流变学基础及应用完整版本
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流变学基础及应用
h
r r
r3 P
毛细管流变学 8L Q 的基础!
P
Poiseuille-Hagen定律
2R
➢ 毛细管流变仪
HAAKE RheoCap S20
HAAKE RheoCap T1000
RH2100/2200
RH7D & RH10D
➢ 毛细管流变仪的功能
在聚合物工业中，无论旋转流变仪还是毛细管流变仪，其作用都是： 模仿聚合物加工过程中的流动和变形行为！
herbs in salad dressing
in the beginning
after 15min
流变学基础及应用
牙膏—一个典型的流变学问题
HH Welcome
使用牙膏时挤出要容易，挤出后要求挺 MZ HU括，在牙刷上不能下陷，刷牙时又要轻
松，这就是要求牙膏遇剪切时粘度迅速
S 下降，而静止时又要具备一定的屈服应
力，以保持坚挺。
提纲
I. 流变学基础
1．流变学定义及发展历史 2. 粘度计及流变仪简介 3. 稳态流变学 4. 动态流变学
under 5m
➢ HAAKE旋转流变仪
HAAKE RotoVisco1
HAAKE RheoStress1
HAAKE RheoStress600
HAAKE RheoScope
HAAKE Exten CaBer1
➢ TA旋转流变仪
AR500
AR1000
AR2000
ARES
ARES-1s
ARES-rda
➢ 流杯
Flow Cups
measurement of the flow time
determination of the kinematic viscosity
流变学基础 第一部分 流变学基础
简单实验特点：
材料是均匀的，各向同性的，而材料被施加
的应力及发生的应变也是均匀和各向同性的。
简单实验：
各向同性的压缩与膨胀，拉伸和单向压缩，
简单剪切和简单剪切流动
1 应变（Strain）
1.1 各向同性的压缩和膨胀 1.2 拉伸和单向压缩 1.3 简单剪切和简单剪切流动
1.1 各向同性的压缩和膨胀
第一部分 流变学基础
第一章 流变学的基本概念
第一节高分子液体的奇异流变现象 第二节 基本概念 1 应变 2 应力 3 粘度与牛顿定律
第一章 流变学的基本概念
第一节 高分子液体的奇异流变现象
引入：高分子液体(熔体和溶液)在外力或 外力矩作用下，表现出既非胡克弹性体， 又非牛顿粘流体的奇异流变性质。它们 既能流动，又有形变，既表现出反常的 粘性行为，又表现出有趣的弹性行为。
图8 与流变时间相关的非牛顿流体的流变图
第二节 基本概念
引入：
变形 流动 应力~应变 应力~应变速率
定义应力、应 变、应变速率
注意：
实际材料发生的变形和受力情况是复杂的，要找 出其应力~应变之间的关系十分困难。因此，在流变学 中采用一些理想化的实验——简单实验。
简单实验
（Simple experiment）
高分子液体的奇异流变现象
其力学响应十分复杂，而且这些响应还 与体系内外诸多因素相关，主要的因素 包括高分子材料的结构、形态、组分； 环境温度、压力及外部作用力的性质(剪 切力或拉伸力)、大小及作用速率等。下 面简单介绍几种著名的高分子特征流变 现象。
高粘度与“剪切变稀”行为
1、现象：例：牛顿液体（N）：水、甘 油；高分子溶液（P）：聚丙烯酰胺的水 溶液分别从深浅不同的两对管中流出的 现象。
材料是均匀的，各向同性的，而材料被施加
的应力及发生的应变也是均匀和各向同性的。
简单实验：
各向同性的压缩与膨胀，拉伸和单向压缩，
简单剪切和简单剪切流动
1 应变（Strain）
1.1 各向同性的压缩和膨胀 1.2 拉伸和单向压缩 1.3 简单剪切和简单剪切流动
1.1 各向同性的压缩和膨胀
第一部分 流变学基础
第一章 流变学的基本概念
第一节高分子液体的奇异流变现象 第二节 基本概念 1 应变 2 应力 3 粘度与牛顿定律
第一章 流变学的基本概念
第一节 高分子液体的奇异流变现象
引入：高分子液体(熔体和溶液)在外力或 外力矩作用下，表现出既非胡克弹性体， 又非牛顿粘流体的奇异流变性质。它们 既能流动，又有形变，既表现出反常的 粘性行为，又表现出有趣的弹性行为。
