流变学复习(仅供参考)

聚合物加工流变学复习：

流变学：研究材料流动及变形规律的科学。

熔融指数：在一定的温度和负荷下，聚合物熔体每10min通过规定的标准口模的质量，单位g/10min。

假塑性流体：指无屈服应力,并具有粘度随剪切速率增加而减小的流动特性的流体。

可回复形变：先对流变仪中的液体施以一定的外力，使其形变，然后在一定时间内维持该形变保持恒定，而后撤去外力，使形变自然恢复。

韦森堡效应&爬杆现象&包轴现象：当圆棒插入容器中的高分子液体中旋转时，没有因惯性作用而甩向容器壁附近，反而环绕在旋转棒附近，出现沿棒向上爬的“爬杆”现象。

巴拉斯效应&挤出胀大&弹性记忆效应：指高分子被强迫挤出口模时，挤出物尺寸要大于口模尺寸，截面形状也发生变化的现象。

冷冻皮层：熔体进入冷模后，贴近模壁的熔体很快凝固，速度锐减，形成冷冻皮层

法向应力效应：聚合物材料在口模流动中，由于自身的黏弹特性，大分子链的剪切或拉伸取向导致其力学性能的各向异性，产生法向应力效应。

松弛时间：是指物体受力变形，外力解除后材料恢复正常状态所需的时间。

Deborah数：松弛时间与实验观察时间之比。

残余应力：构件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响；当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用于影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响称为残余应力。

表观粘度：非牛顿型流体流动时剪切应力和剪切速率的比值。

表观剪切黏度：表观粘度定义流动曲线上某一点τ与γ的比值。

入口校正：对于粘弹性流体，当从料筒进入毛细管时，由于存在一个很大的入口压力损失，因此需要通过测压力差来计算压力梯度时所进行的校正。

驻点：两辊筒间物料的速度分布中，在x’*处,物料流速分布中,中心处的速度=0,称驻点。

本构方程：描述应力分量与形变分量或形变速率分量之间关系的方程,是描述一大类材料所遵循的与材料结构属性相关的力学响应规律的方程. 反映流变过程中材料本身的结构特性。

幂律方程：用于描述非牛顿型流动行为的方程。

粘流活化能：E定义为每摩尔运动单元所需要的能量，它表征粘度对温度的依赖性，E越大，粘度对温度的依赖性越强，温度升高，其粘度下降得越多。

第二光滑挤出区：当剪切速率继续增大时，熔体在模壁附近会出现“全滑动”，这时会得到表面光滑的挤出物，这一区域称为第二光滑挤出区。

Weissenberg数：第一法向应力差与剪切应力之比。

非牛顿指数：在入口收敛流动的边界流线微分方程中，用来表征熔体非牛顿特性的参数。

第一法向应力差：沿流动（受力）向的应力与垂直于流向（法向）的应力之差。

触变性流体：在恒温和恒定的切变速率下，粘度随时间递减的流体。

震凝性流体：在恒温和恒定的切变速率下，粘度随时间递增的流体。

平衡转矩：胶料混炼时，转矩随物料的不断均化最终达到的平衡值。

拉伸粘度拉：伸应力与拉伸应变速率之比，表示流体对拉伸流动的阻力。

宾汉流体:与牛顿型流体的流动曲线均为直线，但它不通过原点，只有当剪切应力超过一定屈服应力值之后才开始塑性流动。牙膏、油漆是典型的宾汉流体。

胀塑性流体::剪切速率很低时，流动行为与牛顿型流体基本相同，剪切速率超过某一临界后，随剪切速率增大，流动曲线弯向切应力坐标轴，剪切黏度增大，呈现“剪切变稠”的流体。

拉伸流动：指物料运动的速度方向在速度梯度方向平行。

冻结分子取向：因分子取向被冻结而产生的应力称冻结分子取向

熔体破裂（破碎）现象：高分子熔体从口模挤出时，当挤出速度过高，超过某一临界剪切速率时，容易出现弹性湍流，导致流动不稳定，挤出物表面粗糙，随挤出速度的增大，可能分别出现波浪形，鲨鱼皮形，竹节形，螺旋形畸变，最后导致完全无规则的挤出物断裂，称为熔体破裂现象。

