高分子流变性能
高分子流变特性研究及应用前景
高分子流变特性研究及应用前景一、引言高分子材料以其特有的材料性质，广泛应用于制造业、医疗、包装等领域。
高分子材料的流变特性在材料工程中具有重要的影响因素。
本文将引入高分子流变特性的研究及其应用前景。
二、高分子流变特性研究1. 基本概念高分子材料的流变特性是指其牵伸、剪切、弹性等物理特性的变化规律。
在实际应用中，高分子材料需要经受各种力的作用，包括剪切力，扭转和挤压等。
因此，流变特性的研究是理解高分子材料的变形规律的关键。
2. 流变特性测试流变特性的测量是通过物理手段来测试高分子材料的不同形变规律。
通常，流变特性测试通过试验机来实现。
测试时可以对高分子物质施加不同的应力来测定其变形规律，并通过应变仪器来记录材料的变形数据。
3. 流变特性对材料性能的影响高分子材料的流变特性对其性能具有显著的影响。
例如，在制造过程中，高分子被塑造成具有特定形状和表面的部件。
高流变材料在当时可能受到更大的应力，并具有更高的扭转能力，使其成为一种更加可靠和耐用的材料选择。
4. 流变特性的控制现代化的材料制造过程已经越来越需要对高分子材料的流变特性进行管制，以确保质量的稳定性和制造效率的提高。
控制流变能力可以通过添加特殊的添加剂、改变原有的材料配方及实施加工工艺控制和测试等方法来实现。
三、应用前景1. 广泛应用的胶体领域高分子流变特性的研究和应用在胶体领域中具有广泛的应用前景。
例如，透明胶体涂层的制造开始受到流变特性的控制；一些功能性胶体也可用于医疗和生物医学应用领域中。
2. 应用于制造业在制造业中，高分子材料是非常重要的材料之一。
高分子流变特性研究成果可以促进工业领域对高分子材料的加工，帮助制造出更强、更具有弹性和可调制性的部件。
3. 应用于环保高分子流变特性的研究可应用于环保领域，例如，研究高分子材料的粘度，有助于制造出更有效的油品污染防护材料。
此外，高分子材料也能为环保领域提供新的替代品，例如：可生物降解高分子材料。
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。
高分子的流变特性
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)
合成高分子密封材料的黏度与流变性能研究
合成高分子密封材料的黏度与流变性能研究高分子密封材料是一种常用于填充、密封和粘合的材料，具有广泛的应用领域，包括建筑、航空航天、汽车、电子等。
在实际应用中，高分子密封材料的黏度和流变性能的研究对于材料的性能和使用效果有着重要的影响。
首先，黏度是指材料流动阻力的大小。
高分子材料的黏度与材料的化学结构、分子量、分子间相互作用力等因素相关。
在合成高分子密封材料的过程中，通过调整材料的化学配方、合成方法和工艺条件等，可以控制材料的黏度。
黏度的调控可以使材料具有良好的流动性，使其更易于施工和使用。
其次，流变性能是指材料在受力过程中的变形特性。
高分子材料的流变性能包括弹性、塑性、粘弹性等。
通过研究高分子密封材料的流变性能，可以了解材料的变形行为和性能变化规律。
根据流变性能的研究结果，可以优化材料的配方和工艺，提高密封材料的使用寿命和性能稳定性。
在研究高分子密封材料的黏度和流变性能时，常用的方法包括粘度测定、动态力学分析、拉伸试验等。
其中，粘度测定是衡量材料黏度的常用方法，通过测定材料在一定温度下的流动性来评估黏度。
动态力学分析可以研究材料的弹性和粘弹性等流变性能指标。
拉伸试验则可以了解材料的塑性变形特性和拉伸性能。
在实际应用中，高分子密封材料的黏度和流变性能直接影响着材料的施工性能和使用寿命。
过低的黏度会导致材料流动性差，不易施工和填充；过高的黏度会导致材料黏度大，不易涂敷和使用。
流变性能差的材料在受力过程中容易产生变形和破裂现象，降低了材料的使用寿命。
因此，合成高分子密封材料时需要综合考虑黏度和流变性能指标，以实现材料的优化设计和性能提升。
