聚合物的流变行为课件
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聚合物的流变性ppt课件
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Low MW
•
log
Rubber：200000 Plastics Fiber：20000
Wide MWD Narrow MWD
•
log
挤出 注塑 吹塑
3.4.4 分子链结构
分子间作用力 缠结点
链刚性
链段长度
支化
短支链 长支链
缠结点 缠结点
粘度
粘度 粘度
3.4.5 熔体结构
160~200C 初级粒子未熔融 乳液法PVC
2.4
2.2
2.0
1.8
1/T 103 (K1)
4 PE Chloride polyether PS
Cellulose
3
PC
20
1
2• 3
lg (s1)
3.4.3 分子量和分子量分布
M
log0
Mw Mc
0
1~1.5
K1 M w
临界缠结 分子量
Mw Mc
M c log M w
0
3.4
K2 M w
填充体系的粘度 高分子的粘度
0
1 2.5 f
胀塑性流体的形成
填料的体积分数
密堆积
层流
3.5 高分子熔体的 弹性效应
高分子熔体弹性效应的机理
高分子粘流过程中伴随着可逆的高弹形变，这是高分子 熔体区别于低分子液体的重要特征之一
高分子熔体的流动是各链段运动的总结果，在外力作用 下，高分子链顺流动方向取向，外力消失后，链要重新 蜷曲起来，因而整个形变要恢复一部分
刚 性
M＞Mc时，E恒定 说明流动 时分段移动，而不是整个分子
链的运动
NR IR PS PA PET PC PVC-U PVC-P PVAc Cellulose
聚合物流变学(绪论)课件
聚合物流变学还可以用于研究高分子材料的结构与性能关系，通过分析聚合物的微观结构和流变性质，可以揭示材料在不同条件下的性能变化规律，为材料科学的发展提供理论支持。
除了在高分子材料加工和性能研究中的应用外，聚合物流变学还广泛应用于其他领域，如生物医学、食品科学、石油化工等。
05
聚合物流变学的未来发展
1
2
3
流变学与材料科学、物理学、化学等学科的交叉融合将进一步加强，为流变学理论的发展提供更多思路和方法。
跨学科融合
实验和计算模拟的相互补充和验证将成为流变学研究的重要手段，有助于更深入地揭示流体的复杂行为。
实验与计算模拟相结合
人工智能、大数据和云计算等技术在流变学中的应用将逐渐普及，提高流变学研究的效率和精度。
智能化技术的应用
聚合物流变学研究面临实验难度大、理论模型复杂、多尺度效应等问题，需要不断探索和创新。
随着科技的发展，聚合物流变学在材料制备、加工、性能优化等方面具有广阔的应用前景，为相关领域的发展提供有力支持。
机遇
挑战
THANK YOU
聚合物流变学(绪论)课件
目录
contents
聚合物流变学简介聚合物流变学基础知识聚合物流变学研究方法聚合物流变学应用聚合物流变学的未来发展
01
聚合物流变学简介
01
02
它涉及到高分子材料的流变性质、流动行为、结构变化以及与加工工艺之间的关系等多个方面。
聚合物流变学是一门研究高分子材料在流动和变形过程中所表现出来的各种物理和化学行为的科学。
将连续的流体离散为有限个单元，如有限差分法、有限元法等。
离散化方法
根据物理定律和边界条件，建立描述流体运动的偏微分方程或积分方程。
建立模型方程
除了在高分子材料加工和性能研究中的应用外，聚合物流变学还广泛应用于其他领域，如生物医学、食品科学、石油化工等。
05
聚合物流变学的未来发展
1
2
3
流变学与材料科学、物理学、化学等学科的交叉融合将进一步加强，为流变学理论的发展提供更多思路和方法。
跨学科融合
实验和计算模拟的相互补充和验证将成为流变学研究的重要手段，有助于更深入地揭示流体的复杂行为。
实验与计算模拟相结合
人工智能、大数据和云计算等技术在流变学中的应用将逐渐普及，提高流变学研究的效率和精度。
智能化技术的应用
聚合物流变学研究面临实验难度大、理论模型复杂、多尺度效应等问题，需要不断探索和创新。
随着科技的发展，聚合物流变学在材料制备、加工、性能优化等方面具有广阔的应用前景，为相关领域的发展提供有力支持。
机遇
挑战
THANK YOU
聚合物流变学(绪论)课件
目录
contents
聚合物流变学简介聚合物流变学基础知识聚合物流变学研究方法聚合物流变学应用聚合物流变学的未来发展
01
聚合物流变学简介
01
02
它涉及到高分子材料的流变性质、流动行为、结构变化以及与加工工艺之间的关系等多个方面。
聚合物流变学是一门研究高分子材料在流动和变形过程中所表现出来的各种物理和化学行为的科学。
将连续的流体离散为有限个单元，如有限差分法、有限元法等。
离散化方法
根据物理定律和边界条件，建立描述流体运动的偏微分方程或积分方程。
建立模型方程
聚合物熔体的流变性ppt课件
呈现这种行为的物质有泥浆、牙膏和油脂等，涂 料特别需求具有这种塑性。
〔4〕非宾汉流体(了解〕
