高分子材料流变学教
高分子材料流变学教学
高分子材料流变学教学引言高分子材料流变学是研究高分子材料在外力作用下的变形和流动行为的学科，对于合理设计高分子材料的工艺参数、提高高分子材料的加工性能具有重要意义。
本文将介绍高分子材料流变学教学的内容、教学方法和案例分析，以帮助学生深入了解该学科的基本概念和实际应用。
教学内容高分子材料流变学教学主要包括以下内容：1.高分子材料的力学性能：介绍高分子材料的弹性、塑性和黏弹性等力学性能，以及与这些性能相关的工艺因素和材料结构的关系。
2.流变学基本概念：介绍高分子材料流变学的基本概念，包括应力、应变、应变速率、粘度、屈服应变等，以及流变学中常用的测试方法和仪器。
3.流变学模型与实验数据处理：介绍高分子材料流变学的常用模型，如弹性模型、粘弹性模型和塑性流变模型，并探讨如何利用实验数据对模型进行参数拟合和分析。
4.高分子材料加工和应用：介绍高分子材料在不同加工条件下的流变行为，如挤出、注塑和拉伸等，以及高分子材料的应用领域，如塑料制品、橡胶制品和复合材料等。
教学方法高分子材料流变学教学可以采用以下方法：1.理论讲解：通过教师的讲解，介绍高分子材料流变学的基本概念和理论知识，帮助学生建立起对该学科的整体认识和框架。
2.实验操作：通过实验操作，让学生亲自进行流变学测试，并学习如何操作流变仪器和处理实验数据，加深对流变学知识的理解和应用。
3.讨论和案例分析：通过讨论和案例分析，引导学生分析和解决实际问题，培养学生的独立思考和问题解决能力。
4.专业实习：安排学生到工业企业或科研机构进行实习，让学生实践所学的流变学知识，并了解高分子材料流变学在实际工作中的应用。
案例分析下面以挤出加工为例进行案例分析：挤出是一种常用的高分子材料加工方法，通过挤出机将高分子材料加热融化后，通过模具挤出成型。
在挤出过程中，高分子材料会受到剪切力和压力的作用，因此流变学的知识对于优化挤出工艺和提高产品质量具有重要影响。
在案例中，学生需要分析挤出过程中高分子材料的流变行为，并根据实验数据对材料流变模型进行拟合和参数分析。
高分子流变学基本概念课件
高分子流体的粘弹性
弹性
高分子流体在受到外力作用时发生的形变能够部分恢复。
粘性
高分子流体在受到外力作用时产生的剪切应力。
粘弹性
高分子流体同时具有弹性和粘性，其流变行为受温度、应力和分 子结构的影响。
高分子流体的流动行为
层流与湍流
高分子流体在管中流动时，层流 状态下剪切速率与距离成线性关 系，湍流状态下剪切速率与距离 成非线性关系。
高分子流变学基本概 念课件
目录
CONTENTS
• 高分子流变学简介 • 高分子流体的基本性质 • 高分子流变学的基本理论 • 高分子流变学在工业中的应用 • 高分子流变学的未来发展
01 高分子流变学简介
高分子流变学的定义
总结词
高分子流变学是一门研究高分子材料 流动和变形的学科。
详细描述
高分子流变学主要研究高分子材料在 受到外力作用时发生的流动和变形行 为，以及流动和变形过程中涉及的物 理、化学和力学等现象。
流动曲线
描述剪切速率与剪切应力之间关 系的曲线，分为牛顿区、屈服点 和粘弹性区域。
流动不稳定性
高分子流体在流动过程中可能出 现的各种不稳定性现象，如拉伸 流动、漩涡脱落等。
03 高分子流变学的基本理论
唯象理 论
唯象理论是从宏观角度研究高分子流体的行为，通过实验观察和经验公式 来描述高分子流体的流变性质。
高分子流变学的跨学科研究
01
与物理学的交叉
研究高分子流体的热力学性质和 流动行为，探索高分子链的动力 学过程。
02
与化学的交叉
03
与工程的交叉
研究高分子材料的合成和改性， 探索高分子链的化学结构和反应 机理。
将高分子流变学的理论应用于实 际生产过程中，解决工程实际问 题。
《高分子材料流变学》的课程特点与教学体会
今 已有２ 多年的教学历史 ， ０ 同时跟踪学 科的发展 ， 教学
团队亦针对学科 的前沿 问题开 展科研 工作 ，在 国际上 形成 了一定 的学术影响力 。 在长期 的教学 、 科研 实践积 累和和对高分 子流变学 教学理解 逐步深 化 的基 础上 ， 教学团队按照 比较科 学完整的体 系 ， 写出版 了《 编 高分
的 增 长 图说 说 中 国 邮 电 业 务 在 ２ ０ 年 之 后 迅 速 发 展 的 ００
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原因。学生很 快回答 出如 网购 ， 加入世贸组织等 。从学 生们 的参 与热情来 看 ， 认为 ， 的这种 教学模 式 。 我 我 学 生们是喜欢的 ， 是有 效果 的。 总 而言之 ， 只要不 断探索 ， 熟练运 用 自制图表 ， 使 抽象 知识具体 化 、 散知识 系统化 、 零 复杂知 识概要化 ，