在研究中，可以通过调整高分子材料的配方，包括添加剂的种类和用量、溶剂的选择等来调控材料的黏度和流变性能。
同时，通过改变合成方法和工艺条件，例如温度、压力等，也可以对材料的性能进行调整。
通过系统的实验设计和数据分析，可以获得一系列不同黏度和流变性能的高分子密封材料，从而为实际应用提供选择和参考。
高分子溶液特点
高分子溶液特点
高分子溶液是指由高分子物质（聚合物）溶解在溶剂中形成的混合物。
它具有以下特点：
1. 高分子溶液的粘度较高：高分子溶液中的聚合物分子量较大，分子间的相互作用力较强，因此溶液的粘度较高。
这也是高分子溶液在实际应用中常被用作润滑剂、黏合剂等的原因之一。
2. 高分子溶液的流变性能复杂：高分子溶液的流变性能是指其在外力作用下的变形和流动行为。
由于聚合物分子的特殊结构和形态，高分子溶液的流变性能常常呈现出非牛顿流体的特点，即其流动性随剪切速率的改变而变化。
3. 高分子溶液的溶解度有限：由于溶剂与聚合物分子之间的相互作用力，高分子溶液的溶解度有限。
当聚合物分子量较大时，其在溶剂中的溶解度会进一步降低。
这也是高分子溶液在制备过程中需要控制溶解条件的重要原因之一。
4. 高分子溶液的稳定性较低：由于高分子溶液中的聚合物分子具有较大的分子量和较强的相互作用力，所以高分子溶液的稳定性较低。
在外界条件的变化下，高分子溶液容易发生相分离、凝胶化等现象，从而影响其性能和应用。
5. 高分子溶液的性能可调控性强：高分子溶液的性能可以通过改变聚合物分子量、溶液浓度、溶剂选择等方式进行调控。
这使得高分
子溶液能够应用于各种不同的领域，如涂料、纺织品、药物传递系统等。
总结起来，高分子溶液具有粘度高、流变性能复杂、溶解度有限、稳定性较低和性能可调控性强等特点。
这些特点使得高分子溶液在材料科学、化学工程、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
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。
高分子材料的流变性能与动力学行为研究
高分子材料的流变性能与动力学行为研究高分子材料是当代材料科学中的重要一环，其广泛应用于塑料、橡胶、纤维等多个领域。
了解高分子材料的流变性能以及其动力学行为，对于优化材料制备过程、提升材料性能具有重要意义。
本文将针对高分子材料的流变性能与动力学行为进行探讨。
一、高分子材料的流变性能研究方法1. 流变仪测量流变仪是研究高分子材料流变性能的重要工具，在实验室中得到广泛应用。
通过对高分子材料进行剪切或挤出等力学加载，流变仪可以实时监测和记录材料的变形过程。
从流变曲线中可以提取出粘弹性参数，如剪切模量、流变指数等，用于表征材料的形变特性。
2. 分子动力学模拟分子动力学模拟是一种基于物理力学原理，模拟高分子材料分子间相互作用和运动行为的计算方法。
通过分子动力学模拟，可以得到高分子材料的微观结构和动态特性，从而揭示材料在宏观层面上所表现出的流变性能。
二、高分子材料的流变性能研究结果与分析1. 高分子材料的流变行为在流变性能研究中，高分子材料常常表现出非线性和时变等特点。
例如，高分子材料的应力-应变曲线在低应变范围内呈现线性行为，但在较大应变下则会出现非线性变形。
此外，高分子材料还存在着时变性能，即随着加载时间的延长，材料的流变性能会发生变化。
2. 高分子材料的黏弹性行为高分子材料同时具有固体和液体的特性，呈现出黏弹性行为。
在小应变下，高分子材料表现出固体的弹性特性，而在大应变下，材料则表现出液体的流动行为。
这种固液相互转换导致了高分子材料的黏弹性，使其在应用中可以同时满足强度和变形需求。
3. 高分子材料的温度对流变性能的影响温度是影响高分子材料流变性能的重要因素之一。
随着温度的升高，高分子材料的粘度会降低，流动性能增加；而在低温下，材料可能会变得脆性。
因此，合理控制材料的温度可以调控其流变性能，提高其加工性能和应用性能。
三、高分子材料的动力学行为研究1. 高分子材料的分子间相互作用高分子材料的流变性能与其分子间的相互作用密切相关。