图8 与流变时间相关的非牛顿流体的流变图
第二节 基本概念
引入：
变形 流动 应力~应变 应力~应变速率
定义应力、应 变、应变速率
注意：
实际材料发生的变形和受力情况是复杂的，要找 出其应力~应变之间的关系十分困难。因此，在流变学 中采用一些理想化的实验——简单实验。
简单实验
（Simple experiment）
高分子液体的奇异流变现象
其力学响应十分复杂，而且这些响应还 与体系内外诸多因素相关，主要的因素 包括高分子材料的结构、形态、组分； 环境温度、压力及外部作用力的性质(剪 切力或拉伸力)、大小及作用速率等。下 面简单介绍几种著名的高分子特征流变 现象。
高粘度与“剪切变稀”行为
1、现象：例：牛顿液体（N）：水、甘 油；高分子溶液（P）：聚丙烯酰胺的水 溶液分别从深浅不同的两对管中流出的 现象。
流变学基础
相位角是弹性的量度
相位角越大，材料粘 性越大 相位角越小，材料弹 性越大
动态测量计算得到的参数
• 储能 (弹性) 模量, G’ 弹性) 模量, • 损耗 (粘性) 模量, G” 粘性) 模量, • 复数模量, G* 复数模量, • 复数粘度, η* 复数粘度, = 应力 x Cos (相位角) (相位角) 应变 = 应力 x Sin (相位角) (相位角) 应变 = 应力 应变
10s-1 10s-1 10s-1
0s-1
5s-1
10s-1
锥板的不利之处
• 溶剂产生挥发 • 顶点处 的小间 隙，在测量带粗 糙填料的体系时 受到限制
杯 和 转子 (同轴圆桶)
• 很宽的间隙 (1(11.5mm)，适合填充 1.5mm)， 材料 • 更大的表面积，测 量稀薄液体时更灵 敏 • 减少了挥发
剪切速率 = d 应变 d 时间
• 因为应变（strain）没有单位，所以剪切速率的 因为应变（strain） 单位是1/秒 单位是1/秒 (S-1)
生产和应用中典型的剪切速率
工艺 最小剪切速率 (1/s) (1/s) 最大剪切速率 (1/s)
• • • • • • • • • • •
反向印刷 喷溅 刮涂 混合/ 混合/搅拌 刷涂 泵输送 挤出 幕式淋涂 流平 挂流 沉降
• • • •
测试条件：LDPE 190° 测试条件：LDPE （190°C， 25mm 平行板 松弛谱 （根据Alfrey法则计算得到） （根据Alfrey法则计算得到） 主要松弛时间： ~75ms ~75ms 零剪切粘度： ~97kPas ~97kPas
参考文献
A basic introduction to rheology; Bohlin Instruments. Viscoelastic properties of polymers; J D Ferry. John Wiley & Sons. ISBN: 0-471-04894-1 An introduction to rheology; H A Barnes, J F Hutton, K Walters. Elsevier. ISBN: 0-444-87469-0
流变学基础及应用ppt课件
Process
sedimentation
surface levelling sagging dip coating pipe flow, pumping, filling into containers coating, painting, brushing
Shear Rate (1/s) < 0,001 to 0,01 0,01 to 0,1 0,01 to 1 1 to 100 1 to 10 000
Simple Test Methods
简单测试
铲刀试验（trowel test） - 高粘流体：“稠” - 低粘流体：“稀”
定性！
手指试验（finger test） - 粘稠：“长” - 稀薄：“短”
10
粘度计 Bostwick稠度计（Consistometer）
测定流体（如番茄酱等）在一定时间内流过的长度
100 to 10 000 33
Application: Sedimentation of Dispersions