又称非塑性流体。同宾汉流体类似， 但超越 y 后，其流动不符合牛顿流 体，即流动曲线是非线性的。
2．粘度与时间有关的
〔1〕触变性流体
在恒定的剪切速率下〔或剪切 应力〕，流体的粘度随时间的添加 而降低，这种流体称为触变性流体 〔或摇溶液体〕。
方向大。
温度升高，分子热运动能量添加，液体中的空穴 也随着添加和膨胀，流动的阻力减小。液体的粘 度与温度 T 之间有如下关系。
AeE/RT
流动活化能，分子向穴跃迁时抑制 周围分子作用所需求的能量；
粘度
分子量增大， E 增大，每添加一个-CH2-， E 大约添加约 2.1 kJ/mol
实验现实
产生高分子大小的空穴是困难的；实际推算 1000个-CH2-的E=2.1MJ/mol；比-C-C-键 能(3.4kJ/mol)大。实测烃类同系物的E ， 当C原子数大于20-30时与分子量无关。不同分 子量高聚物的流动活化能与分子量无关。
〔2〕震凝性流体
在恒定的剪切速率下〔或剪切应 力〕，流体的粘度随时间的添加而添加， 这种流体称为震凝性流体〔或摇凝液 体〕，或反触变流体。
变稠与某种构造的构成有关。
三．高聚物粘性流动的特点
1．高分子的流动是经过链段的位移运动来完成的 小分子的流动，可用简单模型描画。 低分子液体中存在许多与分子尺寸相当的空穴。 外力存在使分子沿作用力方向跃迁的几率比其他
用 / 定义的粘度不是常数，引入表观粘 度的概念 a，定义：
a
a Kn1
(2) 零切粘度
低剪切速率下，非牛顿流体表现出 牛顿流体的特性，由 对 曲线的 起始斜率可得到牛顿粘度。
〔4〕非宾汉流体(了解〕
又称非塑性流体。同宾汉流体类似， 但超越 y 后，其流动不符合牛顿流 体，即流动曲线是非线性的。
2．粘度与时间有关的
〔1〕触变性流体
在恒定的剪切速率下〔或剪切 应力〕，流体的粘度随时间的添加 而降低，这种流体称为触变性流体 〔或摇溶液体〕。
方向大。
温度升高，分子热运动能量添加，液体中的空穴 也随着添加和膨胀，流动的阻力减小。液体的粘 度与温度 T 之间有如下关系。
AeE/RT
流动活化能，分子向穴跃迁时抑制 周围分子作用所需求的能量；
粘度
分子量增大， E 增大，每添加一个-CH2-， E 大约添加约 2.1 kJ/mol
实验现实
产生高分子大小的空穴是困难的；实际推算 1000个-CH2-的E=2.1MJ/mol；比-C-C-键 能(3.4kJ/mol)大。实测烃类同系物的E ， 当C原子数大于20-30时与分子量无关。不同分 子量高聚物的流动活化能与分子量无关。
〔2〕震凝性流体
在恒定的剪切速率下〔或剪切应 力〕，流体的粘度随时间的添加而添加， 这种流体称为震凝性流体〔或摇凝液 体〕，或反触变流体。
变稠与某种构造的构成有关。
三．高聚物粘性流动的特点
1．高分子的流动是经过链段的位移运动来完成的 小分子的流动，可用简单模型描画。 低分子液体中存在许多与分子尺寸相当的空穴。 外力存在使分子沿作用力方向跃迁的几率比其他
用 / 定义的粘度不是常数，引入表观粘 度的概念 a，定义：
a
a Kn1
(2) 零切粘度
低剪切速率下，非牛顿流体表现出 牛顿流体的特性，由 对 曲线的 起始斜率可得到牛顿粘度。
《聚合物的流变行为》课件
流变学的意义和应用领域
流变学研究有助于了解和改进材料的流动性、加工性能和性能稳定性。应用广泛，如塑料制 品、药物输送系统等。
聚合物的流变特性
聚合物在外力作用下表现出不同的变形行为，包括塑性变形、弹性变形和黏弹性行为。
1 塑性变形
聚合物在外力作用下可永久变形，形状会改变，不易恢复原状。
2 弹性变形
聚合物在外力作用下会有弹性还原能力，恢复原状。
《聚合物的流变行为》 PPT课件
欢迎来到《聚合物的流变行为》PPT课件。本课件将介绍聚合物的流变特性、 影响因素、测试方法以及应用领域等内容。
流变学的基本概念
流变学是研究物质在外力作用下流动和变形规律的学科。它的定义
流变学研究物质对外力的响应，包括黏弹性、塑性和弹性等变形行为。
通过流变图可以了解聚合物的流变行为，作为材料研发和品质控制的重要参考。
聚合物流变行为的应用
聚合物的流变行为在各个领域都有应用，包括工业、生物医学和材料科学等。
工业应用
在工业生产中，了解聚合物的流 变行为有助于改进材料加工和产 品性能。
生物医学应用
聚合物的流变行为研究对于药物 输送系统、生物材料等具有重要 意义。
材料科学应用
了解聚合物的流变行为可用于材 料设计和性能优化，如聚合物复 合材料等。
流变学的发展趋势
随着科学技术的不断进步，流变学将继续发展并应用于更多领域，如纳米材 料、可持续能源等。
聚合物结构和分子量
不同的聚合物结构和分子量会影响其流动性、黏弹性和弹性行为。
流变性能测试方法
了解聚合物的流变性能有助于材料的研发和应用。常用的测试方法包括拉伸试验、剪切试验等。
1
拉伸试验
通过施加拉伸力测量聚合物的延展性和力学性能。
流变学研究有助于了解和改进材料的流动性、加工性能和性能稳定性。应用广泛，如塑料制 品、药物输送系统等。
聚合物的流变特性
聚合物在外力作用下表现出不同的变形行为，包括塑性变形、弹性变形和黏弹性行为。
1 塑性变形
