高分子材料加工工艺聚合物流变学基础
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• （2）稳定流动和不稳定流动
• 稳定流动：流体的流动状态以及影响流体流动的因素均不 随时间而变化
• 不稳定流动：流体的流动状态以及影响流体流动的因素均 随时间而变化
• （3）等温流动和非等温流动
• 等温流动：流体各处温度均不随时间而变化的流动 • 非等温流动：流体各处温度随时间变化的流动
• （4）一维流动、二维流动和三维流动
• 1.高分子流动是通过链段的位移运动完成 的
• 高分子流动不是简单的整个分子的迁移， 而是链段的相继蠕动来实现的。类似于 蛇的蠕动。链段的尺寸大小约含几十个 主链原子。
• 2.高分子流动不符合牛顿流体的流动规律
• 流动不复合牛顿流体的运动规律。粘度随 剪切速率或剪切应力的大小而改变。
• 这个优点利于我们通过改变螺杆转速、压 力等工艺参数调节熔体的粘度、改善其流 动性。
Kn a
宾汉流体
y p ＞ y
与时间无关的黏性流体
假塑性流体 剪切变稀
Kn a
大多数高分子材料属于此种（塑料熔体，高浓度悬 浮液）
塑料熔体（原因在于大分子彼此之间的缠结状况）
高浓度悬浮液（原因是由于溶剂化作用使得被封闭 在颗粒内或大分子盘绕空穴内的小分子即溶剂或分 散介质被挤出，颗粒或缠绕大分子的有效直径即随 着应力的增加而相应缩小，再由于颗粒空间的小分 子的液体增多，使得颗粒之间的内摩擦减小（表现 为颗粒之间的碰撞概率减小），从而使得液体的黏 度下降。
成一种非永久性的次价交联点，因而表现出很大的粘度，类 似凝胶；当外部τ作用而破坏暂时的交联点时，粘度即随 和剪切时间的增加而降低。 摇凝性液体
A.含义：在定温下表观粘度随剪切持续时间延长而 增大的液体称为摇凝性液体。
B.原因：主要原因是溶液中不对称的粒子（椭球形 线团Baidu Nhomakorabea在剪切应力场的速度作用下取向排列形成暂时次价交 联点所致，这种绨合使粘度不断增加，最后形成凝胶状，只 要外力作用一停止，暂时交联点就消除，粘度重新降低。
拖曳流动—压延成型、涂覆成型 由边界运动产生
压力流动—挤出成型、注射充模 由外力作用产生
• 拉伸流动：流体质点的速度沿着流动方向发生变化 单轴拉伸—合成纤维 双轴拉伸—薄膜吹塑 中空吹塑
拉伸粘度
影响拉伸粘度的因素
1.拉伸应变速率
第二节 高分子熔体黏性流动及影响因素
• 一 高分子黏性流动的特点
• 一维流动：流体内质点的速度仅在一个方向上变化 如：等截面圆形通道内的层状流动
• 二维流动：流体内质点的速度在二个方向上变化 如：等截面矩形通道内的层状流动
• 三维流动：流体内质点的速度在三个方向上变化 如：变截面（锥形）通道内的层状流动
• （5）剪切流动和拉伸流动
• 聚合物熔体两种最简单的流动是剪切流动和拉伸流动 • 剪切流动：流体质点的速度垂直于流动方向而变化
宾汉流体
y p ＞ y
PVC糊的凝胶体，纸浆、牙膏、果冻等属于 此种
因为液体静止的时候内部有凝胶性结构，当 外力超过这个临界应力的时候，这种结构在 完全崩溃，开始流动。
触变性液体 A.含义：在定温下表观粘度随剪切持续时间而降低
的液体称为触变性液体。 B.原因：主要是某些液体静置时高聚物粒子间能形
体 • （2）非牛顿流体 • 凡不服从牛顿流动定律的流体称为非
牛顿流体
应力：单位面积上所受的力称为应力。
根据受力方式不同，通常有三种主要类型：剪切应力 （τ）、拉伸应力（б）和流体静压力（P）
应变：材料在应力作用下产生的形变和尺寸的改变称为应变。
（单位长度的形变量）
根据受力方式不同，通常有三种类型：剪切应变（γ）、拉 伸应变（ε）和流体静压力的均匀压缩
剪切速率 表示单位时间内的剪切应变
拉伸速率 表示单位时间内的拉伸应变
牛顿粘度
为比例常数，称为牛顿粘度。是液体自身所固有的性质， 其表征液体抵抗外力引起流动变形的能力。液体不同， 粘度值不同与分子结构和温度有关，单位（Pa.s）
0 a c e 各自代表什么呢？
F dv d(dx / dt) d(dx / dr) d
一 聚合物流变学基础