herbs in salad dressing
in the beginning
after 15min
34
Application: Levelling and Sagging of a Coating
schematic presentation of a BOSTWICK-constistometer 1 sample container, max. 100 ml 2 gate, to be opened by a spring 3 scaled flow path
11
落球粘度计 Falling-Ball Viscometers
ARES-rfs 23
sedimentation
surface levelling sagging dip coating pipe flow, pumping, filling into containers coating, painting, brushing
Shear Rate (1/s) < 0,001 to 0,01 0,01 to 0,1 0,01 to 1 1 to 100 1 to 10 000
Simple Test Methods
简单测试
铲刀试验（trowel test） - 高粘流体：“稠” - 低粘流体：“稀”
定性！
手指试验（finger test） - 粘稠：“长” - 稀薄：“短”
10
粘度计 Bostwick稠度计（Consistometer）
测定流体（如番茄酱等）在一定时间内流过的长度
100 to 10 000 33
Application: Sedimentation of Dispersions
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34
Application: Levelling and Sagging of a Coating
schematic presentation of a BOSTWICK-constistometer 1 sample container, max. 100 ml 2 gate, to be opened by a spring 3 scaled flow path
11
落球粘度计 Falling-Ball Viscometers
ARES-rfs 23
06第六章 流变学基础
种性质称为触变性。
18
触变性流体
• 触变流动的流动曲线特点：剪切应力的
下降曲线与上升曲线相比向左迁移，在图上表 现为环状滞后曲线。
• 产生触变的机制：随着剪切应力的增加，
粒子之间形成的结构受到了破坏，粘性减小； 撤掉剪切应力时，被拆散的粒子靠布朗运动移 动到一定的几何位置，才能恢复原来的结构， 即粒子之间结合构造的恢复需要一段时间，从 而呈现出对时间的依赖，表现出触变性。
F B
dv dx
A
6
三、黏弹性
黏弹性(viscoelasticity):是指物质具有黏性与弹 性的双重特性，具有这种性质的物体称为黏弹 体，如软膏剂或凝胶剂等半固体制剂。
7
第二节 流体的基本性质
一、牛顿流体
1.牛顿公式：理想液体服从牛顿黏性定律——流 体内部的剪切应力与垂直于流体运动方向的速度
梯度D成正比，即S=F/A=D
A为面积；F为A面积上施加的力；为黏度或黏度系数[Pa·s, 1Pa·s=10P(泊)]， 20℃水的粘度约为1厘泊。
8
二、非牛顿流体 塑性流体 假塑性流体 胀性流体 触变性
9
塑性流体 • 塑性流动(plastic flow) ：当外加剪切
应力较小时，物体不流动，只发生弹 性变形，当剪切应力超过某一限度时， 物体发生永久变形，表现为可塑性。
• 屈服切应力与制剂流动性有关，选择有适 当屈服切应力的基质，保证其具有合适的 流动性（既不容易从容器中流出，也要易 于在皮肤上铺展）
33
二、流变性质对不同制剂制备方法的影响 栓剂制备中的应用
• 栓剂在直肠温度下的流变学性质会影响栓 剂中药物的释放和生物吸收。
34
三、流变性质对生产工艺的影响
14-药剂学-流变学基础
第二节 流变性质
一、牛顿流动 纯流体和多数低分子溶液在层流条件下的剪切应 力S与剪切速度D成正比，遵循该法则的液体为 牛顿流体（Newtonian fluid)。 1/ η S=F/A=ηD D=S/η 粘度与剪切速度无关， 只要温度一定，粘度就一定