聚合物在外力作用下可永久变形，形状会改变，不易恢复原状。
2 弹性变形
聚合物在外力作用下会有弹性还原能力，恢复原状。
《聚合物的流变行为》 PPT课件
欢迎来到《聚合物的流变行为》PPT课件。本课件将介绍聚合物的流变特性、 影响因素、测试方法以及应用领域等内容。
流变学的基本概念
流变学是研究物质在外力作用下流动和变形规律的学科。它的定义
流变学研究物质对外力的响应，包括黏弹性、塑性和弹性等变形行为。
通过流变图可以了解聚合物的流变行为，作为材料研发和品质控制的重要参考。
聚合物流变行为的应用
聚合物的流变行为在各个领域都有应用，包括工业、生物医学和材料科学等。
工业应用
在工业生产中，了解聚合物的流 变行为有助于改进材料加工和产 品性能。
生物医学应用
聚合物的流变行为研究对于药物 输送系统、生物材料等具有重要 意义。
材料科学应用
了解聚合物的流变行为可用于材 料设计和性能优化，如聚合物复 合材料等。
流变学的发展趋势
随着科学技术的不断进步，流变学将继续发展并应用于更多领域，如纳米材 料、可持续能源等。
聚合物结构和分子量
不同的聚合物结构和分子量会影响其流动性、黏弹性和弹性行为。
流变性能测试方法
了解聚合物的流变性能有助于材料的研发和应用。常用的测试方法包括拉伸试验、剪切试验等。
1
拉伸试验
通过施加拉伸力测量聚合物的延展性和力学性能。
聚合物的流变形PPT讲稿
锥板式 平行板式 圆筒式
13
落球粘度计
原理：半径为r，密度
为 的圆球，在粘度
为无限延，伸密的度液为体中运的动 s
时，小球受阻力
应用：测低切变速率下零切粘度
14
毛细管粘度计
原理：活塞杆在十字头的带动 下以恒速下移，挤压高聚物熔 体从毛细管流出，用测力头将 挤出熔体的力转成电讯号在记
录仪上显示，从 v ~ p 的测定， 可求得 与之间的关系
聚合物的流变形课件
1
2
9.1.1 聚合物的粘性流动
----聚合物流变学基础
• 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。
热塑性聚合物的加工成型大多是利用其熔体的 流动性能。这种流动态也是高聚物溶液的主要 加工状态。
18
9.2.2 影响粘流温度的因素
• 分子结构的影响
– 分子链越柔顺，粘流温度越低； – 分子链的极性越大，粘流温度越高。
• 分子量的影响
– 分子量越大，分子运动时受到的内摩擦阻力越大； – 分子量越大，分子间的缠结越厉害，各个链段难以向
幂律区（假塑区）
第二牛顿区
11
实际聚合物熔体分三个区域 （缠结理论）
1、第一牛顿区 低切变速率，曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。该区的粘度通 常称为零切粘度，即切变速率的粘度。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，类似牛顿流体。
2、假塑性区(非牛顿区) 流动曲线的斜率n<1，该区的粘度为表观粘度ηa，随着切变速率的 增加，ηa值变小。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。通常聚合物流体加工成型时所经受的切变速率正在这一范围内。
13
落球粘度计
原理：半径为r，密度
为 的圆球，在粘度
为无限延，伸密的度液为体中运的动 s
时，小球受阻力
应用：测低切变速率下零切粘度
14
毛细管粘度计
原理：活塞杆在十字头的带动 下以恒速下移，挤压高聚物熔 体从毛细管流出，用测力头将 挤出熔体的力转成电讯号在记
录仪上显示，从 v ~ p 的测定， 可求得 与之间的关系
聚合物的流变形课件
1
2
9.1.1 聚合物的粘性流动
----聚合物流变学基础
• 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。
热塑性聚合物的加工成型大多是利用其熔体的 流动性能。这种流动态也是高聚物溶液的主要 加工状态。
18
9.2.2 影响粘流温度的因素
• 分子结构的影响
– 分子链越柔顺，粘流温度越低； – 分子链的极性越大，粘流温度越高。
• 分子量的影响
– 分子量越大，分子运动时受到的内摩擦阻力越大； – 分子量越大，分子间的缠结越厉害，各个链段难以向
幂律区（假塑区）
第二牛顿区
11
实际聚合物熔体分三个区域 （缠结理论）
1、第一牛顿区 低切变速率，曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。该区的粘度通 常称为零切粘度，即切变速率的粘度。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，类似牛顿流体。
2、假塑性区(非牛顿区) 流动曲线的斜率n<1，该区的粘度为表观粘度ηa，随着切变速率的 增加，ηa值变小。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。通常聚合物流体加工成型时所经受的切变速率正在这一范围内。
