第二节 毛细管流变仪 第三节 双转子转矩流变仪 第四节 旋转流变仪
郝文涛，合肥工业大学化工学院
4
第一节 引言
1. 流变测量的目的
① 物料的流变学表征; ② 工程的流变学研究和设计; ③ 检验和指导流变本构方程理论的发展。
郝文涛，合肥工业大学化工学院
5
1）物料的流变学表征
最基本的流变测量任务。 通过测量掌握物料的流变性质与体系的组
分、结构及测试条件的关系，为材料设 计、配方设计、工艺设计提供基础数据， 控制、达到期望的加工流动性和主要物理 力学性能。
41
lgτ
T1
lgη
T2
T3
lg γ&
T1 T2 T3
lg γ&
图4-3 毛细管流变实验曲线示意，T1 < T2 < T3
高分子材料流变学
【名词解释】1.假塑性流体：黏度随剪切速率的增加而降低的流体，粘度与剪切应力之间的关系服从幂律定律，其中，非牛顿指数n<12.膨胀性流体:黏度随剪切速率的增加而升高的流体，粘度与剪切应力之间的关系服从幂律定律，其中非牛顿指数n>13.宾汉流体:指当所受的剪切应力超过临界剪切应力后，才能变形的流动的流体，亦称塑性流体，其中剪切应力与剪切速率服从τ=τy+ηpγ4.牛顿流体:剪切应力与剪切速率之间呈线性关系，表达式为τ=μγ的流体5.剪切变稀：粘度随剪切速率升高而降低6.爬杆效应：当金属杆在盛有高分子流体的容器中旋转，熔体沿杆上爬的现象7.挤出胀大：聚合物熔体挤出圆形截面的毛细管时，挤出物的直径大于毛细管模直径8.熔体破裂：聚合物熔体在毛细管中流动时，当剪切速率较高时，聚合物表面出现不规则的现象，如竹节状，鲨鱼皮状9.无管虹吸：当插入聚合物溶液中的玻璃管，提离液面之上时，聚合物溶液继续沿玻璃管流出的现象10.第一法向应力差：高聚物熔体流动时，由于弹性行为，受剪切的作用时，产生法向应力差，其中满足关系式N1=τ11−τ22=φ1∗γ 212(N1通常为正值)11.第二法向应力差：同上，关系式为N2=τ22−τ33=φ2∗γ 212 (N2通常为负值)12.本构方程：是一类联系应力张量和应变张量或应变速率张量之间的关系方程，而联系的系数通常是材料的常数。
13.剪切应力：单位面积上的剪切力，τ=FA14.剪切速率：流体以一定速度沿剪切力方向移动。
在黏性阻力和固定壁面阻力的作用力，使相邻液层之间出现速度差,γ=d vdy 也可理解成一定间距的液层，在一定时间内的相对移动距离。
15．高分子流变学：研究高分子液体，主要是指高分子熔体干分子溶液在流动状态下的非线性粘弹性行为。
以及这种行为与材料结构及其他物理化学的关系。
16．出膨胀现象：高分子熔体被迫基础口模时，挤出物尺寸大于口模尺寸截面积形象黄也发生变化的现象【简答题】1.常用的聚合物流变仪有：毛细管型流变仪、转子型流变仪、组合式转矩流变仪、振荡型流变仪、落球式黏度计、其他类型流变仪（拉伸流变仪、缝模流变仪和弯管流变仪等）2.流变测量的目的：（1）物料的流变学表征。
临界缠结分子量PolymerMc
高分子物理
8 Polymer Rheology
高分子的流变特性
8.0 Introduction
前言
Rheology 流变学
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。
Newtonian 牛顿流体
Bingham 宾汉
Non-Newtonian 非牛顿流体
Pseudoplastic Dilatant Thixotropic
假塑性
胀塑性
触变性
屈服应力
切力变稀
切力变稠
流凝性
Shear rate
Shear rate
Shear rate
y
低剪切区：被剪切破坏的缠结来得及重建，缠结点密度不变，故粘 度不变 第一牛顿区
中等剪切区：缠结点被破坏的速度大于重建速度，粘度下降 假 塑性区
高剪切区：缠结点完全被破坏，来不及重建，粘度降低到最小值， 并不再变化 第二牛顿区
Explanation in View of Orientation
弹性形变及其后的松驰影响制品的外观，尺寸稳定性
流变性
流动 变形
粘性， 不可逆过程，耗散能量
弹性， 可逆过程，储存能量
非线性粘弹性
Concept of Rheology 流变的概念