D
S
粘度的单位
η= S/D Pa.s ，mPa.s 达因.厘米－2.秒（泊,p） 1泊＝0.1 Pa.s 药学中常用厘泊（cp) 1cp=10-2泊＝10-3pa.s
一、牛顿流体的粘度与测定 1、毛细管粘度计
η1 = η2 ρ2 t2 ρ1t1
奥氏粘度计 平氏粘度计 乌氏粘度计
待测液体 t
毛细管
奥氏粘度计
平氏粘度计
t
落球粘度计
η＝t(ρb-ρl).B
非牛顿流体流动性质测定
对于非牛顿流体，一般不采取测定某一切变速度 下的粘度，因为非牛顿流体的粘度不是常数，而 随切变速度变化而变化。（见图） 非牛顿流体的流动性质应采用可改变切变速度的 粘度计进行测定。 如旋转式粘度计，借助于流体中旋转物体的粘性 阻力来测定粘度。 优点：切变速度可调范围广，可自动调节至程序 切变速度。
如分散相体积比相对较低时（0.05以下）时，其 系统表现为牛顿流动；随着相体积比增加，系统 的流动性下降，表现为假塑性流动；而体积比较 高时，转变为塑性流动。体积比接近0.74时产生 相转移，粘度显著增加。 减小粒子的平均粒径能增加乳剂的粘度。 在粒子平均粒径相同的情况下，粒度分布宽的系 统，粘度较小，粒度分布窄的系统粘度较高。 乳化剂浓度越高，制剂的粘度越大 剪切速度增大时，粘度减少。原因是液滴间距离 增大所致。
S0 S
假塑性流动
随着S值的增大而粘度下降的流动称为假塑性流 动。 D=Sn/ ηa ηa 表观粘度，随剪切速度的改变而改变 n越大，非牛顿性越大， n=1为牛顿流体 甲基纤维素、西黄耆胶等 链状高分子的1％水溶液 表现为假塑性流动
流变学基础ppt正式完整版
➢ 由外部应力而产生的固体的变形，如除去其应力，则固 体恢复原状，这种性质称为弹性。
➢ 把这种可逆性变形称为弹性变形，而非可逆性变形称为 塑性变形。
➢ 流动主要表示液体和气体的性质。流动的难易与物质本
身具有的性质有关，把这种现象称为粘性。流动也视为一 种非可逆性变形过程。
➢ 实际上，某一种物质对外力表现为弹性和粘性双重特性 （粘弹性）。这种性质称为流变学性质，对这种现象进行 定量解析的学问称为流变学。
η——塑性粘度；σ0——屈伏值、致流值或降伏值，单位为dyne·㎝-2。
流动主要表示液体和气体的性质。 液体的这种性质称为塑性流动。 流动的难易与物质本身具有的性质有关，把这种现象称为粘性。 流变学——为了表示液体的流动和固体的变形现象而提出来的概念。 流动的难易与物质本身具有的性质有关，把这种现象称为粘性。 假塑性流动的特点：没屈伏值； 流动的难易与物质本身具有的性质有关，把这种现象称为粘性。 在单位液层面积（A）上施加的使各液层间产生相对运动的外力称为剪切应力，简称剪切力，单位为N/m2，以S表示。 剪切速度，单位为S-1，以D表示。 粘度系数除以密度ρ得的值ν（ν =η/ρ）为动力粘度（SI单位为㎡/S）。 此时在单位面积上存在的内力称为应力（Stress）（如橡胶）。 也就是说，与同一个σ值进行比较，曲线下降时粘度低，上升时被破坏的结构并不因为应力的减少而立即恢复原状，而是存在一种时间 差。 （汽车的排队和运动模式）。
二．非牛顿流动
实际上大多数液体不符合牛顿粘度定律，如高分子溶液 、胶体溶液、乳剂以及固-液的不均匀体系的流动。把这 种不遵循牛顿粘度定律的物质称为非牛顿流体，这种物质 的流动现象称为非牛顿流动。
非牛顿流体的剪切速度和剪切应力的变化规律，经作图 后可得三种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、触变流 动。
流变学基础(2015-4-23 21.18.15 1483)
流变学基础
第一节
（一）流变学研究内容
概
述
一、流变学的基本概念
流变学(rheology)是研究物体变形和流动的一门科学 物体的二重性：物体在外力作用下可观察到变形和 流动现象。 流变性：物体在外力作用下表现出来的 变形性和流动性。 流动是液体和气体的主要性质之一，流动的难易程 度与流体本身的粘性有关，因此流动可视为一种非 可逆性变形过程。
