第二章-高分子流变学基本概念PPT精品课件
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第二章 高分子流变学的概念
2021/3/1
1
本章主要教学内容
1.牛顿流体与非牛顿流体 2.聚合物熔体的切粘度 3.聚合物熔体的弹性表现
：
重点及要求
（1）理解和掌握聚合物粘性流动的特点；
（2）掌握非牛顿流体的概念和种类及产生的原因；
（3）了解聚合物熔体剪切粘度的主要测定方法；
（4）理解和掌握影响高聚物熔体剪切粘度的因素；
2021/3/1
4
一、牛顿流体和非牛顿流体
1、牛顿流体：
牛顿流体是指在受力后极易变形，且切应力与变形速率 （或切变速率）成正比的低粘性流体
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。
202牛1/3/1顿流体：水、甘油、高分子稀溶液。 5
（5）聚合物熔体的弹性现象和原因；
（20621）/3/1了解拉伸流动；
2
引言
流变学：
是研究材料流动和变形规律的一门科学。
聚合物流变学：
为高分子成型加工奠定理论基础。
聚合物熔体流动时，外力作用发生粘性流动，同 时表现出可逆的弹性形变。故称之为弹粘体。
聚合物的流动并不是高分子链之间的简单滑移， 而是运动单元依次跃迁的结果。
①宾汉流体：需要最小切应力。如油漆、沥青。 ②假塑性流体：切力变稀，大多数聚合物熔体。 ③膨胀性流体：切力变稠，胶乳、悬浮体系等。
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3.假塑性和膨胀性非牛顿流体的流变行为
幂律函数方程
n=1牛顿流体， n<1假塑性流体， n>1 膨胀性流体
聚合物熔体 的普适流动曲线
式中，ηa称为非牛顿型流体的表现粘度，单位是Pa·s。显然，在
此流体只有在达到一个最小剪应力 的临界值才开始流动. 低于此临界 值 宾汉流体表现为普通的弹性体
2021/3/1
如在用油漆刷墙时，刷墙的磙子给与油漆
以足够的外力，使油漆处于流动状态并作
为粘性体附着在墙壁上而不会滞留在磙子
上;当油漆离开磙子并不继续受到外力影响 时,便处于普通的弹性体状态附着在墙壁上 不再流动
熔体流动速率（MFR）
如PE：190℃，2160g的熔融指数MI190／2160。
一般MI越大，流动性越好（η小）。但由于不同聚合物 的测定时的标准条件不同，因此不具可比性。
注射级MI大，挤出MI小，吹塑之间。
橡胶工业：门尼粘度：一定温度100℃一定转子
转速下，测未硫化胶对转子转动的阻力。
MI
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Байду номын сангаас
膨胀性流体：
其表观剪切黏度随剪切速率的增加而提高的一种 非牛顿流体。
流动曲线：非直线的 ，斜率先逐渐变小而后又逐渐变 大的曲线，也不存在屈服应力。 表观粘度会随剪切应力的增加而上升。即：剪切变稠。 如：固体含量高的悬浮液、较高剪切速率下的PVC糊塑 料。
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非牛顿流体的区别与联系
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。
ⅲ第二牛顿区：切变速率继续增大，高分子中缠结
构完全被破坏，来不及形成新的缠结，体系粘度
202恒1/3/定1 ，表现牛顿流动行为。
13
塑料工业上最常用的熔融指数 MI ：指在一定的 温度下和规定负荷下（2160g），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。
（蚯蚓蠕动）
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它的流变行为强烈地依赖于聚合物本身的结 构、分子量及其分布、温度、压力、时间、 作用力的性质和大小等外界条件的影响。
绝大数高分子成型加工都是粘流态下加工的， 如挤出，注射，吹塑等。
热塑性塑料成型过程一般需经历加热塑化、 流动成型和冷却固化三个基本步骤。
弹性形变及其后的松驰影响制品的外观，尺 寸稳定性。
给定温度和压力下，对于非牛顿型流体，其ηa不是常量；它与剪
2021切/3/1速率有关。倘若是牛顿流体，ηa就是牛顿粘度。
11
聚合物普适流动曲线分三个区域
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。 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。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
在高切变速率区，流动曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动