拖曳流：指对流体不加压力而靠边界运动产生力场，由粘性作用使流体随边界流动，称Couette库爱特流动。

压力流：指物料在管中流动,是由于管道两端存在压力差,而边界固定不动，称Poiseuille泊肃叶流动。

出口压力降：指粘弹性流体在毛细管入口区的弹性形变在经过毛细管后尚未全部松弛，至出口处仍残存部分内压力，则将表现为出口压力降。

临界切应力&临界切变速率：一般随剪切速率增大，至一临界值就产生破裂，而且越来越严重，这个开始产生破裂的速率或应力。

残余应力或内应力大：若物料冷却速率高，冷却时间短而松弛时间较长，则冷却后有较多应力被冻结在制品内，称残余应力或内应力大。

用于表征高聚物熔体弹性的物理量有：可回复剪切形变、挤出物胀大、法向应力效应，熔体破裂等。

弹性模量的影响因素：链结构（分子量、分子量分布、支化）；加工条件（温度、剪切速率）；配方（填料）

开炼加工过程：

λ的意义：量纲为一的体积流量,与流量\辊距\辊速相关。随λ的升高,压力分布曲线变宽变高,吃料与出料处间的流道加长。

冻结分子取向产生机理：进入模腔的物料一般处于高温低剪切状态，但当物料接触到冷模壁后，物料冷凝，致使粘度升高，并在模壁上产生一层不流动的冷冻皮层。该皮层有绝热作用，使贴近皮层的物料不立即凝固，在剪切应力作用下继续向前流动。若高分子链一端被冻结在皮层内，而另一端仍向前流动，必然造成分子链沿流动方向取向，且保压时间越长，分子链取向程度越高。在后来的冷却阶段，这种取向被冻结下来。可见，分子取向冻结大多不发生在制品中心处，而发生在表皮层以下的那层材料中。

消除（减轻）熔体破裂现象的措施：（1）适当降低分子量，加宽分子量分布；（2）适当升高挤出温度，但应防止交联、降解。某些情况下如顺丁橡胶可利用低温光滑区挤出；（3）适当降低挤出速度，某些情况下，可利用高速的第二光滑区；（4）用喇叭型的口型，可提高rcrit，可消除死角；（5）加入填充补强剂和增塑剂。

影响熔体挤出破裂行为因素：一是口模的形状和尺寸；二是挤出成型过程的工艺条件；三是挤出物料的性质。

流动曲线：在剪切流动中，表征剪切应力与剪切速率之间的关系的曲线。

流体的流动主要是压力和粘弹力。流动形式可区分为:压力流和拖曳流.

流动和变形之间的关系:

流动-液体-粘性-耗散能量-产生永久形变-无记忆效应-牛顿定律-时间过程

变形-固体-弹性-贮存能量-形变可以恢复-有记忆效应-虎克定律-瞬时效应

体破裂现象的机理分析

对于LDPE型熔体，其应力主要集中在口模入口区，且入口区的流线呈典型的喇叭形收缩，在口模死角处存在涡流或环流。当r较低时，流动是稳定的，死角处的涡流也是稳定的，对挤出物不产生影响，但是，当r>rcrit，入口区出现强烈的拉伸流，造成的拉伸形变超过熔体所能承受的弹性形变极限，强烈的应力集中效应使流道内的流线断裂，使死角区的环流乘机进入主流道而混入口模。主流线断裂后，应力局部下降，又会恢复稳定流动，然后再一次集中弹性形变能，再一次流线断裂。这样交替轮换，主流道和环流区的流体轮番进入口模。两种形变历史和携带能量完全不同的流体，挤出时的弹性松弛行为也完全不同，引起口模出口处挤出物的无规畸变。