聚合物的流变形
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切力变稠,胶乳、悬浮体系等。
7
非牛顿流体的流变行为用幂律方程表示
高聚物流体
弹性：分子链构象不断变化
粘性：流动中分子链相对移动 —— 非牛顿流体
= K n
K, n = const.
2021/2/7
n = 1, 牛顿流体 n > 1, 膨胀性流体 n < 1, 假塑性流体
n与1相差越大, 偏 离牛顿流体的程 度越强
2021/2/7以及大多数聚合物在良溶剂中的浓溶液都属于宾汉体。
6
各种流体的性质
BD N
c
P
N: 牛顿流体 B: 宾汉流体 P: 假塑性流体
D: 膨胀性流体
γ
假塑性流体:粘度随剪切速率或剪切 应力的增加而下降的流体。
切力变稀,大多数聚合物熔体。
2021/2/7
膨胀性流体:粘度随剪切速率或剪 切应力的增加而上升的流体。
流动性能。这种流动态也是高聚物溶液的主要
加工状态。
2021/2/7
2
9.1.2 聚合物熔体流动特点
（1）粘度大,流动性差: 这是因为高分子链的流动是 通过链段的相继位移来实现分子链的整体迁移，类 似蚯蚓的蠕动。
（2）不符合牛顿流动规律:在流动过程中粘度随切 变速率的增加而下降（剪切变稀）。
（3）熔体流动时伴随高弹形变:因为在外力作用下,
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熔融指数仪
工业上更广泛应用的是一种称为“熔融指数仪” 的简易毛细管流变仪。
熔融指数(Melt index ——简称MI ):指在一定的温度下和规定负
荷下,10min内从规定直径和长度的标准毛细管内流出的聚合物的熔
体的质量，用MI表示，单位为g/10min。
例PE：190℃，2160g的熔融指数MI190／2160。
1.宾汉塑性体
2.假塑性流体
2021/2/7
3.膨胀性流体
5
宾汉（Binghann）塑性体
宾汉塑性体
牛顿流体 y
y
特征:当切应力小于临界值 （y 也即屈服应力）时,根
本不流动，其形变行为类似于虎克弹性体
符合这种规律的流动称为塑性流动或宾汉流动。许多含填
料的高聚物体系（PVC塑料）就属宾汉塑性体。油漆,沥青
13
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 ~的p测定，可
求得 与 之间的关系
➢ 使用最为广泛,它可以在较宽的范围 调节剪切速率和温度，最接近加工 条件
➢ 除了测定粘度外，还可以观察挤出 物的直径和外形或改变毛细管的长 径比来研究聚合物流体的弹性和不 稳定流动(包括熔体破裂)现象。
2021/2/7
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9.2 .1 熔体粘度的测定方法
q 落球粘度计 q 毛细管粘度计 q 旋转粘度计
q 锥板式 q 平行板式 q 圆筒式
2021/2/7
12
落球粘度计
原理:半径为r,密度
为 的圆球，在粘度
为 ，密度为 s 的
无限延伸的液体中运动 时，小球受阻力
应用:测低切变速率下零切粘度
2021/2/7
关，与切应力和切变速率无关。
.
const
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2021/2/7
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2、非牛顿流体: 粘度ηa
许多液体包括聚合物的熔体和浓溶液,聚 合物分散体系(如胶乳)以及填充体系等并 不符合牛顿流动定律，这类液体统称为 非牛顿流体。
. n1
a K
表观粘度与形变速率有关
根据流动曲线的特征,非牛顿流体有如下几种类型:
8
表现粘度随时间变化:
D N P
N: 牛顿流体 P: 触变体 D: 流凝体
触变体:η随t而增加而减小; 内部物理结构的破坏； 胶冻,油漆、有炭黑的橡胶。
2021/2/7
t
流凝体:η随t而增加而增大; 某种结构的形成 饱和聚酯
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9.1.4 聚合物的粘性流动
0
第一牛顿区 幂律区（假塑区）
第二牛顿区
2021/2/7
对于同种聚合物而言，熔融指数越大，聚合物熔体的流动性越好。
由于不同聚合物的测定时的标准条件不同，因此不具可比性。
工业上常用MI值作为衡量聚合物分子量大小的一种相对指标，分 子量越大，MI值越小。
2021/2/7
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锥板式旋转粘度计
锥板粘度计是用于测定聚合物熔体粘度的常用仪器。
门尼粘度计
在一定温度下（通常 100C）和一定的转子速 度下,测定未硫化的橡胶 对转子转动的阻力
10
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
Mooney Index
100C
MI
100 34
预热3min
转动4min
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同轴圆筒式旋转粘度计
Ø有两种形式: 一种是外筒转动内筒不动; 另一种是内筒转动,外筒固定， 被测液体装入两个圆筒间。
Ø同轴圆筒粘度计因内筒间隙 较小，主要适用于聚合物浓溶 液，溶胶或胶乳的粘度测定。
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。
3、第二牛顿区
高切变速率区，流动曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。剪切速率
很高时，缠结遭破坏，再缠结困难，缠结点几乎不存在，表观粘度再
次维持恒定 ，又类似牛顿流体行为。该区的粘度称为无穷切粘度或极
限粘度η∞。从聚合物流动曲线，可求得η、η∞和ηa。
高分子链沿外力方向发生伸展，当外力消失后，分
子链又由伸展变为卷曲，使形变部分恢复，表现出
弹性行为。
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9.1.3 牛顿流体和非牛顿流体
1.牛顿流体: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:水、甘油、高分子稀溶液。 粘度η：反映液体流动阻力,单位Pa·S 牛顿流体的粘度仅与流体分子的结构和温度有
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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
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非牛顿流体的流变行为用幂律方程表示
高聚物流体
弹性：分子链构象不断变化
粘性：流动中分子链相对移动 —— 非牛顿流体
= K n
K, n = const.
