高聚物熔体的流变特性
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第六章 高聚物熔体的流变特性
可编辑ppt
1
高聚物熔体的奇异流变现象
高粘度与“剪切变稀”行为－工艺条件的变化或剪切
应力及剪切速率的变化，粘度会发生1～3个数量级的
大幅变化，对稳定加工影可编响辑p很pt 大。
2
高聚物熔体的奇异流变现象
Weissenbe可r编g效辑pp应t
3
高聚物熔体的奇异流变现象
可编辑ppt
27
表2.2 一些高聚物的粘流活化能值
高聚物
粘流活化能 /kJ/mol
聚二甲基硅氧烷
16.7
高密度聚乙烯
26.3~29.2
低密度聚乙烯
48.8
聚丙烯
37.5~41.7
聚丁二烯（顺式）
19.6~33.3
天然橡胶
33.3~39.7
聚异丁烯
50~62.5
聚苯乙烯ห้องสมุดไป่ตู้
94.6~104.2
聚α-甲基苯乙烯
50
胀塑性流体
0
0
5000
10000 15000 20000
剪切速率/1/s
图3.1 非时间依赖型可高编辑聚pp物t 熔体流变性能示意图
16
高聚物熔体的粘性流动
幂律公式:
K n (K n1 ) a
a
表观粘度 a ：不是材料不可逆形变难易程度的真 正量度，熔体流动中含有不可逆的粘性形变和可逆
dv dy
之间
呈线性关系：
(dvdy)
•
比例常数η为粘度，等于单 位速度梯度时单位面积上所 受到的切应力，反映了液体 分子间由于相互作用而产生 的流动阻力，单位Pa·s。
可编辑ppt
13
高聚物熔体的粘性流动
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。典型牛顿流 体的切应力和切应 变曲线是一条直线。
26
影响高聚物熔体的剪切粘度的因素
2.温度的影响（P98）
● 粘流活化能：反映了粘度对温度的敏感程度， 是分子向孔穴跃迁时克服周围分子的作用所需 要的能量。
AexE p/R ( )T
Andrade方程，牛顿流体， 温度远高于Tg或熔点的 高聚物熔体η0 ， T>Tg+100℃
粘流活化能高，则粘度对温度越敏感
挤出物胀大(Barus效应） 不稳定流动和熔体破裂－
－工艺和模具的设计，
影响到高聚物的加工质量
影响到尺寸的精确度。可编辑ppt
和产率的提高 4
高聚物熔体的奇异流变现象
各种次级流动－模具和流道的设计
可编辑ppt
5
高聚物熔体的奇异流变现象
孔压误差－流变的测量
出口压力－流变测量
可编辑ppt
6
高聚物熔体的奇异流变现象
纤维素醋酸酯
可编辑pp2t 93.3
28
影响高聚物熔体的剪切粘度的因素
例1：聚二甲基硅氧烷、聚丁二烯（顺式）、线性聚乙烯（高 密度聚乙烯）的粘流活化能较低，而聚碳酸酯及聚甲基丙烯酸 甲酯的粘流活化能很高，当温度升高50℃左右，粘度可以下降 一个数量级。
临界分子量Mc是大量出现缠结时的分子量。
可编辑ppt
24
影响高聚物熔体的剪切粘度的因素
分子量
分子量愈大，粘度愈高，Tf越高，加 工愈困难。 随着剪切速率的增大，粘度对分子量 的依赖性变小。
可编辑ppt
25
影响高聚物熔体的剪切粘度的因素
分子链的 柔顺性
分子链的柔顺性 大，Tf低，粘度低。
可编辑ppt
y a
可编辑ppt
19
高聚物熔体的粘性流动
假塑性流体：绝大多数的聚合物熔体，所有聚合物 在其良性溶剂中的溶液。 零切黏度η0:与材料的分子量和粘流活化能相关。
可编辑ppt
20
高聚物熔体的粘性流动
膨胀性流体：固体含量高的悬浮液，较高剪切速率 下的的聚氯乙烯糊塑料。
可编辑ppt
21
高聚物熔体剪切粘度变化的理论解释
高聚物熔体流动为层流流动
可编辑ppt
10
高聚物熔体的粘性流动
速度梯度
流动方向
可编辑ppt
11
高聚物熔体的粘性流动
剪切应变 剪切应变速率（剪切速率）
剪切应力
可编辑ppt
12
高聚物熔体的粘性流动
牛顿流动定律：当剪切应力 于定温下，加
于相距为 dy 的液体平行层面，并以相对速度
dv移动时，则剪切应力与剪切速率
湍流减阻效应（Toms效应）：在石油开 采、运输、抽水灌溉、循环水系统
可编辑ppt
7
高聚物熔体的奇异流变现象
触变性可和编辑震ppt凝性
8
高聚物熔体黏性流动的特点(P94)
● 高分子的流动是通过链段的位移 (使高分子链重心产生位移)运动实现 的(类似蚯蚓的蠕动)
● 高分子的流动不符合牛顿流体的 流动规律,非牛顿流体
● 高分子的流动具有粘弹性
可编辑ppt
9
高聚物熔体的粘性流动
层流与湍流:
●层流:流动速度不大液体的流动,层流可以看作液体 在剪切应力作用下以薄层流动，层与层之间有速度梯 度,但流体各点速度方向相同,相互之间没有扰动。相 应地，液体内部反抗这种流动的内摩擦力叫做剪切粘 度。