《聚合物的流变性质》PPT课件
时，聚合物的粘流活化能已不为一常数。
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35
W.L.F公式
Williams等人发现：Tg到 Tg+100℃， 非晶态聚合物粘度的对数与其处于温度T时的 自由体积分数成反比。
完整版课件ppt
36
logTloggCC 21(T (T TT gg ))
公式用途：
（1）以一定温度下测得的粘度数据来计算非晶态聚合物在其 它温度时的粘度；7-PM 8-PA9-PETD
完整版课件ppt
33
聚合物黏度对温度的依赖性还可以用 温度敏感性指标来表示。 ——给定剪切速率下相差40 ℃的两个温度的
黏度比来表示。
完整版课件ppt
34
只有当聚合物处于粘流温度以上不宽的温度范围内， Andrade公式材适用。 当温度从玻璃化温度到熔点（粘流温度）很宽的范围
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3
前言
什么是流变学
研究物质形变和流动的科学。
聚合物流变学研究的对象
应力作用下高分子材料产生弹性、塑性和粘性行为以及研究这些 行为与各种因素之间的相互关系。
聚合物流变学研究的复杂性
聚合物流变行为十分复杂；对于聚合物流变行为的解释仍然有很 多是定性的或经验的。
完整版课件ppt
4
第一节 聚合物熔体的流变行为
23
综合考虑时间与温度的因素
VcAetbT
Vc-硬化速度； T-温度； t –时间
完整版课件ppt
24
完整版课件ppt
25
完整版课件ppt
26
完整版课件ppt
27
完整版课件ppt
28
第二节 影响聚合物流变行为的 主要因素
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35
W.L.F公式
Williams等人发现：Tg到 Tg+100℃， 非晶态聚合物粘度的对数与其处于温度T时的 自由体积分数成反比。
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36
logTloggCC 21(T (T TT gg ))
公式用途：
（1）以一定温度下测得的粘度数据来计算非晶态聚合物在其 它温度时的粘度；7-PM 8-PA9-PETD
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33
聚合物黏度对温度的依赖性还可以用 温度敏感性指标来表示。 ——给定剪切速率下相差40 ℃的两个温度的
黏度比来表示。
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34
只有当聚合物处于粘流温度以上不宽的温度范围内， Andrade公式材适用。 当温度从玻璃化温度到熔点（粘流温度）很宽的范围
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3
前言
什么是流变学
研究物质形变和流动的科学。
聚合物流变学研究的对象
应力作用下高分子材料产生弹性、塑性和粘性行为以及研究这些 行为与各种因素之间的相互关系。
聚合物流变学研究的复杂性
聚合物流变行为十分复杂；对于聚合物流变行为的解释仍然有很 多是定性的或经验的。
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4
第一节 聚合物熔体的流变行为
23
综合考虑时间与温度的因素
VcAetbT
Vc-硬化速度； T-温度； t –时间
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27
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28
第二节 影响聚合物流变行为的 主要因素
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二章聚合物的流变性质资料课件
流变学在聚合物科学中具有重要地位，因为聚合物的流变性质直接影响到其加工、 成型、性能以及应用。
聚合物的流变性质的重要性
聚合物的流变性质对其加工过程有重要影响，如熔融、流动、充模和冷却等过程。
聚合物的流变性质与其最终产品的性能密切相关，如力学性能、光学性能、热性能 和电性能等。
正确地理解和控制聚合物的流变性质是实现聚合物加工过程优化和产品性能提升的 关键。
毛细管流变仪的优点在于操作简便、测量精度高， 适用于各种不同类型和状态的聚合物材料。
பைடு நூலகம்
毛细管流变仪的测试原理基于泊肃叶定律，通过 测量聚合物在恒定外力作用下的流动速率，结合 聚合物材料的物理性质，可以计算出其流变性质。
毛细管流变仪的缺点在于测试过程中需要使用大 量样品，且测试时间长，对于某些高粘度聚合物 可能存在测量困难。
应力会使分子链段产生取向排列，导致聚合物的弹性模量增加。同时，应力也会使分子间的相互作用 力增强，导致粘度增加。在应力作用下，聚合物的流动行为也会发生变化，流动速率与应力之间的关 系不再是线性关系。