Rheology
流变
Deformation 形变
Flow 流动
Viscoelasticity
粘弹性
Elasticity Viscocity
高分子物理高分子物质的配向性和流动性质分析
高分子物理高分子物質的配向性和流動性質分析高分子物理是研究高分子材料性质和结构与物理原理之间相互联系的学科。
高分子物理是材料科学和化学工程中的重要分支领域，它研究的目标是理解高分子物质的行为和性质，为材料设计和工艺提供理论基础。
其中，高分子物质的配向性和流动性质正是高分子物理研究的关键方面之一。
本文将重点介绍高分子物质的配向性和流动性质的分析方法和应用。
一、高分子物质的配向性分析高分子物质的配向性是指高分子链的取向程度和排列规律性。
配向性的提高可以使高分子材料具有更好的机械性能、导电性能和热性能等。
下面将介绍一些常见的配向性分析方法：1. X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种常用的用于分析晶体结构的方法，它也可以应用于高分子物质的配向性分析。
通过测量X射线在高分子材料中的衍射模式，可以推断出高分子链的排列方向和取向程度。
2. 偏振显微镜（POM）偏振显微镜是一种通过观察高分子材料在偏振光下的显微图像来研究其配向性的方法。
通过观察材料在不同方向上的偏振光干涉图案，可以判断高分子链的取向程度和排列规律性。
3. 核磁共振（NMR）核磁共振是一种通过测量高分子材料中不同核自旋的共振信号来研究其分子结构和取向情况的方法。
通过对核磁共振信号的分析，可以获得高分子链的取向程度和排列规律性的信息。
二、高分子物质的流动性质分析高分子物质的流动性质是指高分子链在受力作用下的变形和流动行为。
了解高分子物质的流动性质可以为材料的加工和成型提供理论指导。
下面将介绍一些常见的流动性质分析方法：1. 熔体流动性测试熔体流动性测试是一种通过测量高分子材料在一定温度下经过不同剪切速率时的流动性能来研究其流变性质的方法。
常用的熔体流动性测试方法包括毛细流动法、旋转流变法等。
2. 断裂性能分析断裂性能指高分子材料在受力作用下的断裂行为和力学性能。
通过测试高分子材料的拉伸、压缩、弯曲等断裂性能，可以了解其流动性质和力学性能。
3. 动态力学热分析（DMA）动态力学热分析是一种通过测量高分子材料在不同温度和频率下的力学性能来研究其流动性质的方法。
高分子溶液中的流体流动特性
高分子溶液中的流体流动特性引言高分子溶液是指在溶剂中溶解的高分子物质，其具有特殊的流动特性。
高分子溶液的流动特性研究对于理解高分子溶液的性质以及应用于工业生产和科学研究中具有重要意义。
本文将介绍高分子溶液中的流体流动特性，并探讨其在不同条件下的变化规律。
高分子溶液的流动行为高分子溶液中的流动行为受到多种因素的影响，包括高分子的分子量、浓度、溶剂的性质以及温度等。
在高分子溶液中，高分子链的扩展和流动引起了流变性质的变化。
高分子链的扩展高分子溶液中的高分子链存在不同的构象，包括缠绕、拉直和伸展等。
当高分子链在流动中受到剪切力时，链的构象会发生改变，并导致高分子溶液的流动特性的变化。
流变曲线高分子溶液的流变曲线描述了溶液在外力作用下的应变和应力之间的关系。
常见的流变曲线包括剪切应力-剪切速率曲线和应力-应变曲线。
通过分析流变曲线可以获得高分子溶液的黏度、弹性模量和黏弹性等流动特性。
布洛赫方程和弗拉奇方程布洛赫方程和弗拉奇方程是描述高分子溶液流动行为的数学模型。
布洛赫方程适用于低剪切应力下的流动，其中考虑了高分子链的扩展和沙龙机制。
弗拉奇方程适用于高剪切应力下的流动，其中考虑了高分子链的断裂和再组合。
高分子溶液流动特性的影响因素高分子溶液的流动特性受到多种因素的影响，以下是几个常见的影响因素：高分子的分子量高分子的分子量是影响高分子溶液流动特性的重要因素之一。
一般来说，高分子的分子量越大，溶液的粘度越高，流动性变差。
这是因为高分子链的扩展和流动需要消耗更多的能量。
高分子的浓度高分子溶液中高分子的浓度也会影响流动特性。
当高分子浓度较低时，高分子链之间的相互作用较弱，溶液较为稀薄，流动性较好。