第一节 高分子熔体流变行为 第二节 高分子熔体黏性流动及影响因素 第三节 高分子熔体的弹性行为及影响因素 第四节 高分子材料加工中的聚集态
流变学 流动+形变 高分子材料加工流变学？
第一节 高分子熔体流变行为
• 1 非牛顿型流动 • （1）牛顿流体 • 服从牛顿流动定律的流体称为牛顿流
与时间有关的黏性流体
• 判断以下液体属于哪类非牛顿流体： • ①PE熔体 • ②PVC高浓度悬浮液 • ③玉米粉 • ④PVC糊的凝胶液 • ⑤牙膏 • ⑥油漆 • ⑦石膏 • ⑧果冻
第一节 高分子熔体流变行为
• 2 流动类型
• （1）层流和湍流
• 聚合物成型时，高粘度熔体呈现层流状态，雷诺准数 Re≤1.但在特殊情况，如小浇口熔体注射进入大型腔时。 出现湍流，熔体破碎
A dr
dr
dt
dt
牛顿流体流动时的应力-应变关系和粘度对剪切速率的依赖性
• 非牛顿流体
假塑性流体 无屈服应力
与时间无关
膨胀性流体
有屈服应力—宾汉流体
黏性流体
非牛顿流体
触变性流体 与时间有关
摇凝性流体
黏弹性流体
不服从牛顿流动定律的流体称为非牛顿流体
假塑性流体 剪切变稀
Kn a
膨胀性流体 剪切变稠
膨胀性流体 剪切变稠
Kn a
如：在高剪切应力作用下PVC高浓度的悬浮液，玉米粉、糖 溶液等。为什么呢？
高浓度悬浮液静止状态，体系中的固体颗粒构成的间隙最 小，呈紧密堆砌状态，其中低分子液体成分只能勉强充填 空隙，这样的话当剪切应力不大时，低分子液体就可以再 移动的颗粒间充当润滑剂，此时，黏度不高。然而，当剪 切应力渐渐增大时，固体颗粒的紧密堆砌结构就渐渐被摧 毁，使得整个体系显得有些胀大，此时，低分子液体不能 充满所有空隙，固体颗粒移动的润滑作用在减弱，高分子 流体流动时的内摩擦阻力增大。体系黏度增大。
• 3.高分子流体流动伴有高弹形变
• 聚合物在流动过程中所发生的形变一部分是可 逆的，因为聚合物的流动并不是高分子链之间 简单的相对滑移的结果，而是链段分段运动的 总结果，这样在外力作用下，高分子链不可避 免地要顺外力方向有所伸展，聚合物进行黏性 流动时，必然伴随高弹形变。在外力消除后， 高分子链又要卷曲起来。
• 稳定流动：流体的流动状态以及影响流体流动的因素均不 随时间而变化
• 不稳定流动：流体的流动状态以及影响流体流动的因素均 随时间而变化
• （3）等温流动和非等温流动
• 等温流动：流体各处温度均不随时间而变化的流动 • 非等温流动：流体各处温度随时间变化的流动
• （4）一维流动、二维流动和三维流动
• 1.高分子流动是通过链段的位移运动完成 的
• 高分子流动不是简单的整个分子的迁移， 而是链段的相继蠕动来实现的。类似于 蛇的蠕动。链段的尺寸大小约含几十个 主链原子。
• 2.高分子流动不符合牛顿流体的流动规律
• 流动不复合牛顿流体的运动规律。粘度随 剪切速率或剪切应力的大小而改变。
• 这个优点利于我们通过改变螺杆转速、压 力等工艺参数调节熔体的粘度、改善其流 动性。
Kn a
宾汉流体
y p ＞ y
与时间无关的黏性流体
假塑性流体 剪切变稀
Kn a
大多数高分子材料属于此种（塑料熔体，高浓度悬 浮液）
塑料熔体（原因在于大分子彼此之间的缠结状况）
高浓度悬浮液（原因是由于溶剂化作用使得被封闭 在颗粒内或大分子盘绕空穴内的小分子即溶剂或分 散介质被挤出，颗粒或缠绕大分子的有效直径即随 着应力的增加而相应缩小，再由于颗粒空间的小分 子的液体增多，使得颗粒之间的内摩擦减小（表现 为颗粒之间的碰撞概率减小），从而使得液体的黏 度下降。
成一种非永久性的次价交联点，因而表现出很大的粘度，类 似凝胶；当外部τ作用而破坏暂时的交联点时，粘度即随 和剪切时间的增加而降低。 摇凝性液体
A.含义：在定温下表观粘度随剪切持续时间延长而 增大的液体称为摇凝性液体。
B.原因：主要原因是溶液中不对称的粒子（椭球形 线团Baidu Nhomakorabea在剪切应力场的速度作用下取向排列形成暂时次价交 联点所致，这种绨合使粘度不断增加，最后形成凝胶状，只 要外力作用一停止，暂时交联点就消除，粘度重新降低。
拖曳流动—压延成型、涂覆成型 由边界运动产生