聚合物的分子量和分子量分布的影响
聚合物的分子量和分子量分布对聚合 物流变性质的影响主要体现在粘度和 弹性等方面。分子量和分子量分布的 不同会导致聚合物具有不同的流变性 质。
在涂料和油墨中，聚合物的流变 性质对涂层的流平性、光泽度和
干燥性等方面具有重要影响。
聚合物流变性质决定了涂料的流 动行为、涂装性能以及涂层的表 面形态，从而影响涂层的装饰效
果和使用性能。
通过调整聚合物的流变性质，可 以优化涂料的配方和涂装工艺， 提高涂层的外观质量和耐久性。
在粘合剂和密封剂中的应用
聚合物流变性质的分类
聚合物流变性质可以分为弹性流变、粘性流变和粘弹 性流变等类型。
聚合物的流变性质的重要性
聚合物的流变性质对其加工过程有重要影响，如熔融、流动、充模和冷却等过程。
聚合物的流变性质与其最终产品的性能密切相关，如力学性能、光学性能、热性能 和电性能等。
正确地理解和控制聚合物的流变性质是实现聚合物加工过程优化和产品性能提升的 关键。
毛细管流变仪的优点在于操作简便、测量精度高， 适用于各种不同类型和状态的聚合物材料。
பைடு நூலகம்
毛细管流变仪的测试原理基于泊肃叶定律，通过 测量聚合物在恒定外力作用下的流动速率，结合 聚合物材料的物理性质，可以计算出其流变性质。
毛细管流变仪的缺点在于测试过程中需要使用大 量样品，且测试时间长，对于某些高粘度聚合物 可能存在测量困难。
应力会使分子链段产生取向排列，导致聚合物的弹性模量增加。同时，应力也会使分子间的相互作用 力增强，导致粘度增加。在应力作用下，聚合物的流动行为也会发生变化，流动速率与应力之间的关 系不再是线性关系。
聚合物的分子量和分子量分布的影响
聚合物的分子量和分子量分布对聚合 物流变性质的影响主要体现在粘度和 弹性等方面。分子量和分子量分布的 不同会导致聚合物具有不同的流变性 质。
在涂料和油墨中，聚合物的流变 性质对涂层的流平性、光泽度和
干燥性等方面具有重要影响。
聚合物流变性质决定了涂料的流 动行为、涂装性能以及涂层的表 面形态，从而影响涂层的装饰效
果和使用性能。
通过调整聚合物的流变性质，可 以优化涂料的配方和涂装工艺， 提高涂层的外观质量和耐久性。
在粘合剂和密封剂中的应用
聚合物流变性质的分类
聚合物流变性质可以分为弹性流变、粘性流变和粘弹 性流变等类型。
聚合物加工课件-流变行为.全解
3.2 聚合物熔体的流变行为
3.2.1 应力和应变的类型
材料在拉伸作用下产生的形变称为拉伸应变，也称相对伸 长率（e）。 F
A0
A
l0
Dl
l
简单拉伸示意图
F
拉伸应力 = F / A0
（A0为材料的起始截面积）
拉伸应变（相对伸长率）e = （l - l0）/l0 = △l / l0
简单剪切(shearing)
总结
前四种模式表示高聚物在一定条件下表现出的性状:线性 弹性适于温度＜玻璃化温度的聚合物和高度交联的聚合物;非 线性弹性适于温度＞玻璃化温度时部分交联的聚合物;前者指 应力与应变的关系是瞬间发生的,以后不随时间而变化;后者 则在达到平衡应变后,不再随时间变化. 线性和非线性粘性粘性适于高聚物溶液及高聚物熔体,实质 上a高聚物有多重运动单元往往在外场作用同时表现出弹性和粘 性 b应充分考虑分子运动单元的运动时间依赖性. 一般情况下,高聚物用粘弹性表示,应力较小时,用线性粘弹 性表示;而应力大时,则为非线性粘弹性.
体破裂现象的出现，所以通常都使收敛角α＜10º 。
拖曳流动：液体流动的管道或口模的一部分能以一定 的速度和规律进行运动(相对于静止部分)，则聚合物 将随管道和口模的运动部分产生拖曳流动，它是一种 剪切流动，压力降及流速分布受运动部分的影响。
聚合物液体在挤出机螺杆槽与料筒壁所构成的矩形通 道中的流动或在挤出线缆包复物环形口模中的流动就是典
二、线性粘性流动(牛顿流体)
牛顿流动定律：τ = η 牛顿流体：符合牛顿流动定律的 流体 如：水、甘油 粘度为流体发生单位速度梯 度时单位面积上所受到的剪切力。 反映了液体分子间的相互作用而 产生的流动阻力，即内摩擦力的 大小。
(完整版)第9章-聚合物的流变性-PPT
是利用其熔体的流动性能。这种流动态也
是高聚物溶液的主要加工状态。
工业中 的应用
塑料的挤出、吹塑、注射、浇注 溶液纺丝
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
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。
• 2．拉伸流动——液体流动的速度梯度方向与流动方 向相平行，具有纵向速度梯度场，流动速度沿流动方 向变化。
纵向速度梯度场
例：吹塑成型中型坯离开环形口模的流动，纺丝中熔 体离开喷丝孔的流动，熔体在截面突然缩小的管道或 模具中的收敛流动(Contraction flow)，薄膜经过双向 拉伸时的流动，吸塑成型中板材在模具内的扩张流动 等。 • 3．体积的压缩：液体在各向等值压力（流体静压力） 作用下的流动。 如：高聚物熔体在高压下成型可产生这种流动。 • 由于高聚物流变性的复杂性，在实际的成型过程中可 能包含多种 dt