高分子熔体的流变性
高分子熔体属于非牛顿流体的范畴， 其流动行为不符合牛顿流体的线性关 系。
流动曲线与粘度曲线
非牛顿流体的流动曲线和粘度曲线通 常呈现出非线性特征，可以通过流变 实验进行测定和分析。
弹性与塑性表现
高分子熔体的弹性
01
高分子熔体在流动过程中表现出一定的弹性，即在外力作用下
发生形变后能够部分恢复。
高分子熔体组成
由长链状大分子和少量添 加剂（如增塑剂、稳定剂 等）组成。
高分子熔体分类
根据来源和性质不同，高 分子熔体可分为热塑性熔 体和热固性熔体。
流变性研究意义及应用
研究意义
流变性是高分子熔体的重要物理性质，对其加工性能和产品质量具有重要影响。 通过研究高分子熔体的流变性，可以优化加工工艺、提高产品质量、降低生产 成本。
理论计算方法
结果分析与讨论
采用数值模拟方法对高分子熔体流动 行为进行理论计算，如有限元法、有 限差分法等。
对理论计算和实验结果进行分析和讨 论，探究高分子熔体流动行为的内在 规律和影响因素。
实验验证方法
通过实验手段对高分子熔体流动行为 进行验证，如流变仪测试、毛细管流 变实验等。
04 高分子熔体加工过程中的 流变性
现代流动理论发展
分子链缠结理论
高分子链之间的缠结作用对熔体 流动行为产生重要影响，缠结程 度与分子量、分子链结构等因素
密切相关。
蠕虫状链模型
该模型将高分子链视为由一系列蠕 虫状链段组成，可描述高分子熔体 的非线性粘弹性行为。
瞬态网络理论
高分子熔体在流动过程中形成瞬态 网络结构，该理论可解释高分子熔 体的触变性、震凝性等现象。
03 高分子熔体流动模型与理 论
经典流动模型介绍
高分子材料流变学
高分子材料流变学高分子材料是一类大分子化合物，在工业、生活中广泛应用，如聚乙烯、聚氨酯、聚酰胺等。
高分子材料在流变学中具有独特的物理性质。
流变学是研究物质内部变形的学科，它揭示了物质在受力作用下的变形规律，包括粘弹性、塑性、弹性等性质。
高分子材料的流变学研究对于了解其本质、设计新材料以及控制加工过程具有重要意义。
高分子材料的流变学行为主要有以下几个特点：1. 高分子材料具有非牛顿性质。
牛顿性质是指流体的应力与应变率成比例。
高分子材料在流变学中的非牛顿性表现为其应力-应变率曲线不是一条直线，而是弯曲的曲线，即呈现出剪切黏度的变化。
2. 高分子材料具有黏弹性。
在受力加速度作用下，高分子材料既具有黏度，同时又具有弹性。
这种黏弹性特征表现为高分子材料在受力后能够保持一定时间的形状，而不会立即回复到原始形状。
3. 高分子材料具有稀溶液的行为。
高分子材料最为常见的形态是稀溶液。
由于高分子材料的分子量较大，其在溶液中的浓度很低。
此时，高分子材料能够表现出溶液的流变学性质。
4. 高分子材料的流变行为受温度、负荷历史和加速度作用等因素的影响较大。
当温度增大时，高分子材料的流变性质将发生变化。
不同的负荷历史将导致高分子材料的流变性质发生变化，这对高分子材料加工、使用过程中的性能具有显著影响。
在受到不同加速度作用的情况下，高分子材料的流变性质也将发生变化。
5. 高分子材料的流变学行为与形状和尺寸等参数有关。
高分子材料在流变学中的行为与其形状和尺寸等参数密切相关。
例如，高分子材料在不同形状或尺寸下的加工性能和使用性能存在差异。
因此，高分子材料的流变学研究对于设计新材料、控制加工过程和改善使用性能具有重要意义。
目前，流变学技术在高分子材料的研究、开发和应用中得到了广泛的应用。
例如，在高分子材料的合成、加工、改性等方面，流变学技术能够提供有用的表征和信息。
在高分子材料的应用领域，流变学技术能够帮助改进产品性能和生产效率。
高分子液体的奇异流变性能
这些现象都与高分子液体
的弹性行为有关，这种液 体的弹性性质使之容易产 生拉伸流动，而且拉伸液 体的自由表面相当稳定。 实验表明，高分子浓溶液 和熔体都具有这种性质， 因而能够产生稳定的连续 拉伸形变，具有良好的纺 丝和成膜能力。
各种次级流动