定律。该区的粘度称为无穷切粘度或极限粘度η∞。
202从1/3聚/1 合物流动曲线，可求得η、η∞和ηa。
12
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 速度等于形在的速度，粘度保持不变，且最高。
100 3 4
、100℃，预热3min，转动4min。
2021门/3/1尼粘度越小，流动性越好。
14
9.2 聚合物熔体的切粘度
9.2.1 测定方法
1、落球粘度计： 测低切变速率下零切粘度。
2、毛细管粘度计：使用最为广泛，可在较宽的范围调节剪 切速率和温度，最接近加工条件。 还可研究聚合物流 体的弹性和不稳定流动现象。
剪切形变
dx dy
， 剪切应力
F
A
切变速率
• d rd(d) xd(d) xd v(s-1 ) d tdd t ydd y td y
牛顿流动定律：
•
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η：单位Pa·s 6
2、非牛顿流体：
宾汉流体：
指一种最早由尤金·宾汉提出的粘弹性非牛顿流体. 其流动 性为线性.宾汉流体描述为:
3、旋转粘度计：
有同轴圆筒式、锥板式、平行板式。主要适用于聚合物
浓溶液或胶乳的粘度和聚合物熔体粘度的常用仪器。
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落球粘度 计
上式
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宾哈流体因流动而产生的形变完全不能恢复而作为永久变形保存下来， 即这种流动变形具有典型塑性形变的特征，故又常将宾哈流体称为塑 性流体。
假塑性流体：
其表观剪切黏度随剪切速率的增加而减小的一种非牛顿流 体 ，非牛顿流体中最为普通的一种。 流动曲线：流动曲线不是直线，而是一条斜率先迅速变大 而后又逐渐变小的曲线，而且不存在屈服应力。 流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。即剪切变稀。 例子：橡胶、绝大多数聚合物、塑料的熔体和溶液。
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本章主要教学内容
1.牛顿流体与非牛顿流体 2.聚合物熔体的切粘度 3.聚合物熔体的弹性表现
：
重点及要求
（1）理解和掌握聚合物粘性流动的特点；
（2）掌握非牛顿流体的概念和种类及产生的原因；
（3）了解聚合物熔体剪切粘度的主要测定方法；
（4）理解和掌握影响高聚物熔体剪切粘度的因素；
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一、牛顿流体和非牛顿流体
1、牛顿流体：
牛顿流体是指在受力后极易变形，且切应力与变形速率 （或切变速率）成正比的低粘性流体
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。
202牛1/3/1顿流体：水、甘油、高分子稀溶液。 5
（5）聚合物熔体的弹性现象和原因；
（20621）/3/1了解拉伸流动；
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引言
流变学：
是研究材料流动和变形规律的一门科学。
聚合物流变学：
为高分子成型加工奠定理论基础。
聚合物熔体流动时，外力作用发生粘性流动，同 时表现出可逆的弹性形变。故称之为弹粘体。
聚合物的流动并不是高分子链之间的简单滑移， 而是运动单元依次跃迁的结果。
①宾汉流体：需要最小切应力。如油漆、沥青。 ②假塑性流体：切力变稀，大多数聚合物熔体。 ③膨胀性流体：切力变稠，胶乳、悬浮体系等。
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3.假塑性和膨胀性非牛顿流体的流变行为
幂律函数方程
n=1牛顿流体， n<1假塑性流体， n>1 膨胀性流体
聚合物熔体 的普适流动曲线
式中，ηa称为非牛顿型流体的表现粘度，单位是Pa·s。显然，在
此流体只有在达到一个最小剪应力 的临界值才开始流动. 低于此临界 值 宾汉流体表现为普通的弹性体
2021/3/1
如在用油漆刷墙时，刷墙的磙子给与油漆
以足够的外力，使油漆处于流动状态并作
为粘性体附着在墙壁上而不会滞留在磙子
上;当油漆离开磙子并不继续受到外力影响 时,便处于普通的弹性体状态附着在墙壁上 不再流动
熔体流动速率（MFR）
如PE：190℃，2160g的熔融指数MI190／2160。
一般MI越大，流动性越好（η小）。但由于不同聚合物 的测定时的标准条件不同，因此不具可比性。
注射级MI大，挤出MI小，吹塑之间。
橡胶工业：门尼粘度：一定温度100℃一定转子
转速下，测未硫化胶对转子转动的阻力。
MI
2021/3/1
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Байду номын сангаас