●湍流:当流动速度很大或者遇到障碍物时，会形成漩 涡，流动由层流变为湍流,流体各点速度方向不同。
133.3
聚氯乙烯
147~168
增塑聚氯乙烯
210~315
聚醋酸乙烯酯
250
聚1-丁烯
49.6
聚乙烯醇缩丁醛
108.3
聚酰胺
63.9
聚对苯二甲酸乙二酯
79.2
聚碳酸酯
108.3~125
苯乙烯-丙烯腈共聚物
104.2~125
ABS（20%橡胶）
108.3
ABS（30%橡胶）
100
ABS（40%橡胶）
87.5
可编辑ppt
14
高聚物熔体的粘性流动
•
－牛顿粘度，比
例常数，仅依赖 于材料结构及温
度
高聚物熔体的流动行为
非时间依赖型：
时间依赖型：
假塑性流体 胀塑性流体 宾汉流体
触变性流体 震凝性流体
可编辑ppt
15
高聚物熔体的粘性流动（P97）
剪切应力/Pa
250
200
宾汉流体
150
假塑性流体
100
牛顿流体
的弹性形变，表观粘度是总形变在一起反映的粘度，
因此它比真正的粘度小。
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17
高聚物熔体的粘性流动
n－非牛顿指数
n
d d
ln ln
n=1,牛顿流体 n<1,假塑性流体 n>1,胀塑性流体 n与1相差越大，流体非牛顿性越强
可编辑ppt
18
高聚物熔体的粘性流动
宾汉流体：几乎所有聚合物在其良性溶剂中的浓溶 液和凝胶性糊塑料，高分子填充体系的流动行为。 牙膏，油漆
● 自由体积理论 ● 构象改变理论 ● 缠结理论
可编辑ppt
22
影响高聚物熔体的剪切粘度的因素
◆ 高聚物结构 ◆ 温度 ◆ 剪切速率 ◆ 压力
可编辑ppt
23
影响高聚物熔体的剪切粘度的因素
1.高聚物结构的影响 分子量
0(M )aM w,MM c,:1~1.6 0(M )bM w,MM c,:2.5~5.0
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高聚物熔体的奇异流变现象
高粘度与“剪切变稀”行为－工艺条件的变化或剪切
应力及剪切速率的变化，粘度会发生1～3个数量级的
大幅变化，对稳定加工影可编响辑p很pt 大。
2
高聚物熔体的奇异流变现象
Weissenbe可r编g效辑pp应t
3
高聚物熔体的奇异流变现象
可编辑ppt
27
表2.2 一些高聚物的粘流活化能值
高聚物
粘流活化能 /kJ/mol
聚二甲基硅氧烷
16.7
高密度聚乙烯
26.3~29.2
低密度聚乙烯
48.8
聚丙烯
37.5~41.7
聚丁二烯（顺式）
19.6~33.3
天然橡胶
33.3~39.7
聚异丁烯
50~62.5
聚苯乙烯ห้องสมุดไป่ตู้
94.6~104.2
聚α-甲基苯乙烯
50
胀塑性流体
0
0
5000
10000 15000 20000
剪切速率/1/s
图3.1 非时间依赖型可高编辑聚pp物t 熔体流变性能示意图
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高聚物熔体的粘性流动
幂律公式:
K n (K n1 ) a
a
表观粘度 a ：不是材料不可逆形变难易程度的真 正量度，熔体流动中含有不可逆的粘性形变和可逆
dv dy
之间
呈线性关系：
(dvdy)
•
比例常数η为粘度，等于单 位速度梯度时单位面积上所 受到的切应力，反映了液体 分子间由于相互作用而产生 的流动阻力，单位Pa·s。
可编辑ppt
13
高聚物熔体的粘性流动
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。典型牛顿流 体的切应力和切应 变曲线是一条直线。
26
影响高聚物熔体的剪切粘度的因素
2.温度的影响（P98）
● 粘流活化能：反映了粘度对温度的敏感程度， 是分子向孔穴跃迁时克服周围分子的作用所需 要的能量。
AexE p/R ( )T
Andrade方程，牛顿流体， 温度远高于Tg或熔点的 高聚物熔体η0 ， T>Tg+100℃
粘流活化能高，则粘度对温度越敏感
挤出物胀大(Barus效应） 不稳定流动和熔体破裂－
－工艺和模具的设计，
影响到高聚物的加工质量
影响到尺寸的精确度。可编辑ppt
和产率的提高 4
高聚物熔体的奇异流变现象
各种次级流动－模具和流道的设计
可编辑ppt
5
高聚物熔体的奇异流变现象
孔压误差－流变的测量
出口压力－流变测量
可编辑ppt
6
高聚物熔体的奇异流变现象
纤维素醋酸酯
可编辑pp2t 93.3
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影响高聚物熔体的剪切粘度的因素
例1：聚二甲基硅氧烷、聚丁二烯（顺式）、线性聚乙烯（高 密度聚乙烯）的粘流活化能较低，而聚碳酸酯及聚甲基丙烯酸 甲酯的粘流活化能很高，当温度升高50℃左右，粘度可以下降 一个数量级。