研究表明，高分子液体在均匀梯度下通过非圆形管道流动时， 往往在主要的纯轴向流动上，附加出现局部区域性的环流， 称为次级流动，或二级流动，在通过截面有变化的流道时， 有时也发生类似的现象，甚至更复杂的还有三次、四次流动 等。一般认为，牛顿型液体旋转时的次级流动是离心力造成 的，而高分子液体的次级流动方向往往与牛顿型液体相反， 是由粘弹力和惯性力综合形成的。这种反常的次级流动在流 道与模具设计中十分重要。
力的性质（剪切力或拉伸力）、大小及作用速
率等。下面介绍九种著名的高分子特征流变现 象。
高粘度与“剪切变稀”行为 Weissenberg效应 挤出胀大现象 不稳定流动和熔体破裂现象 无管虹吸，拉伸流动和可纺性 各种次级流动 孔压误差和弯流压差 湍流减阻效应 触变性和震凝性
高粘度与“剪切变稀”行为
孔压误差和弯流压差
测量流体内压力时，若压力传感器端面安装得低于流道壁面，形成凹 槽，则测得的高分子液体的内压力将低于压力传感器端面与流道壁面 相平时测得的压力，如图中有Ph< P,这种压力测量误差称孔压误差。 牛顿型流体不存在孔压误差，无论压力传感器端面安装得与流道壁面 是否相平，测得压力值相等。高分子液体有孔压误差现象，其产生原 因被认为在凹槽附近，流线发生弯曲，但法向应力差效应有使流线伸 直的作用，于是产生背向凹槽的力，使凹置的压力传感器测得的液体
与剪切变稀效应相对的是剪切变稠相应，
高分子即液体在流动过程变现出粘度随剪切速 率增大而升高的反常现象，如高浓度的聚氯乙 烯塑料溶胶。
高分子线性与非线性流变行为研究
高分子线性与非线性流变行为研究高分子材料在工程和科学领域中具有广泛的应用。
为了更好地了解高分子材料的力学性能，研究流变行为是至关重要的。
高分子流变学是研究材料在外力作用下的变形和流动行为的学科。
高分子材料的流变性质可以分为线性和非线性两种类型。
线性流变是指材料的应力与应变之间的关系是线性的，即遵循胡克定律。
而非线性流变则表示材料的应力-应变行为不再遵循胡克定律。
首先我们来讨论高分子材料的线性流变行为。
线性流变描述了材料的弹性性质，即当外力作用移除后，材料能够完全恢复到其初始形状和尺寸。
在线性流变的情况下，应力与应变成正比，即应力等于材料的弹性模量和应变的乘积。
材料的弹性模量是描述材料抗拉性能的量度。
然而，对于一些高分子材料来说，线性流变只能描述其在小应变范围内的行为。
当施加外力超过一定范围时，高分子材料会表现出非线性流变行为。
这是由于高分子材料内部的聚合物链结构发生了重排，导致了非线性的应变响应。
非线性流变行为在高分子材料的加工和应用中起着重要的作用。
例如，在注塑过程中，高分子材料在经历熔化和注塑成型过程中，经历了复杂的非线性应变。
了解非线性流变行为可以帮助我们更好地控制材料的加工过程，提高产品的质量。
为了研究高分子材料的非线性流变行为，一种常用的方法是进行应力松弛实验。
在应力松弛实验中，我们首先施加一个恒定的应变，然后测量在这个应变下材料的应力随时间的变化。
在最初的时候，材料的应力会迅速减小，然后逐渐趋于稳定。
这个过程被称为应力松弛，在应力松弛过程中可以观察到高分子材料的非线性流变行为。
另外一种研究高分子材料非线性流变行为的常用方法是进行剪切变形实验。
在这种实验中，我们施加一个剪切应力，然后测量材料的剪切应变随时间的变化。
由于高分子材料的非线性流变行为，剪切应变会随时间增加，直到达到一个稳定的值。
了解高分子材料的非线性流变行为对于合理设计材料和改善产品性能非常重要。
非线性流变行为的研究为我们提供了更多关于高分子材料内部结构和力学响应之间关系的信息。
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。
高分子液体的流变性
粘流活化能