筑分子结构模型 ，关联 材料宏观力学响应行 为和微 观 的分子运 动过程 ， 明二者的联系。②高分子工程流变 说
高分子流变学教案
任何体积单元都变化3倍，当然物体不一定是立方柱体
2.2.2 拉伸和单向压缩 （Extension and uniaxial expension）
l′＝l b′＝b c′＝c V/V0＝2
＝1＋ <<1
l l
l
为长度的分数增量
＝1－ <<1 bb cc 为侧边的分数减量
线性粘性流体（Linear viscous fluid）或牛顿流体
流动速度正比于所加之力 ＝
聚合物流变模式的形态
聚合物流变行为的多样性和多元性 聚合物的力学状态 聚合物形态的转变 聚合物粘弹态
聚合物的力学状态
聚合物没有明确的固态和液态的界限，固体和液体 的转化过程比低分子材料复杂得多，必须认识聚合 物力学形态的多样性
图3.4 交联聚合物（橡胶）的拉伸模量与温度的关系
微晶的存在 起到交联的
作用
图3.5 结晶性线形聚合物的拉伸模量与温度的关系
其形状与无定型聚合物类似，其区别 是坪台区较宽，且坪台处的模量较高
3.4.3 模量的分子量依赖性
低温时粘弹性主要决定于大分 子链的小链段的运动，而与大 分子链本身的尺寸基本上无关 。在高温时的粘弹性则涉及到 较大链段的复杂运动，以解开 缠绕并最后大分子链间相互滑 移 ，所以分子量对拉伸模量的 影响主要在高弹态和粘流态
低3～4个数量级。
聚合物弹性模量与温度的关系
温度对体积模量的影响较小，低于玻璃化温度和高于玻璃 化温度的K相差仅两倍左右，在同一数量级上。拉伸和剪 切模量的温度依赖性则很大
图3.3 无定形线形聚合物的拉伸模量与温度的关系
分子链热运动加强，回缩 力逐渐变大，弹性形变能 力变小，表现为弹性模量
高分子材料加工流变学
黏流活化能
黏流活化能影响因素 ✓ 分子链的柔顺性 ✓ 分子链的极性 ✓ 取代基的大小 ✓ 相对分子量分布 ✓ 剪切速率、剪切应力 ✓ 温度 ✓ 补强剂
黏流活化能
✓ 粘流活化能的测定 ✓ 一些高分子化合物黏流活化能举例
高分子化合 物
NR IR CR SBR NBR
Eη， kJ/mol
1.05 1.05 5.63 13.0 23.0
通过加热使玻璃态的高聚物变为黏流态。 2.流动成型
通过高压使熔体流动并通过模具成型 3.冷却固化
通过冷却使熔体固化成玻璃态并定型
第三节 高分子熔体的黏性流动与弹性
高分子材料加工过程的特点 1.使用高分子材料的黏流态进行流动变形加工 2.加工温度低 3.加工容易 以上特点决定高分子材料的应用非常广泛
牛顿流体
关于黏度的讨论 1）物理意义：促使流体产生单位速度梯度的剪
切力 2）黏度的影响因素 ➢ 流体本身的性质：如流体的结构、组成等 ➢ 温度：温度上升导致黏度下降 ➢ 压顿液体的流动
根据流体的流变方程式或流变曲线图，可将非牛顿型流体分类
例：吹塑薄膜的生产；双向拉伸薄膜的生产
一、拉伸流动与拉伸黏度
拉伸流动的数学描述 1.牛顿流体
λ=σ/ε σ=λ ε λ：拉伸黏度 σ：拉伸应力 ε：拉伸应变
一、拉伸流动与拉伸黏度
拉伸流动的数学描述 2.非牛顿流体 ✓ 低拉伸速率时，高分子材料熔体的拉伸流动行
为符合牛顿流体的拉伸流动公式 ✓ 高拉伸速率时，高分子材料熔体的拉伸流动行
涨塑性流体的数学描述-指数定律
（2）涨塑性（膨胀性）流体
涨塑性流体流变行为的解释
（2）涨塑性（膨胀性）流体
涨塑性流体流变行为的解释
高分子流变学基本概念课件
高分子流变学在塑料、橡胶、涂料等工业生产中具有重要的应用价 值，可以提高产品质量和降低能耗。
生物医学
高分子流变学在生物医学领域的应用逐渐增多，如药物载体、组织 工程等，有助于推动医学研究和治疗技术的发展。
新能源领域
高分子流变学在太阳能、风能等新能源领域具有潜在的应用价值，有 助于提高能源利用效率和降低环境污染。
高分子流变学基本 概念课件
目 录
• 高分子流变学简介 • 高分子流体的基本性质 • 高分子流变学的基本理论 • 高分子流变学在工业中的应用 • 总结与展望
01
高分子流变学简介
高分子流变学的定义
01
高分子流变学是一门研究高分子 材料流动和变形的学科，主要关 注高分子材料在应力、温度、时 间等作用下的形变和流动行为。
绿色环保
发展环境友好型的高分子流变学材料和制备技术，降低对环境的 负面影响。
高分子流变学的挑战与机遇
挑战
高分子流变学研究面临实验难度 大、理论模型不完善等挑战，需 要加强基础研究和实验验证。
机遇
随着科技的不断进步和应用需求 的增加，高分子流变学将迎来更 多的发展机遇和空间。
高分子流变学的应用前景
02
它涉及到高分子物理、化学、力 学等多个领域，是高分子科学的 一个重要分支。
高分子流变学的研究内容
01
高分子流体的基本流变性质
