聚合物流变学ppt
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聚合物的流变性ppt课件
High MW
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。
聚合物流变学基础PPT课件
小结：
影响流变性能的因素 高分子材料弹性的表现 流变性能对高分子材料成型加工的指导
45
个人观点供参考，欢迎讨论
30
产生入口效应的原因：
(a)速度重排:熔体在大小管内速度是不等的， 为了调整速度要消耗一定的压力降。
(b)弹性效应：熔体由大管流向小管，必须变形以适 应新的流道。聚合物具有弹性，对变形具有抵抗 能力，因此造成能量消耗，即消耗适当的应力降。 以上两种原因使压力降与计算式中的压力降不符， 一般以加大长度的办法来调整压力降造成的能量 损失（根据流量计算式） L改为L+3D符合实际。
2
影响粘度最重要的两个因素：温度与剪切
温度 剪切
0eE/RT 影响本质是运动能力
a Kn1 影响本质是熵回复
故 柔性分子链对剪切敏感 刚性分子链对温度敏感
3
剪切速率
A-LDPE B-乙丙高聚物 C-PMMA D-甲醛高聚物 E-尼龙66
4
பைடு நூலகம்
温度
5
压力
聚合物由于具有长链结构和分子内旋转，产生空 洞较多，即所谓的“自由体积”。所以在加工温度下 的压缩性比普通流体大得多。
A
C B
D
E
21
不同温度对XLPE交联反应的影响
22
粘度测量过程图
23
德国哈克转矩流变仪
24
不同配方共混料的粘度曲线
25
3 弹性表现
在生产过程中,经常见到：制品表面无光泽、麻面 或波纹，严重时出现裂纹，制品质量不合格，其 原因是聚合物流动过程中产生的，我们称它为流 动缺陷，这是工艺条件、制品设计、设备和原料 选择不当等造成的。
31
出口效应（Brass效应）
《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。
完整版课件ppt
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
完整版课件ppt
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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24
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25
完整版课件ppt
26
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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
完整版课件ppt
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。
完整课件-聚合物加工流变学
湍流。高聚物熔体在成型条件下的雷诺准 数<<1，一般呈现层流状态。
2 聚合物熔体的基本流变性能
（2）稳定流动和不稳定流动 凡在输送通道中流动时，流体在任何部位的流
动状态保持恒定，不随时间而变化，一切影响流 体流动的因素都不随时间而改变，此种流动称为 稳定流动。
凡流体在输送通道中流动时，流动状态都随时 间而变化。影响流动的各种因素，有随时间而变 动的情况，此种流动称为不稳定流动。
• 16世纪至18世纪，流变学的发展较快。 • 19世纪，建立的泊肃叶方程，在流变学的
发展史上是一个很重要的标志。
1.2 流变学的发展历史
1.2 流变学的发展历史
• 1678年 胡克弹性定律 1687年 牛顿粘性定律 1928年 流变学概念的提出 1929年 流变学协会的成立 流变学杂志 1948年 第一届国际流变学会议 1950年以后 流变学领域研究迅速发展
课程内容
第1章：绪论 第2章 ：聚合物熔体的基本流变性能
第3章：聚合物流动方程 第4章：流变学基础方程的初步应用 第5章：挤出机头设计
绪论
• 1.1 流变学的定义 • 1.2 流变学的发展历史 • 1.3 高聚物流变学的研究内容 • 1.4 高聚物流变学的研究意义 • 1.5 高聚物流变学在塑料加工中的应用
2 聚合物熔体的基本流变性能
（5）拉伸流动和剪切流动 • 按照流体内质点速度分布与流动方向关系，
可将高聚物加工时的熔体流动分为拉伸流 动和剪切流动两类。 • 剪切流动：质点速度仅沿着与流动方向垂 直的方向发生变化。如图2-1(a)。 • 拉伸流动：指点速度仅沿流动方向发生变 化，如图2-1(b)。
2 聚合物熔体的基本流变性能