2021/2/7
n = 1, 牛顿流体 n > 1, 膨胀性流体 n < 1, 假塑性流体
n与1相差越大, 偏 离牛顿流体的程 度越强
2021/2/7以及大多数聚合物在良溶剂中的浓溶液都属于宾汉体。
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各种流体的性质
BD N
c
P
N: 牛顿流体 B: 宾汉流体 P: 假塑性流体
D: 膨胀性流体
γ
假塑性流体:粘度随剪切速率或剪切 应力的增加而下降的流体。
切力变稀,大多数聚合物熔体。
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膨胀性流体:粘度随剪切速率或剪 切应力的增加而上升的流体。
流动性能。这种流动态也是高聚物溶液的主要
加工状态。
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9.1.2 聚合物熔体流动特点
（1）粘度大,流动性差: 这是因为高分子链的流动是 通过链段的相继位移来实现分子链的整体迁移，类 似蚯蚓的蠕动。
（2）不符合牛顿流动规律:在流动过程中粘度随切 变速率的增加而下降（剪切变稀）。
（3）熔体流动时伴随高弹形变:因为在外力作用下,
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熔融指数仪
工业上更广泛应用的是一种称为“熔融指数仪” 的简易毛细管流变仪。
熔融指数(Melt index ——简称MI ):指在一定的温度下和规定负
荷下,10min内从规定直径和长度的标准毛细管内流出的聚合物的熔
体的质量，用MI表示，单位为g/10min。
例PE：190℃，2160g的熔融指数MI190／2160。
1.宾汉塑性体
2.假塑性流体
2021/2/7
3.膨胀性流体
5
宾汉（Binghann）塑性体
宾汉塑性体
牛顿流体 y
y
特征:当切应力小于临界值 （y 也即屈服应力）时,根
本不流动，其形变行为类似于虎克弹性体
符合这种规律的流动称为塑性流动或宾汉流动。许多含填
料的高聚物体系（PVC塑料）就属宾汉塑性体。油漆,沥青
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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 ~的p测定，可
求得 与 之间的关系
➢ 使用最为广泛,它可以在较宽的范围 调节剪切速率和温度，最接近加工 条件
➢ 除了测定粘度外，还可以观察挤出 物的直径和外形或改变毛细管的长 径比来研究聚合物流体的弹性和不 稳定流动(包括熔体破裂)现象。
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9.2 .1 熔体粘度的测定方法
q 落球粘度计 q 毛细管粘度计 q 旋转粘度计
q 锥板式 q 平行板式 q 圆筒式
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落球粘度计
原理:半径为r,密度
为 的圆球，在粘度
为 ，密度为 s 的
无限延伸的液体中运动 时，小球受阻力
应用:测低切变速率下零切粘度
2021/2/7
关，与切应力和切变速率无关。
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const
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2021/2/7
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2、非牛顿流体: 粘度ηa
许多液体包括聚合物的熔体和浓溶液,聚 合物分散体系(如胶乳)以及填充体系等并 不符合牛顿流动定律，这类液体统称为 非牛顿流体。
. n1
a K
表观粘度与形变速率有关
根据流动曲线的特征,非牛顿流体有如下几种类型:
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表现粘度随时间变化:
D N P
N: 牛顿流体 P: 触变体 D: 流凝体
触变体:η随t而增加而减小; 内部物理结构的破坏； 胶冻,油漆、有炭黑的橡胶。
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t
流凝体:η随t而增加而增大; 某种结构的形成 饱和聚酯
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9.1.4 聚合物的粘性流动
0
第一牛顿区 幂律区（假塑区）
第二牛顿区
2021/2/7
对于同种聚合物而言，熔融指数越大，聚合物熔体的流动性越好。
由于不同聚合物的测定时的标准条件不同，因此不具可比性。
工业上常用MI值作为衡量聚合物分子量大小的一种相对指标，分 子量越大，MI值越小。
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锥板式旋转粘度计
锥板粘度计是用于测定聚合物熔体粘度的常用仪器。
门尼粘度计
在一定温度下（通常 100C）和一定的转子速 度下,测定未硫化的橡胶 对转子转动的阻力
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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
Mooney Index
100C
MI
100 34
预热3min
转动4min
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同轴圆筒式旋转粘度计
Ø有两种形式: 一种是外筒转动内筒不动; 另一种是内筒转动,外筒固定， 被测液体装入两个圆筒间。
Ø同轴圆筒粘度计因内筒间隙 较小，主要适用于聚合物浓溶 液，溶胶或胶乳的粘度测定。
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。
3、第二牛顿区
高切变速率区，流动曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动定律。剪切速率
很高时，缠结遭破坏，再缠结困难，缠结点几乎不存在，表观粘度再
次维持恒定 ，又类似牛顿流体行为。该区的粘度称为无穷切粘度或极
限粘度η∞。从聚合物流动曲线，可求得η、η∞和ηa。
高分子链沿外力方向发生伸展，当外力消失后，分
子链又由伸展变为卷曲，使形变部分恢复，表现出
弹性行为。
2021/2/7
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9.1.3 牛顿流体和非牛顿流体
1.牛顿流体: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:水、甘油、高分子稀溶液。 粘度η：反映液体流动阻力,单位Pa·S 牛顿流体的粘度仅与流体分子的结构和温度有
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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