研究高分子流体的剪切粘度、拉伸粘度、弹性等基本流变性质，以及这
些性质与高分子链结构、分子量、温度等因素的关系。
02 03
高分子加工成型过程中的流变行为
研究高分子材料在加工成型过程中的流变行为，如塑料挤出、注射成型、 压延等过程中的流动和变形，以及这些过程对高分子材料结构和性能的 影响。
高分子材料流变学-1-绪论
烯塑料溶胶，在流动过程中表现出粘度随剪 切速率增大而升高的反常现象，称“剪切变 稠”效应。 通常把具有“剪切变稀”效应的流体称为假 塑性流体，把具有“剪切变稠”效应的流体 称为胀流性流体。
2 Weissenberg效应（爬杆效应）
又称“爬杆”效应，或“包轴”现象。出现这一现象 的原因被归结为高分子液体是一种具有弹性的液体。 测量容器中A、B两点的压力，可以测得，对牛顿型流 体有pA pB ，对高分子液体有pA pB。
结构流变学的研究成果
稀溶液粘弹理论发展比较完备。Rouse-
Zimm-Lodge等人的贡献。已经能够根据分子 结构参数定量预测溶液的流变性质。浓厚体 系和亚浓体系粘弹理论。 de Gennes和Doi-Edwards的贡献。将多链体 系简化为一条受限制的单链体系，提出蛇行 蠕动模型。
结构流变学进展对高分子凝聚态物理基础理
分子整链
链段
分子整链的运动如同一条蛇的蠕动
这也是高分子熔体弹性行为的典型表现。熔 体破裂现象影响着高分子材料加工的质量和 产率的提高（受临界剪切速率的影响）。
波浪形
鲨鱼皮 形 竹节形
螺旋形
不规则破碎 形
5 无管虹吸，拉伸流动和可纺性
对牛顿型流体，当虹吸管提高到离开液面时，虹
吸现象立即终止。 对高分子液体，如聚异丁烯的汽油溶液或聚醣在 水中的微凝胶体系，当虹吸管升离液面后，杯中 的液体仍能源源不断地从虹吸管流出，这种现象 称无管虹吸效应。
（2）弹性固体 (Elastic Solids)
变形时遵从胡克定律-材料所受的应力与形变量成正 比（ σ=Eε ）的固体，其应力与应变之间的响应为瞬 时响应，称之为弹性固体。 σ-应力:材料内部单位面积上的响应力(牛顿/m2)。 E-弹性(杨氏)模量（模量表述了材料抵抗弹性变形的 能力——多硬或多软）。 ε-形变:在对应于应力方向上,物体变形的相对幅度。
高分子流变学
《高分子流变学》一、简介高分子流变学是高分子材料及工程专业的重要课程，我专业设此课程为专业选修课。
本课程在高分子化学、高分子合成工艺原理、高分子物理以及工程力学等课程的基础上，着重介绍流变学行为额基本原理和高分子材料流动与变形的基本行为，介绍了高分子材料流动变形行为与经典黏性体和弹性体之间的不同之处，深入讨论剪切作用、温度、压力、结构和时间等因素对高分子流变性质的影响，并介绍了流变学的测试原理和基本研究方法。
进一步为高分子材料及其制品的设计优化、加工工艺和加工设备的选择改进提供必要的理论依据。
二、第一章绪论第一节流变学的发展一．定义流变学是研究材料的流动和变形的科学，它是一门介于力学、化学、物理与工程科学之间的新兴交叉学科。
二．流变学产生的简史与发展流变学的诞生：宾汉（奠基人）与雷诺的故事；流变学的发展：流变学出现在 20 世纪 20 年代；麦克斯韦的贡献；早期国际流变学发展；目前关于流变学的研究十分活跃；流变学应用：流变学与现代工业；流变学与地球科学；流变学与土木工程；三．流变学的研究对象：流动的固体；非牛顿流体。
四．流变学的研究内容：本构方程；力学模型；物理模型。
五．其他流变学技术：磁流变学；电流变学；血液流变学。
第二节高分子流变学概述一．定义：高分子材料流变学——研究高分子液体，主要指高分子熔体、高分子溶液，在流动状态下的非线性粘弹行为，以及这种行为与材料结构及其它物理、化学性质的关系。
二．高分子流变学的发展三．高分子流变学研究内容：结构流变学；加工流变学。
四．高分子流变学研究方法：挤出式流变仪；转动式流变仪；转矩流变仪。
第三节流变学与聚合物工业的关系一．高分子加工的基本类型1. 塑料加工：挤出、注塑2. 纤维加工：口模、拉伸及拉伸粘度3. 橡胶加工：压延、密炼、挤出二．基本关系概述三．在聚合物材料加工中的应用第四节流变学在化妆品中的应用第二章线性粘性流动第一节基本概念一．流动的类型1. 层流、湍流层流，稳定流动，流体可看作是假想的层状流体所组成，层与层之间没有流动。
高分子流变学教案
07
结论与展望
高分子流变学的未来发展方向
深入研究高分子流体的复杂流动行为
随着实验技术和计算能力的不断提升，未来将更加深入地研究高分子流体的复杂流动行为 ，包括非牛顿流动、流动不稳定性、湍流等现象。
发展高分子流变学的理论模型和数值模拟方法
为了更好地理解高分子流体的流动行为，需要发展更为精确和实用的理论模型和数值模拟 方法，以模拟和预测高分子流体的流变性能。