当高分子浓度较高时，高分子链之间的相互作用增强，溶液变得较为粘稠，流动性变差。
溶剂的性质溶剂的性质对高分子溶液的流动特性也有影响。
不同的溶剂对高分子链的溶解能力不同，这会影响高分子链的构象和流动行为。
例如，极性溶剂和非极性溶剂对高分子的影响不同。
高分子材料加工原理(第四章)
从动态实验不仅能表征粘弹流体的频率依赖性 粘度，而且能表征其弹性。测定值是复数粘度。
* () i ()
( )
G ( )
G ( ) ( )
——非牛顿流体粘性的表征 ——弹性的表征
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
（3）可预示某些聚合物流体的可纺性
d lg a d 1 / 2
2 10
结构黏度指数▣可用来表 征聚合物浓溶液结构化的 程度。▣越大，表明聚合 物流体的结构化程度越大。
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
②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，这种液体有一定的润滑作用。 较低时，固体粒子就在剪切力的作用下发生了相对滑 当 动，并且能够在原有堆砌密度大致保持不变的情况下，使 得整个悬浮体系沿力的方向发生移动，这时候表现为牛顿 流动； 增加到一定值时，粒子间碰撞机会增多，阻力增大； 当 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。
点；
3、掌握聚合物流体切力变稀的原因；
本节作业
1、P118-1（1、2、3、5、9）、2、4、7
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
【教学内容导读】 流体的粘性和牛顿粘性定律 非牛顿流体的流动行为及粘性表征
影响聚合物流体剪切粘性的因素
【课时安排】4课时
高分子材料的黏弹性与流变行为分析
高分子材料的黏弹性与流变行为分析高分子材料的黏弹性和流变行为是研究材料性能和应用的重要方面。
黏弹性是指材料在受力作用下既有黏性（固体的弹性和液体的粘性）又有弹性（恢复力）的特性。
而流变行为则是指材料在外界施加剪切应力下的变形特性。
本文将通过分析高分子材料的黏弹性和流变行为，探讨其对材料性能和应用的影响。
一、黏弹性的基本概念黏弹性是高分子材料独有的特性，是其与传统材料的重要区别之一。
黏弹性指材料在受力作用下，在一定的应力和应变条件下既具有固体的弹性特性，又具有液体的粘性特性。
黏弹性是由高分子链的内聚力和外聚力共同作用引起的。
高分子链的内聚力使得材料具有弹性，能够在受力后恢复原始形状；而外聚力则会导致材料的黏性，使材料随时间推移而发生流动。
黏弹性具有时间依赖性和应力依赖性，即材料的黏弹性特性会随着时间和应力的变化而变化。
二、黏弹性的测试和分析方法为了研究和评估高分子材料的黏弹性，常用的测试和分析方法包括动态力学分析（DMA）、旋转粘度测量、流变学等。
1. 动态力学分析（DMA）DMA是一种常用的测试黏弹性的方法，通过在一定频率范围内施加小振幅的力，测量材料的应力应变响应，以及通过应力松弛测试得到的弛豫模量和弛豫时间。
DMA可以提供材料的弹性模量、损耗模量、内摩擦角等重要参数，从而评估材料的黏弹性特性。
2. 旋转粘度测量旋转粘度测量是通过在材料中施加旋转剪切力，测量材料对流动的阻力来评估黏滞性能。
旋转粘度是描述材料黏滞特性的重要参数，可用于判断材料流动性能的好坏。
3. 流变学流变学是研究材料在剪切应力下的变形特性的学科，主要包括剪切应力-剪切速率曲线的测定、黏度与切变速率的关系等。
通过流变学的研究，可以分析材料的流变行为及其对黏弹性的影响。
三、高分子材料的黏弹性与应用高分子材料广泛应用于各个领域，其黏弹性特性对材料的性能和应用有着重要的影响。
1. 弹性体高分子材料的黏弹性使其成为理想的弹性体，可用于制造弹簧、悬挂系统等需要回弹力的产品。
高分子流变学研究及其应用
高分子流变学研究及其应用高分子材料具有多种独特性能，可广泛应用于制造航空航天、电子、通讯、医疗、汽车等产业所需的材料。