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二、流变学在药剂学中的应用
流变学理论对乳剂、混悬剂、半固
体制剂等剂型设计、处方组成以及
制备、质量控制等研究具有重要意 义。
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流变学在药学中应用
液体
a. 混合
半固体
皮肤表面上制剂的 铺展性和粘附性 从瓶或管状容器中 制剂的挤出 与液体能够混合的 固体量 从基质中药物的释放
切稠！越切越粘！
D Sn
(n<1)
a
胀性流动和触变 流动的示意图
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(三)胀性流动
在制剂中表现为胀性流动的剂型为含有大量固
体微粒的高浓度混悬剂如50%淀粉混悬剂、糊
剂等。
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疏松结构 胀性流体的结构变化示意图
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（四）触变流动
流变性
物体在外力作用下表现出来的变形性和流动性。
牛顿流体的特点是什么？
①一般为低分子的纯液体或稀溶液；
②在一定温度下，牛顿流体的粘度为常数，它只是温度的函
数，随温度升高而减小。
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非牛顿流体曲线有哪几种类型？
塑性流动、假塑性流动、胀性流动、假粘性流动
第一节
（一）流变学研究内容
概
述
一、流变学的基本概念
流变学(rheology)是研究物体变形和流动的一门科学 物体的二重性：物体在外力作用下可观察到变形和 流动现象。 流变性：物体在外力作用下表现出来的 变形性和流动性。 流动是液体和气体的主要性质之一，流动的难易程 度与流体本身的粘性有关，因此流动可视为一种非 可逆性变形过程。
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二、流变学在药剂学中的应用
流变学理论对乳剂、混悬剂、半固
体制剂等剂型设计、处方组成以及
制备、质量控制等研究具有重要意 义。
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流变学在药学中应用
液体
a. 混合
半固体
皮肤表面上制剂的 铺展性和粘附性 从瓶或管状容器中 制剂的挤出 与液体能够混合的 固体量 从基质中药物的释放
切稠！越切越粘！
D Sn
(n<1)
a
胀性流动和触变 流动的示意图
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(三)胀性流动
在制剂中表现为胀性流动的剂型为含有大量固
体微粒的高浓度混悬剂如50%淀粉混悬剂、糊
剂等。
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疏松结构 胀性流体的结构变化示意图
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（四）触变流动
流变性
物体在外力作用下表现出来的变形性和流动性。
牛顿流体的特点是什么？
①一般为低分子的纯液体或稀溶液；
②在一定温度下，牛顿流体的粘度为常数，它只是温度的函
数，随温度升高而减小。
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非牛顿流体曲线有哪几种类型？
塑性流动、假塑性流动、胀性流动、假粘性流动
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1.在足够小的切变速率下,大分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; 3.当达到强剪切速率时,大分子的缠结结构完全被破坏,并完全取向,此时的 流动粘度最小,体系粘度达到最小值.表现出牛顿流体的行为.
