加工流变性能

加工流变性能

橡胶等热塑性高分子材料的加工过程是在黏流化温度Tt附近进行的。高分子熔体受外力作用时，不但有流动，而且有变形。这种流动和变形行为强烈地依赖于高分子的结构和外界条件(例如力、温度、时间等)，这些行为称为流变性。研究加工过程中的流动和变形的科学称为加工流变学。

流体力学认为流体的流动有层流和湍流之分。在流动速度不大时流体的流动是层流，在流动场中，流体的流线有一定的层次，即质点的运动速度分布有一定的层次，这种流动属于稳定(态)流动。当流动速度很大或遇到障碍时，流体的流线紊乱，由层流变为湍流，称不稳定流动。由于高分子的黏度很大，在加工条件下，一般流动较慢，多数情况是稳态流动。但有时出现不稳定流动，是熔体弹性变形引起的，也称弹性湍流，主要表现为弹性效应和熔体破裂等现象。

加工流变性能主要包括材料的流动性和流动中的弹性效应和熔体破裂现象。对材料设计和加工工艺条件的确定有重要意义。

一、稳态流动特征——非牛顿型流动

按质点在流动场中的速度分布，可将流体简单地分为剪切流动和拉伸流动两类。

(一)剪切流动

剪切流动是流体在流动过程中产生横向速度梯度场的一种流动，速度梯度的方向与流动方向相垂直，如图4—117所示意。剪切流动中，在链段运动的带动下大分子链发生平移运动和转动。橡胶加工中的开炼、密炼、挤出、压延等工艺均是在剪切流动中实现的。在稳态剪切流动中，通常用两个基本参数即切应力(r)和切变速率(y)表征，根据r和y的关系，分为牛顿型流动和非牛顿型流动。

1．牛顿型流动遵循牛顿黏度定律的流动称为牛顿型流动，如图4—118所示，即切应力与切变速率呈正比：

式中，称为黏度系数或牛顿黏度，简称黏度，是与温度和压力有关的材料常数，单位为帕·秒(Pa·S)。

呈牛顿型流动的流体为牛顿流体，是最典型、最基本的流体。低分子物质大都属于牛顿流体。高分子稀溶液和在很低切变速率下的高分子熔体可以近似简化为牛顿流体。

黏度是分子内摩擦的宏观量度。黏度大表示流动时阻力大，即流动性差；黏度小表示流动性好。顺便提一下．由于力场的形式不同，呈现出不同的流动类型，内摩擦的变化也不同，故存在不同形式的黏度。在剪切流动中的黏度称为剪切黏度，在拉伸流动中的黏度称为拉伸黏度，在交变力场中的流动，其黏度称为复合黏度。在查阅文献时应注意它们的不同及相关性。