然而，高分子材料具有复杂的物理和化学性质，因此需要进行深入研究和应用。
其中，高分子流变学的研究成果在这些领域中扮演着至关重要的角色。
高分子流变学研究的基础高分子材料的流变性质是对物质变形反应的表现。
在应力场中，高分子材料会产生应力，从而流动。
流变性能是材料的基本物理性质之一。
流变学研究的目的是了解材料的混合机理和材料的结构相互作用，重新设计新的高分子材料，并为生产质量提供保证。
高分子材料的流变性质与其分子链的链增长和链移动有关。
应力应变曲线通常呈“张力——应变曲线”，可以反映材料在外加应力作用下的行为。
在应力作用下，材料会发生重组、流变、变形和变形恢复的过程。
高分子材料的流变很具有时间依赖性和温度依赖性，因此可以用一组流变学参数来描述其流变特征。
高分子流变学方法高分子流变学研究方法主要包括单样品流变学和多样品流变学。
单样品流变学主要指在实验过程中使用单个样品进行测量，主要应用于高分子物性研究中。
多样品流变学主要指使用多个样品进行流变学测量，用于探究高分子复合材料的过程、以及材料的动态性能等。
单样品流变学主要包括静态负荷法、简易粘弹仪、旋转壁式粘弹仪等。
这些方法主要用于测量高分子材料的应力应变条件下的流变特性，研究高分子材料的流变机理和应用。
多样品流变学主要包括CAP稳定性和正交试验等。
这些方法主要用于研究多组分高分子材料混合的流变条件，并针对其物理化学变化进行流变学监测。
高分子流变学的应用高分子流变学的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1.高分子材料的设计和研发。
高分子流变学的研究成果可以用于研发新的高分子材料以及改进已有的高分子材料，使其具有更好的流变特性和应用性能。
2.物性研究。
高分子流变学可以用于研究高分子材料的物性，如强度、硬度、质量、机械波等物理特性，并探究材料的变形和流变机理。
高分子材料流变学4塑料流变成型原理
高分子材料流变学4塑料流变成型原理塑料流变成型是一种将热塑性高分子材料加工成所需形状的方法。
这种加工方法非常重要，因为塑料是一种具有独特性能的材料，其成型能力直接影响到最终产品的质量和性能。
塑料流变成型的原理可以简单地理解为将热塑性高分子材料加热到玻璃化转变温度以上，使其变得可塑性，然后通过施加力和形状变化来实现成型。
具体来说，塑料流变成型涉及以下几个关键步骤：1.材料加热：将塑料原料以颗粒、粉末或片状等形式加载到加热设备中，并通过加热设备将其加热到玻璃化转变温度以上。
2.熔融：一旦塑料加热到足够高的温度，聚合物链之间的键会变得松弛，使得材料具有流动性。
这种高温下的塑料称为熔体，是进行塑料流变成型的基础。
3.施加力：在熔融状态下，施加外部力来给予材料以形状变化。
这种力可以通过模具、挤压机或注射机等设备施加。
施加力的方式取决于最终产品的形状要求。
4.成型：在施加力的同时，塑料熔体被带入模具中，使其填充模具中的空腔，形成最终产品的形状。
在模具中冷却后，塑料会重新固化，保持所需的形状。
5.产品冷却和固化：成型后的产品需要在模具中冷却，以使塑料重新固化，并保持成型后的形状。
冷却速度和时间取决于材料的特性和产品的尺寸。
塑料流变成型的原理主要通过控制塑料的温度和施加力的方式来实现。
温度可以改变材料的粘性和流动性，而施加力则可以驱使材料填充模具的空腔。
这种成型方式可以用于制造各种形状和尺寸的塑料制品，包括瓶子、盒子、零件等。
总的来说，塑料流变成型利用高温下塑料的可塑性和流动性来实现塑料制品的成型。
通过控制温度和施加适当的力，可以获得具有预期形状和性能的塑料制品。
塑料流变成型是一种重要的加工方法，广泛应用于工业生产和日常生活中。
高分子物理第九章 聚合物的流变性
当分布加宽时，物料粘流温度（ Tf ）下降，流动性及加工行为改善。这是因 为此时分子链发生相对位移的温度范围变宽，尤其低分子量级分起内增塑作 用，使物料开始发生流动的温度跌落。
第九章 聚合物的流变性
高分子结构参数的影响
分子链的支化
短支化时，相当于自由体积 增大，流动空间增大，从而 粘度减小