本课程将介绍高分子流变学的基本概念、理论和方法，以及其在高分子材料制备 、加工、性能评价和产品设计等领域的应用。
高分子流变学的重要性
高分子流变学是高分子科学和工程领域的重要分支，对于理 解高分子材料的流变行为、优化加工工艺、提高产品质量和 开发新型高分子材料具有重要意义。
随着高分子材料在工业、医疗、能源和环境等领域的应用越 来越广泛，对高分子流变学的需求也日益增长。掌握高分子 流变学的知识和技能对于从事高分子科学和工程领域的研究 和开发人员至关重要。
04
高分子流体的屈服与断裂
屈服点与应力松弛
屈服点
当高分子流体受到的应力超过其屈服 点时，它将从弹性行为转变为粘性行 为。
应力松弛
高分子流体在应力作用下，内部结构 发生变化，导致应力随时间逐渐减小。
断裂与损伤
断裂
高分子流体在应力作用下，当应力超过其承受极限时，会发生断裂。
损伤
高分子流体的损伤是指其内部结构的损伤，这种损伤会导致流体的性能下降。
本构方程的应用
用于分析高分子材料的加工、成型、流动等过程中的力学行为，预 测材料的性能。
03
高分子流体的流动行为
牛顿流体和非牛顿流体
牛顿流体
遵循牛顿粘性定律，剪切应力与剪切 速率成正比，与剪切应变无关。
高分子材料流变学课程介绍与修读指导建议
《高分子材料流变学》课程介绍与修读指导建议（复合）课程中英文名称：高分子材料流变学（Polymer Rheology）课程编号：B03020300课程性质：专业基础课开设学期及学时分配：第五学期，每周2学时，共32学时适用专业及层次：高分子材料与工程、复合材料与工程，本科先行课程：高等数学、大学物理、物理化学、高分子化学、高分子物理后继课程：橡胶工艺学、聚合反应工程学、塑料成型工艺学教材：《高分子材料流变学》，吴其晔编著，高等教育出版社，2002年推荐参考书：1．《聚合物加工流变学》，C. D. Han著，徐僖、吴大诚译，科学出版社，1985年2．《聚合物流变学》，Nelsen L E 著，范庆荣、宋家琪译，科学出版社，1983年课程目的与内容：《高分子材料流变学》是高分子材料与工程专业本科生的必修课，是关联高分子材料结构性能系与高分子工程的桥梁。
通过学习本课程，可使学生①对高分子材料加工过程的基本原理有比较全面的认识，理解高分子材料的流变性质与材料的结构、性能、制品配方、加工工艺条件、加工机械及模具的设计和应用之间的关系；②掌握高分子材料的基本流变学性质和基本实验方法和手段，为进一步学习后续课程打下基础；③了解典型高分子材料成型加工过程的流变学原理，获得分析和改进生产工艺、指导配方设计、开发和应用高分子材料的理论基础。
课程修读指导建议：1.学习之关键在于掌握抽象概念所对应的物理实质；2.注重流变学知识的实际应用，加强对理论与实验实践结合实例的学习。
Course name:Rheology of Polymer MaterialsCourse Code: A03020300Course Type:Professional Basic CourseSemester and Class Hours: the 6th Semester, 2×16 HoursApplicable Major and Level: Polymer Materials and Engineering and Similar Major, UndergraduatePrior Courses: Physical Chemistry, Polymer PhysicsSuccessive Courses: Rubber Technology, Polymerization Reaction Engineering,Plastic Molding TechnologyTextbook: Polymer Rheology, Qiye Wu, Higher Education Press, 2002Recommended References:1. Polymer Processing Rheology, C. D. Han, Science Press, 19852. Polymer Rheology, L. E. Nelsen, Translated Chinese by QR Fan & JQ Song, Science Press, 1983Course Goals, Content and Requirements:Rheology of Polymer Materials, which combines polymer structure & property with polymer engineering, is one of compulsory courses for undergraduates majored in polymer