（3）等温流动和非等温流动 • 等温流动是指流体各处温度保持不变情况下的
2 聚合物熔体的基本流变性能
（2）稳定流动和不稳定流动 凡在输送通道中流动时，流体在任何部位的流
动状态保持恒定，不随时间而变化，一切影响流 体流动的因素都不随时间而改变，此种流动称为 稳定流动。
凡流体在输送通道中流动时，流动状态都随时 间而变化。影响流动的各种因素，有随时间而变 动的情况，此种流动称为不稳定流动。
• 16世纪至18世纪，流变学的发展较快。 • 19世纪，建立的泊肃叶方程，在流变学的
发展史上是一个很重要的标志。
1.2 流变学的发展历史
1.2 流变学的发展历史
• 1678年 胡克弹性定律 1687年 牛顿粘性定律 1928年 流变学概念的提出 1929年 流变学协会的成立 流变学杂志 1948年 第一届国际流变学会议 1950年以后 流变学领域研究迅速发展
课程内容
第1章：绪论 第2章 ：聚合物熔体的基本流变性能
第3章：聚合物流动方程 第4章：流变学基础方程的初步应用 第5章：挤出机头设计
绪论
• 1.1 流变学的定义 • 1.2 流变学的发展历史 • 1.3 高聚物流变学的研究内容 • 1.4 高聚物流变学的研究意义 • 1.5 高聚物流变学在塑料加工中的应用
2 聚合物熔体的基本流变性能
（5）拉伸流动和剪切流动 • 按照流体内质点速度分布与流动方向关系，
可将高聚物加工时的熔体流动分为拉伸流 动和剪切流动两类。 • 剪切流动：质点速度仅沿着与流动方向垂 直的方向发生变化。如图2-1(a)。 • 拉伸流动：指点速度仅沿流动方向发生变 化，如图2-1(b)。
2 聚合物熔体的基本流变性能
（3）等温流动和非等温流动 • 等温流动是指流体各处温度保持不变情况下的
聚合物流变学绪论(PPT43张)
九、无管虹吸
3. 聚合物加工过程的流动机理及粘流特征
一、流动机理
聚合物粘度比小分子大很多：高分子链很长，熔 体内部形成一种拟网状结构。是通过分子间作用
力或几何位相物理结点形成的。在一定的温度或
外力作用下可发生解缠结，导致分子链相对位移
而流动。这种拟网状结构及大分子的无规热运动
使整个分子的位移比较困难，所以流动粘度比小 分子大很多。
1929年出版了流变学杂志。 1945年成立了国际流变学联合会。
1945年在荷兰召开了首届国际流变学会，
每4年举办一次。 我国从50年代开始研究，1985年在长沙召 开了第一届全国流变学会议，成立了流学 学专门委员会，流变学会议每隔2--3年举 行一次，每次会议上，高分子流变学方面 的研究特别活跃。
2 原因：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内压 力值小于平置时测得的值。在实施流变测量时， 应当注意这一效应。同样地，当高分子液体流经 一个弯形流道时，液体对流道内侧壁和外侧壁的 压力，也会因法向应力差效应而产生差异。通常 内侧壁所受的压力较大。
2.聚合物的流变现象分析
一、高粘度与剪切变稀行为
小分子水的粘度：10-3Pa.s，只随温度变
化
高分子粘度大，如表1-1，随温度和剪切 速率增大而降低
二、Weussebberg效应
三、Barus效应
四、不稳定流动与熔体破裂
五、次级流动
六、触变性和震凝性
有时间依赖性的流体，特点：粘度依赖于剪切应 力所施加的时间长短。这类非牛顿型液体有两种：
平时（40%）+期末（60%）开卷考试
(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.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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hi 大家要好 好听课哦
研究背景 传统防刺材料 柔性防护材料
剪切增稠液体(STF) STF的流变性
2014年3月1日昆明暴恐案
妈妈 ，会阳欧 巴说的好严重 是真的吗？
质量重，穿着不舒适；
就是这样 人才 们。。要好好学 习 改变现状
灵活性差，保护不全面；
这么多字！！ 本尊都瞌睡了
对于剪切增稠液体而言，剪切应力∑(Pa)与 剪切速率γ (1/s)之间对应的关系适用于以 下的方程式： n
∑=K·γ
这么多知识 啥时候是个 头 让我吃 个薯片压压 惊
其中，K表示的是稠度指数 (Pa·sn),n则 提供的是与剪切速率相关的流动形态的 指数，粘度η (Pa·s)与剪切应力∑之间 有以下的关系： n-1
η = K·（γ ）
n的值可能存在三种情况： 对于剪切变稀液体，n < 1 对于牛顿流体， n = 1 对于剪切增稠液体 n > 1