长支化时，相当长链分子增 多，易缠结，从而粘度增加
第九章 聚合物的流变性
聚合物熔体的弹性效应 无管虹吸
无管虹吸现象也与高分子液体的弹性行为有关。液体的这种弹性 使之容易产生拉伸流动，拉伸液流的自由表面相当稳定，因而具 有良好的纺丝和成膜能力。 第九章 聚合物的流变性
不稳定流动和熔体破裂现象
第九章 聚合物的流变性
不稳定流动和熔体破裂现象
第九章 聚合物的流变性
（2）在温度远高于玻璃化温度和熔点时（T > Tg+100℃），高 分子熔体粘度与温度的依赖关系可用 Arrhenius 方程很好地描述：
0 T Ke RT
式中 0 (T ) 为温度T 时的零剪切粘度； K 为材料常数，R 为普适气体常数， E 称粘流活化能，单位为J· mol-1或kcal· mol-1。 第九章 聚合物的流变性
1. 在足够小的切变速率下,大子处于高度缠结的拟网状结构 , 流动阻力很大 ,此时缠结结构的破坏速度等于生成速度 ,故粘度 保持恒定最高值,表现为牛顿流体的流动行为
2. 当切变速率变大时 ,大分子在剪切作用下由于构象的变化而 解缠结并沿流动方向取向 , 此时缠结结构破坏速度大于生成速
度,故粘度逐渐变小,表现出假塑性流体的行为
可回复形变 粘性流动产生的形变
第九章 聚合物的流变性
聚合物熔体的弹性效应 动态粘度
高分子材料流变学
高分子科学与工程学院
青岛科技大学
第一章 高分子液体的奇异流变性和流动机理 1．1 奇异的流变性质
1）高黏度与“剪切变稀”行为 “剪切变稀”行为（shear-thinning）:多数高分子液体的黏度随剪切速率 增大而下降。 “剪切变稠”效应（shear-thickening）:呈少数高分子体系，如高浓度 的聚氯乙烯塑料溶胶、高浓度填充体系等，黏度随剪切速率增大反常地升 高。 通常把具有“剪切变稀”效应的流体称假塑性流体（pseudoplastic fluid），具有“剪切变稠”效应的流体称胀流性流体（dilatant fluid）。 它们均属于非牛顿流体范畴。 2）挤出胀大现象 又称口模膨胀效应（die swell） 或Barus效应
图8-20 几种高分子熔体在200℃的黏度与剪切速率的关系 〇-HDPE；Δ-PS；●-PMMA；▽-LDPE；□-PP
School of Polymer Science & Engineering
高分子科学与工程学院
青岛科技大学
3．1．2 分子结构参数的影响
平均分子量的影响 Fox- Flory公式
适用条件：T>Tg+100℃
Байду номын сангаас
0 T Ke
E RT
E — 黏流活化能
School of Polymer Science & Engineering
高分子科学与工程学院
青岛科技大学
WLF方程
适用条件：Tg＜T＜Tg+100℃
lg
(T ) (Tg )
lg T
17 .44 (T Tg ) 51 .6 T Tg
第三章 高分子流体的流变模型
粘度曲线上的Ⅰ和Ⅱ点的剪 切速率相同，但粘度不同， 这是由于Ⅱ处受应力的历史 比点Ⅰ长，凝胶破坏的程度 大，来不及恢复
3.6 震凝性流体
剪切速率不变，黏度随着时间的增加而增加，或者所需 要的剪切应力随着时间的增加而增加，反触变流体。
3.7 黏弹性流体
黏性流动中弹性行为已不能忽视的液体，例 如聚乙烯、PMMA以及聚苯乙烯的熔体等。
由于大分子的长链结构和缠结，聚合物熔体 的流动行为远比低分子液体复杂。 在广阔的剪切速率范围内，这类液体流动时： 切应力和剪切速率不再成正比关系;熔体的粘度 也不再是一个常数； 聚合物熔体的流变行为不服从牛顿流动规律。 非牛顿型流动： 不服从牛顿流动规律的流动. 非牛顿流体： 具有不服从牛顿流动规律的流动行为的液体。
1 [1 ( ) ]
1 n a a
• 对于大多数高分子液体来讲，当剪切速率达到一定值时， 大分子链发生降解， ∞可以取零。
3.3 幂律流体模型
3.3.1幂律方程
幂律方程： K n 1 K 微分后变形为： d n2 ( n 1) K d d 当n 1 ， 0，流体是牛顿流体 d d 当n 1 ， 0，流体是假塑性流体 d d 当n 1 ， 0，流体是膨胀性流体 d