materials & engineering. By learning this course, the following goals can be fulfilled.Firstly, students should learn comprehensivelythe basic principles of polymer processing, understand relationships of the rheology of polymers with polymer structure & property, product formula, processing condition, processing machinery and mould design. Secondly, students can master the polymers’ rheological properties and experimental methods, which are the foundation for the follow-up courses. Thirdly, students can comprehend the rheological principles of classical polymer processing & molding, and understand theories for improving the processing technology, directing polymer formula design , and developing new polymer materials.。
高分子材料流变学(第1部分)
高分子材料加工流变学讲义专业：机械自动化李勇2013/01/31第一章高分子材料加工流变学简介第一节前言讲解重点：流变学的定义、研究范围、应用领域；学习高分子材料加工流变学的意义。
课时分配及教学形式：2学时，课堂教学一、流变学概念1、流变学定义: 流变学是一门研究材料流动及变形规律的科学。
2、高分子材料流变学：是研究高分子液体，主要指高分子熔体、溶液在流动状态下的非线形粘弹行为以及这种行为与材料结构及其他物理、化学性能的关系。
高分子材料流变学又分为：高分子材料结构流变学：又称微观流变学或分子流变学。
研究分子链结构、聚集态结构与其流动变形行为的关系高分子材料加工流变学：宏观流变学或微象流变学：主要研究与高分子材料加工工程有关的理论和技术问题。
很久以来，流动与变形是属于两个范畴的概念：流动是液体材料的属性，液体流动时，表现出粘性行为，产生永久变形。
变形不可恢复并耗散部分能量。
液体①遵从牛顿流动定律：材料所受的剪切应力与剪切速率成正比，σ=ηγ②流动过程中总是一个时间过程。
固体①固体变形时遵从胡克定律：材料所受应力与变形量成正比，σ=Eε应力、应变之间的响应为瞬时响应，与时间无关。
变形是固体（晶体）材料的属性。
固体变形时，表现出弹性行为，其产生的弹性变形在外力撤消时能够恢复，且产生变形时贮存能量，变形恢复时还原能量，材料具有弹γε流动→液体→粘性→耗散能量→产生永久形变→无记忆效应→牛顿定律→时间过程变形→固体→弹性→贮存能量→变形可以恢复→有记忆效应→胡克定律→瞬时响应牛顿流体和胡克弹性体是两类性质被简化的抽象物体，实际材料往往表现出远为复杂的力学性质。
如沥青、黏土、橡胶、石油、蛋清、血桨、食品、化工原材料、泥石流、地壳。
高分子材料既能流动，又能变形；既有粘性，又有弹性；变形中发生粘性损耗，流动时又有弹性记忆效应，属于粘、弹性结合，流、变性并存。
对于这类材料，仅用牛顿流动定律或胡克弹性定律已无法全面描述其复杂力学响应规律，必须发展一门新学科——流变学对其进行研究。
高分子材料流变学教学
高分子材料流变学教学-----------------------作者：-----------------------日期：高分子材料流变学Polymer rheology一、课学时：40学时；学分：2学分二、使用专业：高分子化学与物理、材料学、材料加工工程、高分子机械设计三、预修课程：高分子化学、高分子物理学、高分子结构与性能、高分子加工原理、场论四、教学目的：《高分子材料加工原理》是高分子材料与工程专业本科生的必修课，课程设置的目的是：1．使学生对高分子材料加工过程的基本原理，主要包括高分子材料在成型加工过程中的基本流变学原理和传热学原理有比较全面的认识。
结合高分子物理学、材料加工工艺学、加工机械及模具设计，理解高分子材料的流变性质、传热性能与材料的结构、性能、制品配方、加工工艺条件、加工机械及模具的设计和应用之间的关系。
2．掌握高分子材料的基本流变学性质和传热学性能；了解研究高分子材料流变性质、传热性能的基本数学、力学方法；掌握测量、研究高分子材料流变性质、传热性能的基本实验方法和手段。