膨胀性流体：
其表观剪切黏度随剪切速率的增加而提高的一种 非牛顿流体。
流动曲线：非直线的 ，斜率先逐渐变小而后又逐渐变 大的曲线，也不存在屈服应力。 表观粘度会随剪切应力的增加而上升。即：剪切变稠。 如：固体含量高的悬浮液、较高剪切速率下的PVC糊塑 料。
2021/3/1
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非牛顿流体的区别与联系
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。
ⅲ第二牛顿区：切变速率继续增大，高分子中缠结
构完全被破坏，来不及形成新的缠结，体系粘度
202恒1/3/定1 ，表现牛顿流动行为。
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塑料工业上最常用的熔融指数 MI ：指在一定的 温度下和规定负荷下（2160g），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。
（蚯蚓蠕动）
2021/3/1
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它的流变行为强烈地依赖于聚合物本身的结 构、分子量及其分布、温度、压力、时间、 作用力的性质和大小等外界条件的影响。
绝大数高分子成型加工都是粘流态下加工的， 如挤出，注射，吹塑等。
热塑性塑料成型过程一般需经历加热塑化、 流动成型和冷却固化三个基本步骤。
弹性形变及其后的松驰影响制品的外观，尺 寸稳定性。
给定温度和压力下，对于非牛顿型流体，其ηa不是常量；它与剪
2021切/3/1速率有关。倘若是牛顿流体，ηa就是牛顿粘度。
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聚合物普适流动曲线分三个区域
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。 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。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
在高切变速率区，流动曲线的斜率n＝1，符合牛顿流动
定律。该区的粘度称为无穷切粘度或极限粘度η∞。
202从1/3聚/1 合物流动曲线，可求得η、η∞和ηa。
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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 速度等于形在的速度，粘度保持不变，且最高。
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、100℃，预热3min，转动4min。
2021门/3/1尼粘度越小，流动性越好。
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9.2 聚合物熔体的切粘度
9.2.1 测定方法
1、落球粘度计： 测低切变速率下零切粘度。
2、毛细管粘度计：使用最为广泛，可在较宽的范围调节剪 切速率和温度，最接近加工条件。 还可研究聚合物流 体的弹性和不稳定流动现象。
剪切形变
dx dy
， 剪切应力
F
A
切变速率
• d rd(d) xd(d) xd v(s-1 ) d tdd t ydd y td y
牛顿流动定律：
•
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η：单位Pa·s 6
2、非牛顿流体：
宾汉流体：
指一种最早由尤金·宾汉提出的粘弹性非牛顿流体. 其流动 性为线性.宾汉流体描述为:
3、旋转粘度计：
有同轴圆筒式、锥板式、平行板式。主要适用于聚合物
浓溶液或胶乳的粘度和聚合物熔体粘度的常用仪器。
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落球粘度 计
上式
2021/3/1
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宾哈流体因流动而产生的形变完全不能恢复而作为永久变形保存下来， 即这种流动变形具有典型塑性形变的特征，故又常将宾哈流体称为塑 性流体。
假塑性流体：
其表观剪切黏度随剪切速率的增加而减小的一种非牛顿流 体 ，非牛顿流体中最为普通的一种。 流动曲线：流动曲线不是直线，而是一条斜率先迅速变大 而后又逐渐变小的曲线，而且不存在屈服应力。 流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。即剪切变稀。 例子：橡胶、绝大多数聚合物、塑料的熔体和溶液。