屈服假塑性流体
宾汉塑性流体 剪 切 应 力
屈服胀塑性流体
剪切速率
广义宾汉流体：塑性流体；剪切变稀；剪切变稠。
时间依赖性液体
时间依赖性液体：流动时的应变和粘度不仅与剪应力
或剪切速率的大小有关，而且还与应力作用的时间有 关。 典型特征：
• 较长时间作用与较大应力作用有相同的结果；
• 应变存在滞后效应，增加应力和降低应力两个过程 的应变曲线不能重合，存在滞后环。
用转矩流变仪测量高分子材料的流变特性
关键词 ： 流变仪 ； 高分子 ； 流变性
中图分 类号 ： Ｑ ２ ．５ Ｔ ３０５ 文献标识码 ： Ｂ
在塑料挤出机或混炼机 中 ， 由于螺杆或转子 的总 力 矩 是 沿螺 杆 或转 子 的力 矩 峰值 的 一个 平 均 值 ， 而 因 可以模拟实际加工情况设计 出一种 动态塑化机 ， 研究 塑化 行 为 ， 、 热 剪切 、 定 性及 流 动 固化行 为 。 稳
一
出进 口模 的压力 差 和 流 量 ， 方 程 式 （ ） 行 计 算 ， 用 １进 可 以求 出熔 体 的表现 粘 度 。
叩： ４ ／ Ｒ （ｇ ｓｃ ） 一 Ｑ ｋ ＂／ ｒ ｒ “ （） １ 、
式 中
— —
毛细 管 口模 半 径 （ｍ） ｃ ；
Ｌ— — 毛细 管 口模 长 度 （ｍ） ｃ ；
（． １ 哈尔滨理工大学， 黑龙江 哈尔滨 １ ００ ２ 大连万事通光缆公 司， ５ ４ ；． ０ 辽宁 大连 １６０ ） １６０
摘 要 ： 哈尔滨理 工大学研制 的 Ｒ Ｍ系列橡 塑材料转矩 流变仪是精选 配方优化工 艺 的有 力工具 ， 该机采 用先
进 的计算 机测控技 术 ， 具有 测控精度高 ， 性能稳定 ， 机界 面友好 ， 人 文件 处理功能 丰富 等特点 ， 工业 企业 及科研 单 是 位 的理想 的实验设备 。 研究 了用 Ｒ ０ Ｍ２０型转矩 流变仪测 量高分子材 料 Ｐ 、Ｖ Ｅ Ｐ Ｃ的流变特 性 。
收稿 日期 ：２０－７１ ０ ２０—７
维普资讯
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李
迎， 等
用转矩 流变仪测量高分 子材料 的流变 特性
４ ５
Ｍ ｅ ｓ ｒｎ ｆｔ ａ ｕ ｉ ｇ ｏ ｈｅ Ｒｈｅ ｌｇｃ ｌＣｈａ ａ ｔｒｓｉｓｏ ｇ Ｐｏｙ ｅ ｏｏ ｉａ ｒ ｃ ｅ ｔｃ ｆＨｉｈ ｌｍ ｒ ｉ
合成材料-水溶性高分子
亲水基团:OH, COOH, CONH, NH2, -O分为三类:天然/半合成/合成 天然(淀粉/海藻/植物胶/动物胶)—阿拉伯胶/明 胶/干酪素—食品/造纸 半合成(改性纤维素/改性淀粉)—CMC/HPMC/磷 酸酯淀粉 合成:聚合类—PVA/PAM/PA/PEO/PEG/PVP
☺缺点： 1.需要固体产物时，胶乳需经凝聚、洗涤、脱
水、干燥等工序，成本较高； 2.产品中留有乳化剂杂质，难以完全除净，有
损电性能等
23
乳液聚合
☺乳液聚合多用于生产丁苯、丁腈及氯丁等合成橡 胶，也广泛用于制造涂料（水性涂料）、粘合剂 及纸张和织物等的处理剂，如 PVAc乳液、丙烯酸 酯类涂料和粘合剂等。其它如糊状PVC树脂，苯 乙烯、甲基丙烯酸甲酯、偏二氯乙烯等单体都可 用此法聚合。
5
水溶性高分子--PVA
(5)防泡剂:三丁基磷酸盐/聚乙二醇醚 8.应用 (1)造纸工业:颜料粘合剂/纸板上胶剂 (2)纺织工业:浆料 (3)乳化剂、分散剂 (4)聚合物水泥/耐水涂料 (5)土壤改良剂 (6)钢的淬火剂
6
水溶性高分子化合物又称水溶性树脂或水 溶性聚合物，是一种亲水性的高分子材料， 在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液。
18
么么么么方面
• Sds绝对是假的
化妆品中也常用到聚丙烯酰胺，但由于含有可能 引起健康疑虑的化学物质——丙烯酰胺单体起了国
内各大媒体的广泛关注。机构检测得出结论：化 妆品中存在5ppm（百万分率或百万分之几）以下 的丙烯酰胺残留是安全的。另外,在采矿、冶金、
煤炭、高吸水性树脂、粘合剂、皮革复鞣剂等领 域，聚丙烯酰胺也有应用领域。
2