为进一步学习《聚合反应工程学》、《材料成型加工工艺学》、《材料成型加工机械》、《模具设计》等课程打下基础。
3．讨论典型高分子材料成型加工过程的流变学、传热学原理，讨论多相聚合物体系（复合材料）的流变性质和传热性能，为分析和改进生产工艺、指导配方设计、开发和应用高分子材料提供一定的理论基础。
本课程属一门多学科交叉，理论性与实践性均很强的新兴学科，国目前尚无统一大纲和教材。
鉴于目前介绍关于高分子材料传热性能的书籍比较混乱，本大纲暂时先拟定讲授高分子材料流变学的基本容和要求。
以后条件成熟时，再补充高分子材料传热学方面的容。
高分子流变学要求的教学时数为32学时，高分子传热学要求的教学时数为16学时，总计教学时数为48学时。
关于高分子材料流变学部分，本大纲遵循基本理论与生产实践相结合，既有一定广度，又有一定深度、新度，材料宏观性质与微观结构分析相结合，唯象性讨论与建立数学模型相结合的特点，按照少而精的原则，设置了七章二十节容，教学时数为32学时。
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高分子材料流变学Polymer rheology一、课内学时：40学时；学分：2学分二、使用专业：高分子化学与物理、材料学、材料加工工程、高分子机械设计三、预修课程：高分子化学、高分子物理学、高分子结构与性能、高分子加工原理、场论四、教案目的：《高分子材料加工原理》是高分子材料与工程专业本科生的必修课，课程设置的目的是：1．使学生对高分子材料加工过程的基本原理，主要包括高分子材料在成型加工过程中的基本流变学原理和传热学原理有比较全面的认识。
结合高分子物理学、材料加工工艺学、加工机械及模具设计，理解高分子材料的流变性质、传热性能与材料的结构、性能、制品配方、加工工艺条件、加工机械及模具的设计和应用之间的关系。
2．掌握高分子材料的基本流变学性质和传热学性能；了解研究高分子材料流变性质、传热性能的基本数学、力学方法；掌握测量、研究高分子材料流变性质、传热性能的基本实验方法和手段。
为进一步学习《聚合反应工程学》、《材料成型加工工艺学》、《材料成型加工机械》、《模具设计》等课程打下基础。
3．讨论典型高分子材料成型加工过程的流变学、传热学原理，讨论多相聚合物体系（复合材料）的流变性质和传热性能，为分析和改进生产工艺、指导配方设计、开发和应用高分子材料提供一定的理论基础。
本课程属一门多学科交叉，理论性与实践性均很强的新兴学科，国内目前尚无统一大纲和教材。
鉴于目前介绍关于高分子材料传热性能的书籍比较混乱，本大纲暂时先拟定讲授高分子材料流变学的基本内容和要求。
以后条件成熟时，再补充高分子材料传热学方面的内容。
高分子流变学要求的教案时数为32学时，高分子传热学要求的教案时数为16学时，总计教案时数为48学时。
关于高分子材料流变学部分，本大纲遵循基本理论与生产实践相结合，既有一定广度，又有一定深度、新度，材料宏观性质与微观结构分析相结合，唯象性讨论与建立数学模型相结合的特点，按照少而精的原则，设置了七章二十节内容，教案时数为32学时。
各章节的基本教案要求如下：第一、二、三章：1．前三章为本课程学习的重点和基础。
2．要求掌握流变学研究中的基本物理量及基本流变函数。
理解高聚物液体的流动机理，理解高聚物液体流动时发生剪切变稀、挤出胀大、熔体破裂等奇异流变现象。
能用“高分子构象改变理论”说明其奇异粘弹性。
3．了解非牛顿流体的类别和流动特点。
4．掌握各类条件和参数对高聚物液体剪切粘度的影响规律，包括：加工条件（温度、压力、剪切速率、剪切应力），分子结构参数（分子量、分子量分布、长链支化程度），配方参数（填充－增强剂、软化－增塑剂）。
5．理解高分子液体流动中的弹性效应及影响液体弹性的因素。
第四章：1．流变学基础方程，特别本构方程是流变学研究的中心课题，但由于需要较多数学准备知识，对材料类专业本科生不宜提出过高要求。
主要使学生了解本构方程基本概念及建立高聚物液体流变本构方程基本方法，对力学模型和分子模型理论有初步的认识。
2．掌握幂率方程。
3．了解定量研究高聚物流变性质的数学、力学方法；了解连续性方程，运动方程及能量方程的物理意义。
4．了解平行板之间的拖曳流及圆柱形流道中压力流的流场分析。
第五章：1．熟悉和理解测量聚合物熔体、溶液剪切粘度的几种方法及原理，尤其对高压毛细管流变仪的测量原理、数据处理方法（Rabinowitch修正，Bagley修正）、测量结果分析等有较好的理解。
2．了解高分子材料的动态粘弹性，了解测量动态粘弹性质的方法。
第六章：1．本章选择具有代表性的挤出加工过程，混炼加工过程，压延成型过程及注射成型过程，讨论流变学分析在研究加工原理中的作用，不同专业也可视教案对象的不同及学时的宽松加以节选及增删。
