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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。
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。
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.
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。
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
•
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
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
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
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Байду номын сангаас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
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.
27.03.2020
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。
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
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
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。
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。
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.
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。
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
•
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
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
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
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Байду номын сангаас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
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.
27.03.2020
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。
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
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