合成材料—水溶性高分子
高分子水溶液应用的分子量依赖性:M-[η](分散剂-絮凝剂) 用量最大的水溶性高分子:改性淀粉/聚丙烯酸/PVA/PAM 水溶性高分子最大应用场合:水处理/造纸/食品/纺织/建材
高分子流体介质的结构性能和流变特性分析
高分子流体介质的结构性能和流变特性分析引言高分子材料是一类由大量高分子化合物构成的材料，具有特殊的化学结构和物理性质，广泛应用于工业、医疗、电子等领域。
高分子流体介质是高分子材料中的一种特殊形态，其特点是具有流动性。
本文将对高分子流体介质的结构性能和流变特性进行详细分析，以增进我们对这一材料的理解。
结构性能分析高分子流体介质的结构性能主要包括分子结构、分子量、分子取向等方面的特征。
下面将针对这些特征展开分析。
分子结构高分子流体介质的分子结构复杂多样，可以是线性链状、支化状、交联状等。
不同的分子结构决定了高分子流体介质的特殊性质。
线性链状的高分子流体介质具有较好的可流动性和溶解性，而交联状的高分子流体介质则具有较好的强度和稳定性。
分子量高分子流体介质的分子量直接影响其流变特性。
一般来说，分子量较大的高分子流体介质具有较高的粘度和黏弹性，而分子量较小的高分子流体介质则具有较低的粘度和流动性。
分子取向高分子流体介质中的分子取向也影响其性能。
分子在流体介质中可呈现各种取向状态，如无序排列、层状排列、螺旋排列等。
不同的取向方式决定了高分子流体介质的力学性能、流动特性和热学性质。
流变特性分析高分子流体介质的流变特性是指其在受力作用下表现出的变形和流动行为。
理解高分子流体介质的流变特性对于控制其加工过程和改善产品性能非常重要。
下面将对高分子流体介质的黏弹性、剪切变稀和流动失稳等流变特性进行分析。
黏弹性高分子流体介质的黏弹性指的是在剪切力作用下，其既具有黏性流动又具有弹性恢复的特性。
黏弹性是高分子流体介质独特的流变特性之一，也是其广泛应用于注塑、涂装等工艺中的基础。
剪切变稀高分子流体介质在受到剪切力作用下，其粘度随着剪切速率的增加而减小的现象称为剪切变稀。
剪切变稀现象在高分子流体介质中普遍存在，对于某些复杂工艺的控制和优化具有重要意义。
流动失稳高分子流体介质在某些流动条件下会发生流动失稳现象，即流动过程中会出现不稳定的变化。
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高分子物理
8 Polymer Rheology
高分子的流变特性
8.0 Introduction
前言
Rheology 流变学
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。
弹性
粘性
8.1 Melt Flow
液体流动
Shear Flow and Viscosity
剪切流动与粘度
Shear stress
剪切应力
Shear strain
剪切应变
F
A
dx
dy
dx
A v+dv
F
F
v
dy
Shear rate d dv
切变速率
dt dy
Newton's law
取向观点的解释
在熔体流动过程中，高分子链沿流动方向取向，粘度反 比于取向度
低剪切区：分子链构象变化慢，分子链有足够时间进行松弛，高分 子链的构象实际上没有发生变化，因此粘度没有明显变化 第一 牛顿区
小分子液体的流动：分子向 “孔穴” 相继跃迁
small molecule hole
高分子熔体的流动：链段向 “孔穴” 相继跃迁 Reptation 蛇行
Flow curve
a
Kn
第一牛顿区
0零切粘度
第二牛顿区
无穷切粘度，极限粘度
假塑性区
流动曲线斜率n<1 随切变速率增加，ηa值变小 加工成型时，聚合物流体所经受的 切变速处于该范围内(100-103 s-1)
弹性形变及其后的松驰影响制品的外观，尺寸稳定性
流变性
流动 变形
粘性， 不可逆过程，耗散能量
弹性， 可逆过程，储存能量
非线性粘弹性
Concept of Rheology 流变的概念
Rheology
流变
Deformation 形变
Flow 流动
Viscoelasticity
粘弹性
Elasticity Viscocity