2．理解各加工过程的流变学分析方法及结论，理解这些结论的物理意义。
3．讲解的重点放在牛顿流体的等温流动过程上，求解过程尽管简化，侧重流场的分析及结果的讨论，并恰当地推广到非牛顿流体的情形。
第七章：1．在丰富的多相聚合物弹性流变性质研究中，本章选择两相聚合物共混体系及填充聚合物体系加以介绍，介绍的目的是使学生理解在对新的高分子复合材料的开发中，流变性质的意义。
2．理解多相聚合物体系的粘弹行为及其他特殊性质。
3．以流变性－形态结构－力学性能为中心线索，让学生进一步理解复合材料的微观、亚微观结构与宏观性质之间的联系。
五、大纲内容（注：“*”表示重点，“#”表示难点，“★”表示涉及学科前沿）第一章绪论主要讲解：流变学研究的内容和意义；奇异流变现象；粘流态特征及流动机理*。
第二章基本物理量和高分子液体的基本流变性质1．基本物理量*#主要讲解：应力与偏应力张量；形变和形变梯度张量；速度梯度、形变率张量2．粘度与法向应力差系数*主要讲解：表观剪切粘度函数；第一、第二法向应力差函数；拉伸粘度函数3．非牛顿型流体的分类*主要讲解：Bingham塑性体；假塑性流体；胀塑性流体4．关于剪切粘度的深入讨论*主要讲解：温度T的影响；剪切速率和剪切应力的影响；“时温等效原理”在流动曲线上的应用；压力的影响；配合剂的影响5．关于＂剪切变稀＂行为的说明主要讲解：高分子构象改变说；类橡胶液体理论6．高分子液体弹性效应的描述*主要讲解：可恢复形变量SＲ；挤出胀大比及口型出口压力降；第一、二法向应力差系数7．高分子液体的动态粘弹性主要讲解：小振幅振荡剪切流场的数学分析；动态粘弹性与稳态流变性的关系第三章非线性粘弹流体的本构方程1．本构方程概念2．速率型本构方程*#主要讲解：经典的线性粘弹性模型━━Ｍaxwell模型；空间描述法和物质描述法；广义Ｍaxwell模型#；Ｒivlin-Ericksen二阶流体模型#3．积分型本构方程*#主要讲解：Bolzmamm叠加原理；Maxwell模型的积分形式；Lodge网络理论━━类橡胶液体理论；Ｍeister模型和Ｂird-Carreau模型#4．流变模型对高分子科学和高分子工程问题的意义第四章高分子流变本构方程的分子理论1．高分子稀溶液和浓厚体系2．孤立分子链的粘弹性理论*#主要讲解：Debye珠-链模型的主要观点；Rouse-Zimm模型的主要假定及处理方法；Rouse-Zimm模型的显式本构方程；流体动力学相互作用，Zimm的修正；非仿射变形假定和带滑动函数的Rouse-Zimm模型★3．高分子浓厚体系的流变模型和本构方程*#主要讲解：高分子浓厚体系的性质；缠结高分子的模型化——蠕动模型★；高分子浓厚体系的流变本构方程，Doi-Edwards模型★4．分子结构参数对流变性质的影响*主要讲解：平均分子量的影响；分子量分布的影响；支化结构的影响；讨论分子结构参数对流变性影响的意义5．松弛时间谱及其与材料粘弹性函数间的关系#主要讲解：松弛时间谱的定义；松弛时间谱与材料粘弹函数的关系；★由实验数据直接求取材料松弛时间谱的方法；影响流变松弛时间谱的因素第五章输运过程的基本方程及基本流动形式1．连续性方程━━质量守恒律2．运动方程━━动量守恒律3．能量方程━━能量守恒律4．平行板间的等温拖曳流和管道中的压力流主要讲解：平行板间的等温拖曳流；园形管道中的压力流5．输运过程基本方程在直角坐标系和柱坐标系中的形式第六章流变测量学1．毛细管流变仪的测量原理和方法*主要讲解：毛细管流变仪的基本构造；完全发展区内的流场分析；入口区附近的流场分析，Bagley修正；出口区的流动情况2．锥－板型转子流变仪简介主要讲解：锥－板型流变仪测量粘度；锥－板型流变仪测量法向应力差函数；锥－板型流变仪进行动态粘弹性测量3．落球式粘度计的测量原理4．混炼机型转矩流变仪的原理和用途主要讲解：结构与用途；转矩绝对值及其波动的意义第七章高分子材料典型加工成型过程的流变分析1．混炼工艺与压延工艺（辊筒上的成型加工过程）*主要讲解：运动方程与润滑近似假定；速度分布与压力分布公式；关于辊筒间压力与速度分布讨论2．挤出成型过程*主要讲解：物料在匀化计量段螺槽中的流动；机头口型中物料的流动；实行稳定挤出的一些流变学考虑3．纤维纺丝成型过程主要讲解：稳态单轴拉伸流动的数学解读；稳态单轴拉伸流动的本构模型描述；纤维纺丝成型原理简述；单轴拉伸粘度的实验测定；物料的可纺性及与分子参数的关系第八章注塑成型过程及注射模具计算机辅助设计中的流变学问题1．注塑成型过程的流变分析*主要讲解：注塑成型过程简介；简化假定和基本方程；充模压力分析；注塑制品中的残余应力及分子取向2．注射模具计算机辅助设计的一般要求及步骤主要讲解：注塑模具的主要功能及一般设计要求；注塑模具CAD设计的一般步骤3．