定义：粘流活化能为流动过程中，流动单元（即链段）用 于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能 量。 粘流活化能是描述材料粘-温依赖性的物理量。既反映着材 料流动的难易程度，更重要的是反映了材料粘度变化的温度 敏感性。 由于高分子液体的流动单元是链段，因此粘流活化能的大小 与分子链结构有关，而与总分子量关系不大。 一般说来，分子链刚性大，极性强，或含有较大侧基的材料， 链段体积大，粘流活化能较高，如PVC、PC、纤维素等。 与此相反，柔性较好的线型高分子材料粘流活化能较低。
（6-5）
d ln 该公式称幂律方程。式中K 和 n 为材料参数，n d ln 双对数 称材料的流动指数或非牛顿指数，等于在 ln ln
坐标图中曲线的斜率。 K 是与温度有关的粘性参数。
简单讨论
（1）对牛顿型流体，n =1，K = 0； 对假塑性流体，n <1。n 偏离1的程度越大，表明材 料的假塑性（非牛顿性）越强；n与1之差，反映了材 料非线性性质的强弱。 （2）同一种材料，在不同的剪切速率范围内，n 值也不是 常数。通常剪切速率越大，材料的非牛顿性越显著，n 值 越小。 （3）所有影响材料非线性性质的因素也必对n 值有影响。 如温度下降、分子量增大、填料量增多等，都会使材料非 线性性质增强，从而使n 值下降。 填入软化剂，增塑剂则使n 值上升。 （4）幂律方程由于公式简单，在工程上有较大的实用价值。 许多描述材料假塑性行为的软件设计程序采用幂律方程作 为材料的本构方程。
0
（6-2）
剪切粘度——比例系数 0 为常数剪切粘度，又称牛顿粘度， 单位为 Pa· s 或泊。1 Pa· s =10泊
牛顿流体的流动曲线是一条通过原点的直线（见图）。
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。
高分子材料流变性7- 高分子基多相体系的流变行为
一旦受到外部活化因素影响，仍能分解成两相，亚稳态均相混合物的
相分离。
（3）临界点
两相高分子能够发生全互溶的分界点。图10-3，当温度上升到临界
温度Tc，双节点、旋节点汇于一处，当温度高于Tc 时，两相高分子 能够互溶。 1.3.2 共混放热 （ H m ＞0） 两相之间有特殊相互作用： 极性基团间的偶极子作用 给质子基团和受质子集团间的氢键 范德华力
粒子……………r=0处（可变形粒子悬浮于粘弹性介质中） 均相高分子熔体流动时，一般低分子量级分向管壁迁移，高 分子量级分向轴心迁移。 与材料的粘弹性和惯性有关
在剪切流场中，受剪切应力和法向应力差的作用，悬浮粒子还会 发生旋转、变形和取向运动。 HIPS的注射成型，表皮层、剪切层、中心层。表皮层（冷冻层） 中取向、变形被凝固、冻结 HIPS的挤出成型，剪切速率较小，成型口膜温度较高，制品冷却 速度较慢，因此制品表明粒子取向、变形较少。 挤出制品表面层分散相取向程度弱，表面光洁度差 2.3.3 其他弹性行为 少量第二种高分子材料的掺入，会使原来体系的弹性行为发生较大 变化。
第三节 高分子分散体系的流变行为
3.1 高分子填充体系的流变行为 高分子填充体系可视为一种刚性粒子（分散相）混入粘弹性液体 （连续相）的浓悬浮体系。
一般，填充的结果总是随着添加量的增大，体系粘性增大，弹性 减弱，刚性和脆性均加大，且常呈现屈服现象。
3.1.1 高分子填充体系的屈服性和粘性行为 当填充分数较高时，常表现屈服行为（图10-19） 屈服应力的值主要取决于填料的性质和用量，而与被填充体系的粘
第十章 高分子基多相体系的流变行为
两相聚合物体系 分层的两相流动 两相 分散的两相流动 两相分离（如共挤出） 连续相 分散相 填充聚合物 高分子共混体
高分子流体的流动与流变特性研究
高分子流体的流动与流变特性研究摘要高分子流体是一类具备特殊流动与流变特性的聚合物材料。
研究高分子流体的流动与流变特性对于深入了解其结构与性能关系、优化工艺条件以及开发新型高分子材料具有重要意义。
本文将探讨高分子流体的流动和流变特性，并介绍一些常用的实验方法和理论模型来研究高分子流体的流变行为。
同时，还将讨论高分子流体在不同温度、压力和剪切速率下的流动特性及其与流变特性的关系。
最后，本文将以一些典型的高分子流体作为案例，详细介绍其流动与流变特性的研究进展。