27.03.2020
影响流动性a的因素
外在条件（T,P,σ,γ）
高分子结构(M,分布，支化)
流变学基础
二．拉伸粘度（t）: 三．定义与剪切过程中的粘度相似。只是其速度梯度在形变的方向与 剪切粘度不同。速度梯度方向平行于流动方向,例如:吹塑成型中离开 模口后的流动,纺丝中离开喷丝口后的牵伸.
log
A：t 随 ↑ 而↑,
流变学基础
影响流动性a的主要因素
温度：温度升高，粘度下降
Aexp(E /RT)
E 流动活化能
流动活化能是描述材料粘-温依赖性的物理量。流动过程中，流动单元用于
克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需要的最小能量
（J/mol,kcal/mol）,反映材料粘度变化的温度敏感性。活化能与分子结构关
系大，与分子量关系不大。Lgη0(T)=lgK+E η/2.303RT，一E η(般σ )为表观活化能
高分子的流动：不是简单的整条分子链的跃迁，是通过链段的相
继跃迁来实现，即通过链段的逐步位移完成整条大分子链的位移形象 地说，这种流动类似于蚯蚓的蠕动（非牛顿流动） 大多数液体如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固－ 液的不均匀体系的流动均不遵循牛顿定律，称之为非牛顿流体，此各 物质的流动现象称为非牛顿流动。根据流动曲线的类型把非牛顿流动 分为假塑性流动和胀性流动等。
高弹形变的回复过程也是一个松弛过程
链的柔顺性: 好,则回复快 温度: 越高,则回复越快
27.03.2020
流变学基础
分子量超过MC后,链间可能因为缠结或者范德华力作用形成链间物理交 联点,并在分子热运动的作用下,处在不断解体与重建的动态平衡中结果 使整个熔体具有瞬变的交联空间网状结构.称为拟网状结构.
27.03.2020
流变学基础
flow curves
viscosity curves yield point
1 idealviscous (Newtonian)（牛顿流体） 2 shear-thinning (pseudoplastic)（非牛顿流体：剪切稀释型） 3 shear-thickening (dilatant)（非牛顿流体：膨胀型） 4 without yield point（非牛顿流体：假塑性，不具有屈服值） 5 with yield point（非牛顿流体：塑性，具有屈服值）
27.03.2020
流变学基础
聚合物粘性流动时的形变
高弹形变: 由链段运动产生的 不可逆形变: 整条大分子链质心移动产生的。除去
外力不能回复。 聚合物的流动伴有高弹形变
高分子的流动不是简单的整个分子的迁移,而是各个链段分段运动的总 结果,在外力作用下,高分子链不可避免的要顺外力的方向有所伸展,即高聚 物进行粘性流动的同时伴随着一定量的高弹形变,外力消失后高分子链又要 蜷曲,形变要恢复一部分.
27.03.2020
流变学基础
低分子物质：分子通过分子间的孔穴相继向某一 方向移动（外力
作用方向），形成液体宏观流动现象（牛顿流动） 纯液体和多数低分子溶液在层流条件下剪切应力Ｓ与剪切速度Ｄ成正
比，称这牛顿粘度定律，遵循该法则的液体为牛顿流体（Newtonian fluid）。粘度与剪切速度无关。
27.03.2020
流变学基础
基本流动曲线分布
小运 软运
分动 链动
子
段
G’
分缠 自运 硬运
子结 由动 链动
链
段
段
Log G’, tand
tand
低
温度
高
高
频率
低
27.03.2020
流变学基础
粘度:（不是一个数据点，而是一条和剪切速率有关的曲线）
粘度是流体内部反抗这种流动的内摩擦阻力,与分子 间的缠绕程度和分子间的相互作用有关.单位: Pa·s
流变学基础及应用讨论
扬子石化研究院 塑料中心 柯卓
27.03.2020
流粘固性固体
形V变学（体（流动行弹性流体变形o行ig为t）定流律变学的研究内容
R为（
he）Ne流动行为Ho
粘性 （viscous）
ow）
Mk
oonaxe定 g定w律
y律e
）
：研定律 流动/粘度曲线
究
物
稳态流变学
27.03.2020
质
粘弹性 （viscoelastic）
弹性 （elastic）
蠕变实验，弛豫实验，振荡实验 动态流变学
流变学的研究内容
高分子材料结构流变学（微观流变学或分子流变学）
高分子材料流变性质与其微观结构-分子链结构，聚集态结构-之间的 联系，建立本构方程，沟通宏观材料流动性质与微观结构参数之间的 联系。
•
Pa 1/s
[Pas]
一．剪切粘度（a）又称表观粘度 举例：熔体或者高分子浓溶液在挤出机,注射机管道中或者喷丝板孔
道中. 定义：在流动曲线上取一点,其切应力与切变速度为ŕ之比值，表观粘 度并不完全反映高分子不可逆形变的难易程度.表征流动性的好坏,越
大,流动性越差,越小越好.