注塑模具流变学参数的CAD设计#主要讲解：差分法计算的基本方程；方程的求解和程序编写；图解法确定填充图象（L/H 法）4．有限元法绘制填充图象主要讲解：有限元法绘制填充图象的主要步骤；编制有限元程序的基本方程；有限元程序；应用举例第九章高分子熔体流动不稳定性及壁滑现象1．挤出成型过程中的熔体破裂行为*主要讲解：两类熔体破裂现象；熔体破裂现象的机理分析；影响熔体挤出破裂行为的因素2．管壁滑移现象及Uhland模型3．壁滑，挤出畸变，熔体破裂的联系及新认识#主要讲解：关于高分子液体奇异流变性的基本认识；前人关于壁滑，挤出畸变，熔体破裂的认识；关于壁滑，挤出畸变，熔体破裂的新认识★第十章高分子基多相体系的流变行为1．高分子共混体系的相容性主要讲解：高分子-高分子共混原则；高分子-高分子共混的热力学相容性#2．高分子共混体系的形态及流变行为*主要讲解：高分子共混体系的形态；高分子共混体系的粘性行为；高分子共混体系在流动中的弹性行为3．高分子分散体系的流变行为*主要讲解：高分子填充体系的流变行为；聚合填充法制备聚烯烃基复合材料的流变行为★六、教材，参考资料教材：吴其晔，巫静安，《高分子材料流变学》，北京：高等教育出版社，2002参考资料：1.Lodge A S. Elastic Liquids. London:Academic Press, 19642.Bird R B, Armstrong R C, Hassager O. Dynamics of Polymeric Liquids. New York: John Wiley & Sons,19773.Truesdell C, Noll W. The Nonlinear Field Theories of Mechanics, in: Handbuch der Physik. Berlin:Springer-Verlag, 19654.Coleman B D, Markovitz H, Noll W. Viscometric Flow of Non-Newtonian Fluids. Berlin: Springer-Verlag,19665.de Gennes P G.Scaling Concepts in Polymer Physics. Ithasa and London: Cornell Univ Press,19796.Han C D. 聚合物加工流变学. 徐僖，吴大诚等译. 北京：科学出版社，19857.小野木重治. 高分子材料科学. 林福海译. 北京：纺织工业出版社，19838.Doi M, Edwards S F. The Theory of Polymer Dynamics. Oxford: Clarendon Press, 19869.Ferry J D. Viscoelastic Properties of Polymer 3rd ed. New York: John Wiley & Sons, 198310.Schowalter WR. Mechanics of Non-Newtonian Fluids. Oxford: Pergamon Press, 1978: 80-8211.斯潘塞AJM. 连续体力学. 李灏, 陈树坚编译. 武汉：华中工学院出版社，1982：第四章12.陈文芳. 非牛顿流体力学. 北京：科学出版社，1984：第二章13.许元泽. 高分子结构流变学. 成都：四川教育出版社，198814.Dealy JM. Rheometers for Molten Plastics. New York: Van Nostrand Reinhold Co,198415.VinogradovC V, Malkin A Ya. Rheology of Polymers. Berlin: Springer-Verlag, 198016.Menges G. Werkstoffkunde Kunststoff. Muechen: Carl Hanser Verlag, 199017.Lenk R S. Polymer Rheology. London: Applied Science Publishers Ldt, 197818.马德柱，何平笙，徐种德，周漪琴. 高聚物的结构与性能（第二版）. 北京：科学出版社，199519.吴其晔，巫静安. 高分子材料流变学导论. 北京：化学工业出版社, 199420.Nelsen L E. 聚合物流变学. 范庆荣, 宋家琪译. 北京：科学出版社，1983：第七章三、说明1、学时分配2、对大纲基本要求的说明基本要求分为三级：1．掌握——属最高要求，对这些内容（包括定义、原理、公式的内容及意义，使用条件等），学生应透彻地弄清楚，并能熟练地运用。