压力流动—挤出成型、注射充模 由外力作用产生
• 拉伸流动：流体质点的速度沿着流动方向发生变化 单轴拉伸—合成纤维 双轴拉伸—薄膜吹塑 中空吹塑
拉伸粘度
影响拉伸粘度的因素
1.拉伸应变速率
第二节 高分子熔体黏性流动及影响因素
• 一 高分子黏性流动的特点
• 一维流动：流体内质点的速度仅在一个方向上变化 如：等截面圆形通道内的层状流动
• 二维流动：流体内质点的速度在二个方向上变化 如：等截面矩形通道内的层状流动
• 三维流动：流体内质点的速度在三个方向上变化 如：变截面（锥形）通道内的层状流动
• （5）剪切流动和拉伸流动
• 聚合物熔体两种最简单的流动是剪切流动和拉伸流动 • 剪切流动：流体质点的速度垂直于流动方向而变化
宾汉流体
y p ＞ y
PVC糊的凝胶体，纸浆、牙膏、果冻等属于 此种
因为液体静止的时候内部有凝胶性结构，当 外力超过这个临界应力的时候，这种结构在 完全崩溃，开始流动。
触变性液体 A.含义：在定温下表观粘度随剪切持续时间而降低
的液体称为触变性液体。 B.原因：主要是某些液体静置时高聚物粒子间能形
体 • （2）非牛顿流体 • 凡不服从牛顿流动定律的流体称为非
牛顿流体
应力：单位面积上所受的力称为应力。
根据受力方式不同，通常有三种主要类型：剪切应力 （τ）、拉伸应力（б）和流体静压力（P）
应变：材料在应力作用下产生的形变和尺寸的改变称为应变。
（单位长度的形变量）
根据受力方式不同，通常有三种类型：剪切应变（γ）、拉 伸应变（ε）和流体静压力的均匀压缩
剪切速率 表示单位时间内的剪切应变
拉伸速率 表示单位时间内的拉伸应变
牛顿粘度
为比例常数，称为牛顿粘度。是液体自身所固有的性质， 其表征液体抵抗外力引起流动变形的能力。液体不同， 粘度值不同与分子结构和温度有关，单位（Pa.s）
0 a c e 各自代表什么呢？
F dv d(dx / dt) d(dx / dr) d
一 聚合物流变学基础
第一节 高分子熔体流变行为 第二节 高分子熔体黏性流动及影响因素 第三节 高分子熔体的弹性行为及影响因素 第四节 高分子材料加工中的聚集态
流变学 流动+形变 高分子材料加工流变学？
第一节 高分子熔体流变行为
• 1 非牛顿型流动 • （1）牛顿流体 • 服从牛顿流动定律的流体称为牛顿流
与时间有关的黏性流体
• 判断以下液体属于哪类非牛顿流体： • ①PE熔体 • ②PVC高浓度悬浮液 • ③玉米粉 • ④PVC糊的凝胶液 • ⑤牙膏 • ⑥油漆 • ⑦石膏 • ⑧果冻
第一节 高分子熔体流变行为
• 2 流动类型
• （1）层流和湍流
• 聚合物成型时，高粘度熔体呈现层流状态，雷诺准数 Re≤1.但在特殊情况，如小浇口熔体注射进入大型腔时。 出现湍流，熔体破碎
A dr
dr
dt
dt
牛顿流体流动时的应力-应变关系和粘度对剪切速率的依赖性
• 非牛顿流体
假塑性流体 无屈服应力
与时间无关
膨胀性流体
有屈服应力—宾汉流体
黏性流体
非牛顿流体
触变性流体 与时间有关
摇凝性流体
黏弹性流体
不服从牛顿流动定律的流体称为非牛顿流体
假塑性流体 剪切变稀
Kn a
膨胀性流体 剪切变稠
膨胀性流体 剪切变稠
Kn a
如：在高剪切应力作用下PVC高浓度的悬浮液，玉米粉、糖 溶液等。为什么呢？
高浓度悬浮液静止状态，体系中的固体颗粒构成的间隙最 小，呈紧密堆砌状态，其中低分子液体成分只能勉强充填 空隙，这样的话当剪切应力不大时，低分子液体就可以再 移动的颗粒间充当润滑剂，此时，黏度不高。然而，当剪 切应力渐渐增大时，固体颗粒的紧密堆砌结构就渐渐被摧 毁，使得整个体系显得有些胀大，此时，低分子液体不能 充满所有空隙，固体颗粒移动的润滑作用在减弱，高分子 流体流动时的内摩擦阻力增大。体系黏度增大。
• 3.高分子流体流动伴有高弹形变
• 聚合物在流动过程中所发生的形变一部分是可 逆的，因为聚合物的流动并不是高分子链之间 简单的相对滑移的结果，而是链段分段运动的 总结果，这样在外力作用下，高分子链不可避 免地要顺外力方向有所伸展，聚合物进行黏性 流动时，必然伴随高弹形变。在外力消除后， 高分子链又要卷曲起来。