1. 引言高分子流体是由聚合物构成的流体体系，具有特殊的流动与流变特性。
在工程应用领域中，高分子流体的流动和流变行为对于确定其性能和优化工艺条件具有重要意义。
高分子流体的流变特性包括剪切应力-剪切速率关系、流变曲线、力学弛豫和周期性变形等。
研究高分子流体的流动与流变特性有助于深入了解高分子材料的微观结构与性能关系，为高分子材料的合成和应用提供理论指导。
2. 实验方法在研究高分子流体的流动与流变特性时，通常采用一系列实验方法来获取相关数据。
常见的实验方法包括流变仪测量、旋转黏度计测试、拉伸和压缩实验以及动态力学分析等。
这些方法可以提供高分子流体的流变曲线、应力-应变关系以及其他与流动特性相关的数据。
同时，还可以通过实验方法确定高分子流体的粘度、弹性模量、屈服应力和剪切变稀等重要参数。
3. 流动特性研究高分子流体的流动特性是指其在不同剪切速率下的流动行为。
在实验室中，常使用流变仪进行流动特性研究。
流变仪通过施加剪切力，在流体中产生剪切应力，从而使流体发生变形。
通过改变剪切速率、温度和压力等条件，可以研究高分子流体的流动规律和流变特性。
流动特性的研究可以帮助我们了解高分子流体的黏度、剪切变稀、剪切稠化等重要参数，为高分子材料的设计和应用提供指导。
4. 流变特性研究流变特性是指高分子流体在外加剪切力作用下的变形与应力之间的关系。
在研究高分子流体的流变特性时，常使用流变仪和动态力学分析仪进行实验。
高分子材料流变学-2
0 T Ke RT
E
（2-81）
式中 0 (T ) 为温度T 时的零剪切粘度； K 为材料常数， K 0 (T ) ； R 为普适气体常数，R=8.314 J﹒mol-1 E 称粘流活化能，单位为J· -1或kcal· -1。 mol mol
粘流活化能
定义：粘流活化能为流动过程中，流动单元（即链段）用于 克服位垒，由原位臵跃迁到附近“空穴”所需的最小能量。 物理意义：粘流活化能是描述材料粘-温依赖性的物理量。 既反映着材料流动的难易程度，更重要的是反映了材料粘度 变化的温度敏感性。 由于高分子液体的流动单元是链段，因此粘流活化能的大小 与分子链结构有关，而与总分子量关系不大。一般说来，分 子链刚性大，极性强，或含有较大侧基的材料，链段体积大， 粘流活化能较高，如PVC、PC、纤维素等。与此相反，柔性 较好的线型高分子材料粘流活化能较低。
Explanation
第一牛顿区：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，定为0，称零切粘度， 类似牛顿流体。 幂律区：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。 第二牛顿区：剪切速率很高时，缠结遭破坏，再缠结困 难，缠结点几乎不存在，表观粘度再次维持恒定，定为 ，称牛顿极限粘度，又类似牛顿流体行为。
低聚合度的 线型聚合物
C
HDPE PP
高聚合度线型聚合物
4
3 3
4
5
纤维纺丝过程
1 线条出现缺陷 2
1-拉伸粘度随着拉伸速率增大而减小 2-拉伸粘度随着拉伸速率增大而增大
第四节 非牛顿流体的分类
许多液体包括聚合物的熔体和浓溶液，聚合物分散体系 (如胶乳)以及填充体系等并不符合牛顿流动定律，这类 液体统称为非牛顿流体。 ①宾汉流体：需要最小切应力。如油漆、沥青。 ②假塑性流体：切力变稀，大多数聚合物熔体。 ③胀流性流体：切力变稠，胶乳、悬浮体系等。 表现粘度随时间变化 ④触变体：η随t而增加而减小；内部物理结构的破 坏；胶冻，油漆、有炭黑的橡胶。 ⑤震凝体：η 随t而增加而增大；某种结构的形成。 （饱和聚酯少见）
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高聚物流体的非牛顿性
弹性：分子链构象不断变化 高聚物流体 粘性：流动中分子链相对移动 —— 非牛顿流体 非牛顿流体的流变行为用幂律方程表示
. n
τ = Kγ
K, n = const.