dx dy
•dx/dy是剪切应变(Shearing strain)，即dγ=dx/dy，所以
dV d
•令
d
dt
dy dt
为切变速率，则牛顿流动定律可改写为：
•若 的单位为Pa，dγ/d t的单位为s-1，则η的单位为Pa·s。
•牛顿流体(Newtonian fluid)：流动行为符合牛顿流动定
弹性：分子链构象不断变化
构特点，全面理解和掌握聚合物熔体流动的特点和影响 流动的各种因素，学会通过分子结构判断流动性好坏， 并指导加工。
第二十四讲 牛顿流体和非牛顿流体及 熔体切粘度的测定方法
是高聚物溶液的主要加工状态。
工业中 的应用
塑料的挤出、吹塑、注射、浇注 溶液纺丝
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
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。
• 2．拉伸流动——液体流动的速度梯度方向与流动方 向相平行，具有纵向速度梯度场，流动速度沿流动方 向变化。
纵向速度梯度场
例：吹塑成型中型坯离开环形口模的流动，纺丝中熔 体离开喷丝孔的流动，熔体在截面突然缩小的管道或 模具中的收敛流动(Contraction flow)，薄膜经过双向 拉伸时的流动，吸塑成型中板材在模具内的扩张流动 等。 • 3．体积的压缩：液体在各向等值压力（流体静压力） 作用下的流动。 如：高聚物熔体在高压下成型可产生这种流动。 • 由于高聚物流变性的复杂性，在实际的成型过程中可 能包含多种 dt
dx dy
•dx/dy是剪切应变(Shearing strain)，即dγ=dx/dy，所以
dV d
•令
d
dt
dy dt
为切变速率，则牛顿流动定律可改写为：
•若 的单位为Pa，dγ/d t的单位为s-1，则η的单位为Pa·s。
•牛顿流体(Newtonian fluid)：流动行为符合牛顿流动定
弹性：分子链构象不断变化
构特点，全面理解和掌握聚合物熔体流动的特点和影响 流动的各种因素，学会通过分子结构判断流动性好坏， 并指导加工。
第二十四讲 牛顿流体和非牛顿流体及 熔体切粘度的测定方法
《聚合物的流变性》课件
1 什么是聚合物高分子溶液？
指聚合物与溶剂混合形成的流体体系。
2 聚合物高分子溶液的流变行为
聚合物高分子溶液在剪切作用下表现出复杂的流变性质。
八、聚合物的流变行为与化学结构的相关性
1 聚合物化学结构对流变行为的影响
聚合物的分子结构直接影响其流变行为和性 质。
2 聚合物流变行为的调控
通过调整聚合物的化学结构可以改变其流变 性质，实现特定的应用需求。
剪切测试
通过施加剪切力来测量聚合物的 流变性。
动态测试
通过施加动态加载来测量聚合物 的流变性。
六、非牛顿流体的流变学
1 什么是非牛顿流体？
非牛顿流体的黏度随剪切速率或剪切应力的变化而变化。
2 聚合物的非牛顿流变性
聚合物在不同条件下表现出非线性、时间依赖等多种复杂的流变行为。
七、聚合物高分子溶液的流变学
《聚合物的流变性》PPT 课件
通过学习《聚合物的流变性》PPT课件，了解聚合物的流变性质以及其在不同 领域中的应用，为您提供全方位的知识与见解。让我们一起探索这个引人入 胜的主题吧！
一、聚合物概述
1 什么是聚合物？
聚合物是由大量重复单元结合而成的高分子 化合物，具有多样的结构和性质。
2 聚合物的种类
聚合物种类繁多，包括塑料、橡胶、纤维等， 广泛应用于各个领域。
二、聚合物的流变性定义及原理
1 什么是聚合物的流变性？
聚合物的流变性是指其在受力下发生形变和流动的能力。
2 聚合物流变性的原理
聚合物流变性的原理涉及分子间相互作用、链段的运动和排列等因素。
三、聚合物流变学的分类
剪切流变学
研究聚合物在不同剪切速率下的变形和流动行为。
2 药物输送的控制
指聚合物与溶剂混合形成的流体体系。
2 聚合物高分子溶液的流变行为
聚合物高分子溶液在剪切作用下表现出复杂的流变性质。
八、聚合物的流变行为与化学结构的相关性
1 聚合物化学结构对流变行为的影响
聚合物的分子结构直接影响其流变行为和性 质。
2 聚合物流变行为的调控
通过调整聚合物的化学结构可以改变其流变 性质，实现特定的应用需求。
剪切测试
通过施加剪切力来测量聚合物的 流变性。
动态测试
通过施加动态加载来测量聚合物 的流变性。
六、非牛顿流体的流变学
1 什么是非牛顿流体？
非牛顿流体的黏度随剪切速率或剪切应力的变化而变化。
2 聚合物的非牛顿流变性
聚合物在不同条件下表现出非线性、时间依赖等多种复杂的流变行为。
七、聚合物高分子溶液的流变学
《聚合物的流变性》PPT 课件
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一、聚合物概述
1 什么是聚合物？
聚合物是由大量重复单元结合而成的高分子 化合物，具有多样的结构和性质。
2 聚合物的种类
聚合物种类繁多，包括塑料、橡胶、纤维等， 广泛应用于各个领域。