Kevlar纤维穿刺示意图(a)原织物(b)STF-纤维
我要瞪大眼 睛 仔细看
STF的剪切增稠现象(a)慢速(b)快速
我可看着 你们呢 好 好听课
Kevalar织物完好处扫描图片 (a) 原样×40 (b)原样×500 (c) 纯×3000 (d) STF×40 (e) STF×500 (f) STF×3000
稠液体？
ODT机理（有序到无序）
“粒子簇”理论
剪切增稠机理示意图
在剪切作用或外力较小时,粒子间由于 范德华力或氢键等作用力使得被破坏的 空间结构迅速得到恢复,因此体系的粘 度不发生太大的变化(平衡状态);随着 外力的增大,当外力的作用强于粒子之 间的作用,粒子间作用力无法修复被破 坏的网络时,体系的粘度呈现下降趋势, 粘度逐渐下降(变稀)的阶段;当外部投 入的力更大并达到某个临界的情况时, 粒子之间相互运动产生的摩擦加大形成 了团聚的“粒子簇”,从而能够对抗外 力的作用,这样的情况就表现在体系的 粘度发生增大(剪切增稠阶段)。
无法兼顾优良的防刺性能与穿着 的舒适性、灵便性；
新型的柔性复合材料采用了剪切增稠液体 (STF)与高性能纤维织物相结合的方式，在纤 维中液体常态下呈现的是液体状态，使得材 料柔软可折叠，然而一旦受到外力的冲击时， 织物中的液体粘度迅速上升，使得织物本身 也变得坚硬，从而保护人体免受外界冲击的 伤害。被称为“液体装甲”
剪切增稠液体的高超本领
同学们 这节课 到此结束
别睡了 下课 了
何为剪切增
STF是一种新型胶体分散液的非牛顿 流体，在一般稳态状况下，它呈现 出具有一定黏度的流体性质，而当 剪切速率或施加的外力增加时，其 黏度也会随之增加，表现出固体的 抗冲击行为。若将外力撤除，STF则 又迅速转换成其初始的液体状态。 许多悬浮液、乳胶、高分子-填料体 系等分散体系在某些状况下都会呈 现出剪切增稠的特性，这一类分散 体系又被叫做膨胀性流体。
研究背景 传统防刺材料 柔性防护材料
剪切增稠液体(STF) STF的流变性
2014年3月1日昆明暴恐案
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就是这样 人才 们。。要好好学 习 改变现状
灵活性差，保护不全面；
这么多字！！ 本尊都瞌睡了
对于剪切增稠液体而言，剪切应力∑(Pa)与 剪切速率γ (1/s)之间对应的关系适用于以 下的方程式： n
∑=K·γ
这么多知识 啥时候是个 头 让我吃 个薯片压压 惊
其中，K表示的是稠度指数 (Pa·sn),n则 提供的是与剪切速率相关的流动形态的 指数，粘度η (Pa·s)与剪切应力∑之间 有以下的关系： n-1
η = K·（γ ）
n的值可能存在三种情况： 对于剪切变稀液体，n < 1 对于牛顿流体， n = 1 对于剪切增稠液体 n > 1
Kevlar纤维穿刺示意图(a)原织物(b)STF-纤维
我要瞪大眼 睛 仔细看
STF的剪切增稠现象(a)慢速(b)快速
我可看着 你们呢 好 好听课
Kevalar织物完好处扫描图片 (a) 原样×40 (b)原样×500 (c) 纯×3000 (d) STF×40 (e) STF×500 (f) STF×3000
稠液体？
ODT机理（有序到无序）
“粒子簇”理论
剪切增稠机理示意图
在剪切作用或外力较小时,粒子间由于 范德华力或氢键等作用力使得被破坏的 空间结构迅速得到恢复,因此体系的粘 度不发生太大的变化(平衡状态);随着 外力的增大,当外力的作用强于粒子之 间的作用,粒子间作用力无法修复被破 坏的网络时,体系的粘度呈现下降趋势, 粘度逐渐下降(变稀)的阶段;当外部投 入的力更大并达到某个临界的情况时, 粒子之间相互运动产生的摩擦加大形成 了团聚的“粒子簇”,从而能够对抗外 力的作用,这样的情况就表现在体系的 粘度发生增大(剪切增稠阶段)。
无法兼顾优良的防刺性能与穿着 的舒适性、灵便性；
新型的柔性复合材料采用了剪切增稠液体 (STF)与高性能纤维织物相结合的方式，在纤 维中液体常态下呈现的是液体状态，使得材 料柔软可折叠，然而一旦受到外力的冲击时， 织物中的液体粘度迅速上升，使得织物本身 也变得坚硬，从而保护人体免受外界冲击的 伤害。被称为“液体装甲”
剪切增稠液体的高超本领
同学们 这节课 到此结束
别睡了 下课 了
何为剪切增
STF是一种新型胶体分散液的非牛顿 流体，在一般稳态状况下，它呈现 出具有一定黏度的流体性质，而当 剪切速率或施加的外力增加时，其 黏度也会随之增加，表现出固体的 抗冲击行为。若将外力撤除，STF则 又迅速转换成其初始的液体状态。 许多悬浮液、乳胶、高分子-填料体 系等分散体系在某些状况下都会呈 现出剪切增稠的特性，这一类分散 体系又被叫做膨胀性流体。