稠度指数K和流动指数n
流动指数 n 亦称非牛顿指数，表示该种 流体与牛顿流体的偏差程度 n=1, 牛顿流体
τ = Kγ
Chap. 9
Rheology of Polymer
Wu Sizhu College of Materials Science & Engineering Beijing University of Chemical Technology
The contents of polymer physics
Toothpaste
--- Bingham plastic
Oil paint 油漆
Eugene Cooke Bingham (1878~1945), 美国化学家 1929年提出流变学的概 念，现代流变学奠基人 in 1928, Rheological Society
一切皆流
——切力变稀流体
Herakleitos
C. 旋转粘度计 Rotational viscometer
拉伸粘度计
9.3 影响粘度的因素
9.3.1 剪切速率和温度
假塑性流体
Bingham plastic Newton liquid
膨胀性流体
9.3.2 粘度的分子量依赖性
分子量M大，分子链越长，链段数越多，要这 么多的链段协同起来朝一个方向运动相对来 说要难些。此外，分子链越长，分子间发生 缠结作用的几率大，从而流动阻力增大，粘 logη0 (Pa.s) 度增加。 When M<Mc When M>Mc
9.3.4 分子链支化的影响
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
logη
B A
logM
长支化时，相当长链分 子增多，易缠结，从而 粘度增加
Examples-LDPE and LLDPE
LDPE 低密度聚乙烯
支链太长，流动性不好
LLDPE 线形低密度聚乙烯
-共混后改善加工性能与强度等
η
= K γ
τ = Kγ
• n −1
•n
表观粘度与形变速率有关
a
Discussion
η
a
= K γ
. n −1
切力变稀流体 表观粘度ηa随剪切 （假塑性体） When n<1， n-1<0 速率增加而减小 Pseudoplastic
表观粘度ηa随剪切 增稠流体 n-1>0 When n>1， 速率增加而增加 （膨胀性流体） Dilatant
测定聚合物熔体粘度的方法
落球粘度计
Falling sphere viscosimeter
毛细管流变仪
Capillary Rheometer
旋转粘度计
Rotational viscometer
A. 落球粘度计- Falling sphere viscosimeter
大试管 刚珠 粘液 恒温槽 刻 度
Chapter 1~5 微观结构及分子运动
Chapter 6~8
高聚物的性能
Chapter 9
聚合物加工
什么是流变学？
流形 动变
高聚物流变定义
Sir Isaac Newton Robert Hooke (1643~1727), (1635~1703), Britain Britain
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。
. n
n与1相差越大，偏离 牛顿流体的程度越强
表观粘度 Apparent viscosity
η
=
For Newtonian liquid, the viscosity
τ γ
•
= const
τ Therefore, for nonη a = • Newtonian liquid, defining γ the apparent viscosity Substitute
黏度指数增加，蜡
- soot particles 煤烟粒子
PSEUDOPLASTIC
切力变稀流体（假塑性体）
- GRS latex solutions 乳胶液 - sewage sludge's 淤泥 - grease 油脂 - molasses 蜜糖 - paint 油漆 - starch 淀粉 - soap 肥皂 - most emulsions 绝大多数乳液 - printer's ink 打印墨水 - paper pulp 纸浆
9.2 高聚物流体的非牛顿性原因
表观粘度和剪切速率的关系
零切 粘度
η0
ηa = K γ
•n
极限 粘度
η∞
第一牛顿区
幂律区（假塑区） 第二牛顿区
Entanglements
New attempt to deal with entanglements