临界分子量Mc是大量出现缠结时的分子量。
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24
影响高聚物熔体的剪切粘度的因素
分子量
分子量愈大，粘度愈高，Tf越高，加 工愈困难。 随着剪切速率的增大，粘度对分子量 的依赖性变小。
可编辑ppt
25
影响高聚物熔体的剪切粘度的因素
分子链的 柔顺性
分子链的柔顺性 大，Tf低，粘度低。
可编辑ppt
y a
可编辑ppt
19
高聚物熔体的粘性流动
假塑性流体：绝大多数的聚合物熔体，所有聚合物 在其良性溶剂中的溶液。 零切黏度η0:与材料的分子量和粘流活化能相关。
可编辑ppt
20
高聚物熔体的粘性流动
膨胀性流体：固体含量高的悬浮液，较高剪切速率 下的的聚氯乙烯糊塑料。
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21
高聚物熔体剪切粘度变化的理论解释
高聚物熔体流动为层流流动
可编辑ppt
10
高聚物熔体的粘性流动
速度梯度
流动方向
可编辑ppt
11
高聚物熔体的粘性流动
剪切应变 剪切应变速率（剪切速率）
剪切应力
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12
高聚物熔体的粘性流动
牛顿流动定律：当剪切应力 于定温下，加
于相距为 dy 的液体平行层面，并以相对速度
dv移动时，则剪切应力与剪切速率
湍流减阻效应（Toms效应）：在石油开 采、运输、抽水灌溉、循环水系统
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高聚物熔体的奇异流变现象
触变性可和编辑震ppt凝性
8
高聚物熔体黏性流动的特点(P94)
● 高分子的流动是通过链段的位移 (使高分子链重心产生位移)运动实现 的(类似蚯蚓的蠕动)
● 高分子的流动不符合牛顿流体的 流动规律,非牛顿流体
● 高分子的流动具有粘弹性
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9
高聚物熔体的粘性流动
层流与湍流:
●层流:流动速度不大液体的流动,层流可以看作液体 在剪切应力作用下以薄层流动，层与层之间有速度梯 度,但流体各点速度方向相同,相互之间没有扰动。相 应地，液体内部反抗这种流动的内摩擦力叫做剪切粘 度。
●湍流:当流动速度很大或者遇到障碍物时，会形成漩 涡，流动由层流变为湍流,流体各点速度方向不同。
133.3
聚氯乙烯
147~168
增塑聚氯乙烯
210~315
聚醋酸乙烯酯
250
聚1-丁烯
49.6
聚乙烯醇缩丁醛
108.3
聚酰胺
63.9
聚对苯二甲酸乙二酯
79.2
聚碳酸酯
108.3~125
苯乙烯-丙烯腈共聚物
104.2~125
ABS（20%橡胶）
108.3
ABS（30%橡胶）
100
ABS（40%橡胶）
87.5
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14
高聚物熔体的粘性流动
•
－牛顿粘度，比
例常数，仅依赖 于材料结构及温
度
高聚物熔体的流动行为
非时间依赖型：
时间依赖型：
假塑性流体 胀塑性流体 宾汉流体
触变性流体 震凝性流体
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15
高聚物熔体的粘性流动（P97）
剪切应力/Pa
250
200
宾汉流体
150
假塑性流体
100
牛顿流体
的弹性形变，表观粘度是总形变在一起反映的粘度，
因此它比真正的粘度小。
可编辑ppt
17
高聚物熔体的粘性流动
n－非牛顿指数
n
d d
ln ln
n=1,牛顿流体 n<1,假塑性流体 n>1,胀塑性流体 n与1相差越大，流体非牛顿性越强
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18
高聚物熔体的粘性流动
宾汉流体：几乎所有聚合物在其良性溶剂中的浓溶 液和凝胶性糊塑料，高分子填充体系的流动行为。 牙膏，油漆
● 自由体积理论 ● 构象改变理论 ● 缠结理论
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22
影响高聚物熔体的剪切粘度的因素
◆ 高聚物结构 ◆ 温度 ◆ 剪切速率 ◆ 压力
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23
影响高聚物熔体的剪切粘度的因素
1.高聚物结构的影响 分子量
0(M )aM w,MM c,:1~1.6 0(M )bM w,MM c,:2.5~5.0