测试方法
毛细管粘度计:10-1<a<107Pa·S 旋转粘度计: 10-3<a<1011Pa·S 落球粘度计: 10-5 <a<104Pa·S
高分子材料加工流变学（宏观流变学或唯象流变学）
主要研究与高分子材料加工工程有关的理论与技术问题。如研究加工 条件变化与材料流动性质（粘度及弹性等）及产品力学性能之间的关 系。材料流动与分子结构及组分结构之间的关系，异常流变现象发生 的规律，原因及克服方法，典型加工成型操作单元过程的流变学分析， 多相体系的流变性质规律，以及同模具与机械设计相关的问题。
A
支化聚合物。如支化PE
t
B
B：t 与 无关:
聚合度低的线性高物:POM、PA-66
a
C
C：t 随 ↑而↓,
logŕ 高聚合度PP
拉伸流动中会发生链缠结, 拉伸粘度降低, 同时链伸展并沿流动方向取向,分子 间相互作用增加,流动阻力增加,伸展粘度变大.拉伸粘度取决于这两个因素哪一 个占优势.
27
27.03.2020
影响流动性a的因素
外在条件（T,P,σ,γ）
高分子结构(M,分布，支化)
流变学基础
二．拉伸粘度（t）: 三．定义与剪切过程中的粘度相似。只是其速度梯度在形变的方向与 剪切粘度不同。速度梯度方向平行于流动方向,例如:吹塑成型中离开 模口后的流动,纺丝中离开喷丝口后的牵伸.
log
A：t 随 ↑ 而↑,
流变学基础
影响流动性a的主要因素
温度：温度升高，粘度下降
Aexp(E /RT)
E 流动活化能
流动活化能是描述材料粘-温依赖性的物理量。流动过程中，流动单元用于
克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需要的最小能量
（J/mol,kcal/mol）,反映材料粘度变化的温度敏感性。活化能与分子结构关
系大，与分子量关系不大。Lgη0(T)=lgK+E η/2.303RT，一E η(般σ )为表观活化能
高分子的流动：不是简单的整条分子链的跃迁，是通过链段的相
继跃迁来实现，即通过链段的逐步位移完成整条大分子链的位移形象 地说，这种流动类似于蚯蚓的蠕动（非牛顿流动） 大多数液体如高分子溶液、胶体溶液、乳剂、混悬剂、软膏以及固－ 液的不均匀体系的流动均不遵循牛顿定律，称之为非牛顿流体，此各 物质的流动现象称为非牛顿流动。根据流动曲线的类型把非牛顿流动 分为假塑性流动和胀性流动等。
高弹形变的回复过程也是一个松弛过程
链的柔顺性: 好,则回复快 温度: 越高,则回复越快
27.03.2020
流变学基础
分子量超过MC后,链间可能因为缠结或者范德华力作用形成链间物理交 联点,并在分子热运动的作用下,处在不断解体与重建的动态平衡中结果 使整个熔体具有瞬变的交联空间网状结构.称为拟网状结构.