二、聚合物的流变性定义及原理
1 什么是聚合物的流变性？
聚合物的流变性是指其在受力下发生形变和流动的能力。
2 聚合物流变性的原理
聚合物流变性的原理涉及分子间相互作用、链段的运动和排列等因素。
三、聚合物流变学的分类
剪切流变学
研究聚合物在不同剪切速率下的变形和流动行为。
2 药物输送的控制
聚合物的流变性.ppt
η>ηa>η∞
聚合物流动曲线的解释
缠结理论解释：缠结破坏与形成的动态过程。
ⅰ第一牛顿区： 切变速率足够小，高分子处于高度 缠结的拟网结构，流动阻力大；缠结结构的破坏 速度等于形成的速度，粘度保持不变，且最高。
ⅱ假塑性区：切变速率增大，缠结结构被破坏，破 坏速度大于形成速度，粘度减小，表现出假塑性 流体行为。
9.2.2影响聚合物熔体粘度的因素
A、粘度的分子量依赖性
（1）分子结构
临界分子量发生缠结的最小分子量
When M<Mc
0
KM
1~1.6 w
When M>Mc
0
KM
3~ w
3.4
△成型加工考虑，流动性好（充模好，表面光洁）。 降低分子量，增加流动性，但影响机械强度。在加 工时适当调节分子量大小，满足加工要求尽可能提 高分子量。
定义：挤出机挤出的高聚物熔体其直径比挤出 模孔的直径大的现象。
如何减小挤出涨大？
——引起聚合物弹性形变储能剧烈变化区域 为：模孔入口处，毛细管壁和模孔出口处。
——模口设计成流线型，提高加工温度等。 胀大比B随切变速率提高而增大，B随L／D↑而 减小。
9.4.4 不稳定流动 •波浪形 •鲨鱼皮形 •竹节形 •螺旋形 •不规则破裂
9.1牛顿流体和非牛顿流体
1、牛顿流体：
剪切形变
dx dy
，
剪切应力
F
A
切变速( dx)
d
(dx) dv
dt dt dy dy dt dy
(s-1 )
牛顿流动定律：
：单位Pa·s
凡流动行为符合牛顿流动定律的流体， 称为牛顿流体。牛顿流体的粘度仅与流 体分子的结构和温度有关，与切应力和 切变速率无关。
聚合物流动曲线的解释
缠结理论解释：缠结破坏与形成的动态过程。
ⅰ第一牛顿区： 切变速率足够小，高分子处于高度 缠结的拟网结构，流动阻力大；缠结结构的破坏 速度等于形成的速度，粘度保持不变，且最高。
ⅱ假塑性区：切变速率增大，缠结结构被破坏，破 坏速度大于形成速度，粘度减小，表现出假塑性 流体行为。
9.2.2影响聚合物熔体粘度的因素
A、粘度的分子量依赖性
（1）分子结构
临界分子量发生缠结的最小分子量
When M<Mc
0
KM
1~1.6 w
When M>Mc
0
KM
3~ w
3.4
△成型加工考虑，流动性好（充模好，表面光洁）。 降低分子量，增加流动性，但影响机械强度。在加 工时适当调节分子量大小，满足加工要求尽可能提 高分子量。
定义：挤出机挤出的高聚物熔体其直径比挤出 模孔的直径大的现象。
如何减小挤出涨大？
——引起聚合物弹性形变储能剧烈变化区域 为：模孔入口处，毛细管壁和模孔出口处。
——模口设计成流线型，提高加工温度等。 胀大比B随切变速率提高而增大，B随L／D↑而 减小。
9.4.4 不稳定流动 •波浪形 •鲨鱼皮形 •竹节形 •螺旋形 •不规则破裂
9.1牛顿流体和非牛顿流体
1、牛顿流体：
剪切形变
dx dy
，
剪切应力
F
A
切变速( dx)
d
(dx) dv
dt dt dy dy dt dy
(s-1 )
牛顿流动定律：
：单位Pa·s
凡流动行为符合牛顿流动定律的流体， 称为牛顿流体。牛顿流体的粘度仅与流 体分子的结构和温度有关，与切应力和 切变速率无关。
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膨胀性流体模型
塑料工艺
聚合物流体总结
塑料工艺 流动 类型 牛顿 流体 宾汉 流体 假塑 性流 体 膨胀 性流 体 流动规律 符合的流体 PC和PVDC接近 (η为常数) 凝胶糊、良溶剂 的浓溶液 在剪切力增大到一定 值后才能流动。 备注 低分子多为此类
(τy 和η为常数)
n<1
大多数聚合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ熔 剪切增加，粘度下降。 体、溶液、糊 原因为分子“解缠”
上篇 塑料成型的理论基础
塑料工艺
内容简介： 本章研究了聚合物的流变、传热、结晶、 取向、降解、交联对原料配制、工艺确定 和成型加工的影响。 本章重点： 2.1聚合物的流变行为、2.3聚合物的结晶、 2.4成型过程中的取向作用
2.1聚合物的流变行为
塑料工艺
学习目标： 1、掌握聚合物流体流变行为的类型 和特点。 2、掌握影响流动的因素。 3、了解聚合物的弹性行为和不稳定 流动。
•
分子解缠模型
塑料工艺
塑料工艺
典型的聚合物熔体流动曲线
几种热塑性塑料的表观粘度与剪切应力关系 A 低密度聚乙烯 (170℃)；B 一乙丙共聚物 (230℃)；C 一聚 甲基丙烯酸甲酯 (230℃；D 一甲醛共聚物 (200℃)；E 一 尼龙一 66(285℃)
4、膨胀性流体：
塑料工艺