Explanation
第一牛顿区：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，定 为η0，称零切粘度，类似牛顿流体。 幂律区：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。 第二牛顿区：剪切速率很高时，缠结遭破坏， 再缠结困难，缠结点几乎不存在，表观粘度再 次维持恒定，定为η∞，称牛顿极限粘度，又类 似牛顿流体行为。
Examples
PVC PAN PS Tf > Td Tf > Td 加工中如何办？ 溶液纺丝 溶液成型
流变行为影响最终产品的力学性质
加工过程中流动场
分子结晶、取向排列
薄膜和纤维等的力学性质
9.1 Newtonian liquid and non-Newtonian liquid 牛顿流体和非牛顿流体
9.1.1三种理想状态 (1) Ideal elastic solid
τ = Eγ
(2) Ideal viscous liquid
图示
Ideal elastic solid
Bingham liquid
Ideal viscous liquid
9.1.2 聚合物熔体流动特点
（1）粘度大，流动性差: 这是因为高分子 链的流动是通过链段的相继位移来实现分子 链的整体迁移，类似蚯蚓的蠕动 （2）不符合牛顿流动规律：在流动过程 中粘度随切变速率的增加而下降 （3）熔体流动时伴随高弹形变：因为在 外力作用下，高分子链沿外力方向发生伸展， 当外力消失后，分子链又由伸展变为卷曲， 使形变部分恢复，表现出弹性行为
假塑性流体
膨胀性流体
Multiple-choice test
对牛顿流体、膨胀性流体和假塑性流体 其流动指数（非牛顿指数）n 分别为 n=1; n<1; n>1 n=1; n>1; n<1
其粘度η 随剪切速率γ 的变化分别为
η 不变; η 随 γ 的增加而增加；η 随 γ 的增加而减小 η 不变; η 随 γ 的增加而减小；η 随 γ 的增加而增加
EXTRUSION LAMINATING MACHINE 挤出复合机
LDPE、LLDPE、PP、EVA、EAA、EMA
Film blown line
熔融态加工对某些聚合物除外
(1) 交联聚合物：硫化橡胶、 酚醛、环氧树脂 (2) 分解温度Td <Tf 的聚合物： 聚丙烯腈PAN、聚乙烯醇 (3) 刚性极大：如Kevlar
Examples
切力变稀流体 - Oil paint 增稠流体 - Coating, Melt
Concrete mixer
---Yield dilatant 膨胀性流体
Mixing eggs
--Yield pseudoplastic 假塑性流体
Yield pseudoplasticTHIXOTROPIC 触变体
carboxymethyl cellulose - lard 猪油
羧甲基纤维素
9.1.3 应力与切变速率的关系
Ideal Bingham plastic Pseudoplastic 假塑性流体 Newtonian liquid Dilatant 膨 胀性流体
表观粘度和切变速率的关系
Ideal Bingham liquid Newton liquid
Spinning
结构特点
高聚物的流动行为是高聚物分子运动的表现， 反映了高聚物的组成、结构、分子量及其分 布等结构特点。
对高聚物熔体和溶液体系的流变性能分析，必须既考 虑其粘性流动（不可逆形变），也必须考虑其弹性变 形（可逆形变）；同时还需考虑高聚物链结构的不均 一性（如分子量分布和支化），分散体系的不均匀性 （如颗粒大小、填料的不均一性）；高聚物在加工过 程中有化学降解和热氧降解等等；以及形变的不均匀 性、温度的不均匀性等等。
2 gr ( D − d )t η= 9h
2
g: 重力加速度 （cm/s2) D: 刚珠的比重（g/cm3) d: 液体的比重(g/cm3) t: 刚珠经过h厘米的时间(s)
h: 刚珠在t秒内落下的距离(cm r: 刚珠的半径(cm)
η单位？ g/(s*cm)=Pa
B. 毛细管流变仪 Capillary Rheometer
dγ τ =ηγ =η dt
.
Hooke’s law
Newton law
τ---剪应力 γ---剪应变 γ---切变速率 η---粘度
(3) 宾汉流体 Bingham liquid
τ <τy