27.03.2020
流变学基础
flow curves
viscosity curves yield point
1 idealviscous (Newtonian)（牛顿流体） 2 shear-thinning (pseudoplastic)（非牛顿流体：剪切稀释型） 3 shear-thickening (dilatant)（非牛顿流体：膨胀型） 4 without yield point（非牛顿流体：假塑性，不具有屈服值） 5 with yield point（非牛顿流体：塑性，具有屈服值）
27.03.2020
流变学基础
聚合物粘性流动时的形变
高弹形变: 由链段运动产生的 不可逆形变: 整条大分子链质心移动产生的。除去
外力不能回复。 聚合物的流动伴有高弹形变
高分子的流动不是简单的整个分子的迁移,而是各个链段分段运动的总 结果,在外力作用下,高分子链不可避免的要顺外力的方向有所伸展,即高聚 物进行粘性流动的同时伴随着一定量的高弹形变,外力消失后高分子链又要 蜷曲,形变要恢复一部分.
27.03.2020
流变学基础
低分子物质：分子通过分子间的孔穴相继向某一 方向移动（外力
作用方向），形成液体宏观流动现象（牛顿流动） 纯液体和多数低分子溶液在层流条件下剪切应力Ｓ与剪切速度Ｄ成正
比，称这牛顿粘度定律，遵循该法则的液体为牛顿流体（Newtonian fluid）。粘度与剪切速度无关。
27.03.2020
流变学基础
基本流动曲线分布
小运 软运
分动 链动
子
段
G’
分缠 自运 硬运
子结 由动 链动
链
段
段
Log G’, tand
tand
低
温度
高
高
频率
低
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流变学基础
粘度:（不是一个数据点，而是一条和剪切速率有关的曲线）
粘度是流体内部反抗这种流动的内摩擦阻力,与分子 间的缠绕程度和分子间的相互作用有关.单位: Pa·s
流变学基础及应用讨论
扬子石化研究院 塑料中心 柯卓
27.03.2020
流粘固性固体
形V变学（体（流动行弹性流体变形o行ig为t）定流律变学的研究内容
R为（
he）Ne流动行为Ho
粘性 （viscous）
ow）
Mk
oonaxe定 g定w律
y律e
）
：研定律 流动/粘度曲线
究
物
稳态流变学
27.03.2020
质
粘弹性 （viscoelastic）
弹性 （elastic）
蠕变实验，弛豫实验，振荡实验 动态流变学
流变学的研究内容
高分子材料结构流变学（微观流变学或分子流变学）
高分子材料流变性质与其微观结构-分子链结构，聚集态结构-之间的 联系，建立本构方程，沟通宏观材料流动性质与微观结构参数之间的 联系。
•
Pa 1/s
[Pas]
一．剪切粘度（a）又称表观粘度 举例：熔体或者高分子浓溶液在挤出机,注射机管道中或者喷丝板孔
道中. 定义：在流动曲线上取一点,其切应力与切变速度为ŕ之比值，表观粘 度并不完全反映高分子不可逆形变的难易程度.表征流动性的好坏,越
大,流动性越差,越小越好.
测试方法
毛细管粘度计:10-1<a<107Pa·S 旋转粘度计: 10-3<a<1011Pa·S 落球粘度计: 10-5 <a<104Pa·S
高分子材料加工流变学（宏观流变学或唯象流变学）
主要研究与高分子材料加工工程有关的理论与技术问题。如研究加工 条件变化与材料流动性质（粘度及弹性等）及产品力学性能之间的关 系。材料流动与分子结构及组分结构之间的关系，异常流变现象发生 的规律，原因及克服方法，典型加工成型操作单元过程的流变学分析， 多相体系的流变性质规律，以及同模具与机械设计相关的问题。
A
支化聚合物。如支化PE
t
B
B：t 与 无关:
聚合度低的线性高物:POM、PA-66
a
C
C：t 随 ↑而↓,
logŕ 高聚合度PP
拉伸流动中会发生链缠结, 拉伸粘度降低, 同时链伸展并沿流动方向取向,分子 间相互作用增加,流动阻力增加,伸展粘度变大.拉伸粘度取决于这两个因素哪一 个占优势.
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