高分子流变学

《高分子流变学》
一、简介
高分子流变学是高分子材料及工程专业的重要课程，我专业设此课程为专业选修课。

本课程在高分子化学、高分子合成工艺原理、高分子物理以及工程力学等课程的基础上，着重介绍流变学行为额基本原理和高分子材料流动与变形的基本行为，介绍了高分子材料流动变形行为与经典黏性体和弹性体之间的不同之处，深入讨论剪切作用、温度、压力、结构和时间等因素对高分子流变性质的影响，并介绍了流变学的测试原理和基本研究方法。

进一步为高分子材料及其制品的设计优化、加工工艺和加工设备的选择改进提供必要的理论依据。

二、
第一章绪论
第一节流变学的发展
一．定义
流变学是研究材料的流动和变形的科学，它是一门介于力学、化学、物理与工程科学之间的新兴交叉学科。

二．流变学产生的简史与发展
流变学的诞生：宾汉（奠基人）与雷诺的故事；
流变学的发展：流变学出现在 20 世纪 20 年代；麦克斯韦的贡献；早期国际流变学发展；
目前关于流变学的研究十分活跃；
流变学应用：流变学与现代工业；流变学与地球科学；流变学与土木工程；三．流变学的研究对象：流动的固体；非牛顿流体。

四．流变学的研究内容：本构方程；力学模型；物理模型。

五．其他流变学技术：磁流变学；电流变学；血液流变学。

第二节高分子流变学概述
一．定义：
高分子材料流变学——研究高分子液体，主要指高分子熔体、高分子溶液，在流动状态下的非线性粘弹行为，以及这种行为与材料结构及其它物理、化学性质的关系。

二．高分子流变学的发展
三．高分子流变学研究内容：结构流变学；加工流变学。

四．高分子流变学研究方法：挤出式流变仪；转动式流变仪；转矩流变仪。

第三节流变学与聚合物工业的关系
一．高分子加工的基本类型
1. 塑料加工：挤出、注塑
2. 纤维加工：口模、拉伸及拉伸粘度
3. 橡胶加工：压延、密炼、挤出
二．基本关系概述
三．在聚合物材料加工中的应用
第四节流变学在化妆品中的应用
第二章线性粘性流动
第一节基本概念
一．流动的类型
1. 层流、湍流
层流，稳定流动，流体可看作是假想的层状流体所组成，层与层之间没有流动。

湍流，不稳定流动，无所谓层的概念，窜流产生。

2.剪切流动、拉伸流动
剪切流动：流体在流动过程中存在来自于边界与流体层或流体层之间的剪切作用；速度梯度与流动方向垂直；剪切流动产生横向速度梯度场。

拉伸流动：流体在牵引力的作用下产生变细、变长的流动过程；速度梯度与流动方向平行；拉伸流动产生纵向速度梯度场。

拖曳流动、压力流动：拖曳流动与压力流动同属剪切流动。

二．剪切应力、剪切速率与剪切粘度
1.剪切应力：沿流动方向，作用在每一层单位面积上的剪切力，叫做剪切应力
（τ）。

2.剪切速率：那么，剪切应变速率就等于即。

3. 剪切粘度：在流体内部某点处的剪切应力与剪切速率的比值。

三、牛顿型流体与非牛顿型流体
1. 牛顿型流体：牛顿流体是指符合牛顿流动规律的流体，也就是流体的剪切应力与剪切应变速率成正比例关系，粘度为常数的线性粘性流体。

2. 非牛顿型流体：不遵循牛顿粘度定律的流体都称之为非牛顿流体。

3.假塑性流体的普适流动曲线与表观粘度
普适流动曲线如下图
四、拉伸流动
五、触变性
第二节线性粘性流动
一、圆管中的流动分析
圆管中流体的线速度分布：
二、狭缝中的流动分析
狭缝中流体的线速度分布：
三、同轴环隙中的旋转流动
同轴环隙中流体的线速度分布：
四、粘度测量
落球粘度计；乌氏粘度计；同轴圆筒粘度计；孔式粘度计。

第三章流变学测量
第一节引言
1.流变测量的目的
2.流变测量学的具体任务
3.常用流变测量仪器的类型
4.根据物料的形变历史分类
5.根据物料的流动形式分类
第二节毛细管流变仪
一、基本构造
二、毛细管流变仪工作原理
剪切应力；幂律流体的剪切速率；剪切速率的一般推导过程。

三、数据处理与流变实验曲线
负载（剪切速率）；活塞运动速度（剪切速率）；流动指数n；流变实验曲线；入口效应（入口损失）校正。

第三节双转子转矩流变仪
第四节旋转流变仪：锥板流变仪；门尼粘度计。

第四章高聚物熔体的弹性和粘度影响因素
第一节高聚物熔体的弹性
一、高聚物熔体的流动通过链段位移运动完成
小分子液体的流动是通过向空穴迁移来实现的；粘流活化能——小分子流体，符合Arrenius方程；高聚物熔体的流动通过链段跃迁实现。

二、高分子的流动伴有高弹形变
三、熔体弹性原理：应力回复
四、弹性表现：法向应力效应；离模膨胀现象；熔体破裂现象。

五、高聚物熔体弹性的控制
六、弹性表现与表观粘度
七、高聚物熔体弹性的表征及测试方法：旋转式流变仪；毛细管型流变仪；流动双折射法；熔体弹性指数法；
八、测量高聚物熔体弹性的意义
第二节高聚物熔体粘度的影响因素
一、高聚物结构对于粘度的影响
分子链的柔性与极性；分子量；分子量分布；支化度；
二、剪切速率与剪切应力
高聚物粘度与剪切速率的依赖性；不同条件（分子量；分子量分布；高聚物的种类；粘度对剪切应力的依赖性）下剪切速率对高聚物熔体黏度的影响；三、温度的影响
温度对粘度的影响；粘流活化能E；
四、填料与配合剂
炭黑；碳酸钙；增塑剂及其它；
第五章流变学基础方程及其初步应用
第一节流变学基础方程
一、流动场的连续性方程（物料守恒）
1、流动场的连续性方程
2、流体力学分析方法：流体运动的两种表示方法；质量守恒基本方程；
二、流动场的运动方程（动量守恒）
1、作用在运动流体上的力、应力：质量力；表面力、一点处的应力；
2、张量的初步概念：应力张量；张量与张量的描述；
3、流动场的运动方程
三、流动场的能量方程（能量守恒）
1、流动场的能量方程
第二节流变学基础方程的初步应用
一、两平行平板间的流动过程
二、在缝模中流动过程的分析
三、辊筒上的成型加工过程
四、挤出成型过程
第六章高分子合金的流变学
第一节前言
一、高聚物共混物的发展
二、研究高聚物共混物流变性质的意义
第二节共混物流动曲线的类型
一、相容高聚物共混物的流动曲线
二、不相容高聚物共混物的流动曲线
一般高聚物共混体系流动曲线；液晶高聚物共混物流动曲线；嵌段共聚物的流动曲线；。