低剪切区：被剪切破坏的缠结来得及重建，缠结点密度不变，故粘 度不变 第一牛顿区
中等剪切区：缠结点被破坏的速度大于重建速度，粘度下降 假 塑性区
高剪切区：缠结点完全被破坏，来不及重建，粘度降低到最小值， 并不再变化 第二牛顿区
Explanation in View of Orientation
Pseudoplastic Dilatant Thixotropic
假塑性
胀塑性
触变性
曲线 公式 实例
Shear stress Shear stress Shear stress Shear stress Viscosity
屈服应力
切力变稀
切力变稠
Shear rate
Shear rate
y
Viscosity (Pa·s)
Consistency
10-5
gaseous
10-3
fluid
10-2
fluid
10-1
liquid
100
liquid
102
thick liquid
102 ~ 106 toffee ~ like
109 太妃糖 stiff
1012
glassy
1021
rigid
Flow Mechanism 流动机理
稠度系数
非牛顿指数 流动指数
a
Kn1
表观粘度
a
Shear rate dependence of shear stress and apparent viscosity of pseudoplastic fluid
Power Law
幂律方程
对牛顿型流体，n =1 对假塑性流体，n <1
高分子的粘性流动
Characteristics and Mechanism
特点和机理
特点
粘度大 多数属假塑性流体 有弹性效应 交联高分子无粘流态
Viscosities of some common materials
Composition
Air Water Polymer latexes Olive oil 橄榄油 Glycerin 甘油 Golden Syrup 糖浆 Polymer melts Pitch 沥青 Plastics Glass
小分子
沥青
高分子浓 溶液
Shear rate
Kn
n<1
高分子熔体
Shear rate
Kn
n>1 颗粒填充高
分子熔体 PVC糊
流凝性 触变性
Time
胶冻
Pseudoplastic Fluid
假塑性流体
Shear Thinning Fluid 切力变稀体
幂律方程 K n n < 1
对胀塑性流体，n >1
n偏离1的程度越大，材料非牛顿性越强
在不同的剪切速率范围内，同一种材料的n值不是常数 通常剪切速率越大，n值越小
温度下降、分子量增大、填料量增多等，均使材料非线性
性质增强，使n下降 填入软化剂、增塑剂，则使n值增大
8.2 Viscous Flow of Polymers
对大多数高分子熔体而言， →0时近似遵
循牛顿流动定律，其粘度称零剪切粘度
流动曲线
lg lg K nlg
高分子普适流动曲线
Explanation in View of Entanglement
链缠结观点的解释
在分子热运动的作用下，缠结点处于不断的解体和重建的动态平衡 中，使整个熔体具有瞬变的空间网状结构，或称拟网状结构，粘度 正比于缠结点数目
牛顿流动定律
: Melt viscosity
液体内部反抗流动 的内摩擦力
1Pa s = 10 poise (泊)
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
Types of Melt Flow
液体流动的类型
类型
Newtonian 牛顿流体
Bingham 宾汉
Non-Newtonian 非牛顿流体
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。
Rheology 流变学
流变学是研究材料流动和变形规律的一门科学
聚合物的流动，不是高分子链之间的简单滑移，而是运动单元依次跃 迁的结果（蚯蚓蠕动）
聚合物流变行为强烈依赖于分子结构、分子量及其分布、温度、压力、 时间、作用力的性质和大小等 绝大数高分子成型加工是粘流态下加工的，如挤出，注射，吹塑等