• 这种流体的流动曲线也不是直线，与假塑性流体不同的是 它的表观粘度会随剪切应力的增加而上升。属于这一类型 的流体大多数是固体含量高的悬浮液，处于较高剪切速率 下的聚氯乙烯糊塑料的流动行为就很接近这种流体。膨胀 性流体所以有这样的流动行为，多数的解释是：当悬浮液 处于静态时，体系中由固体粒子构成的空隙最小，其中流 体只能勉强充满这些空间。当施加于这一体系的剪切应力 不大时，也就是剪切速率较小时，流体就可以在移动的固 体粒子间充当润滑剂，因此，表观粘度不高。但当剪切速 率逐渐增高时，固体粒子的紧密堆砌就次第被破坏，整个 体系就显得有些膨胀。此时流体不再能充满所有的空隙， 润滑作用因而受到限制，表观粘度就随着剪切速率的增长 而增大。
3、假塑性流体：
塑料工艺 • 假塑性流体的特征 – 这种流体是非牛顿流体中最为普通的一种，它所表现的流动曲线是非直 线的。流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。多数聚合物的熔体， 也是塑料成型中处理最多的一类物料，以及所有聚合物在良溶剂中的溶 液，其流动行为都具有假塑性流体的特征。 解缠理论： – 假塑性流体的粘度随剪切应力或剪切速率的增加而下降的原因与流体分 子的结构有关。对聚合物溶液来说，当它承受应力时，原来由溶剂化作 用而被封闭在粒子或大分子盘绕空穴内的小分子就会被挤出，这样，粒 子或盘绕大分子的有效直径即随应力的增加而相应地缩小，从而使流体 粘度下降。因为粘度大小与粒子或大分子的平均大小成正比，但不一定 是线性关系。对聚合物熔体来说，造成粘度下降的原因在于其中大分子 彼此之间的缠结。当缠结的大分子承受应力时，其缠结点就会被解开， 同时还沿着流动的方向规则排列，因此就降低了粘度。缠结点被解开和 大分子规则排列的程度是随应力的增加而加大的。显然，这种大分子缠 结的学说，也可用以说明聚合物熔体粘度随剪切应力增加而降低的原因。
2.1 聚合物的流变行为(流动规律）
塑料工艺
• 流体的类型： – 大多数成型过程中都要求聚合物处于粘流状态(塑化状 态)，因为在这种状态下聚合物不仅易于流动，而且易 于变形，这给它的输送和成型都带来极大的方便。为 使塑料在成型过程中易于流动和变形，并不限定用粘 流态的聚合物(聚合物熔体)，采用聚合物的溶液或分散 体(悬浮液)等也是可以的，熔体和分散体都属于液体的 范畴。 • 液体的流动和变形受到的应力有剪切、拉伸和压缩三种应 力。三种应力中，剪切应力对塑料的成型最为重要。 • 流体在平直管内受剪切应力而引发的流动形式有层流和湍 流两种，聚合物流体由于粘度较大属于层流。
高固体含量的糊 剪切增加，粘度升高。 n>1
塑料工艺
• 聚合物不同类型的流动曲线
2.1 聚合物的流变行为（流动的影响因素）
塑料工艺 • • （一）外界因素： 1、温度 – 升高温度可使聚合物大分子的热运动和分子间的距离增大, 从而降低熔 体粘度。 式中η为流体在 T℃ 时的剪切粘度，η 0 为某一基准温度 T 0 ℃ 时的剪切粘度， e 为自然对数的底， a 为常数。从实验知，在温度范围 不大于 50 ℃ 时，对大多数流体来说都是常数，超出此范围则误差较大。 意义：可以通过调节温度来改变高分子的加工性。从表中可知：聚合物 分子链刚性越大和分子间的引力越大时，表观粘度对温度的敏感性也越 大。表观粘度对温度的敏感性一般比它对剪切应力或剪切速率要强些。 在成型操作中，对一种表观粘度随温度变化不大的聚合物来说，仅凭增 加温度来增加其流动性是不适合的，因为温度即使升幅很大，其表观粘 度却降低有限 ( 如聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛等 ) 。另一方面，大幅度地增 加温度很可能使它发生热降解，从而降低制品质量，此外成型设备等的 损耗也较大，并且会恶化工作条件。相对而言。在成型中利用升温来降 低聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚酰胺一 66 等聚合物熔体的粘度是可 行的，因为升温不多即可使其表观粘度下降较多。 温敏性塑料： – 温度升高粘度下降明显的塑料，主要品种有PC、PMMA等分子链刚性较 大的聚合物。
剪切流动模型
塑料工艺
聚合物流体根据其流动特点可以分为以下几类：
塑料工艺
• 1、牛顿流体： – 剪切应力与剪切速率呈直线关系，粘度依赖于流体的分子结构和 其它外界条件，与剪切应力和剪切速率的变化无关。事实上，真 正属于流体的只是低分子化合物的液体或溶液，聚合物熔体除聚 碳酸酯和偏二氯乙烯－氯乙烯共聚物少数几种与牛顿液体相近以 外，绝大数都只能在剪切应力很小或很大时表现为牛顿流体。 • 2、宾汉流体： – 这种流体与牛顿流体相同的是，其剪切应力和剪切速率的关系表 现为直线，不同的是它的流动只有当剪切应力高至于一定值τy后 才发生塑性流动。宾汉流体所以有这种形为，是因为流体在静止 时形成了凝胶结构，外力超过τy时这种三维结构即受以破坏。牙 膏、油漆、润滑脂、钻井用的泥浆、下水污泥、聚合物在良溶剂 中的浓溶液和凝胶性糊塑料等属于或接近于宾哈流体。