第1章 塑料成型基础4_
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0
时，不流动；当应力
0
高于τ 0时，流动与牛顿型流体一样。 τ
称为
屈服应力。
如纸浆、牙膏、污水泥浆等。
Ⅳ 触变性流体：表观粘度随时间的延长 而减小，如油漆等。 Ⅴ 粘弹性流体：既有粘性，又有弹性。 当从大容器口挤出时， 挤出物会自动 胀大。 如塑料和纤维生产中都存在这种现象。
τ
0
d u /d y
A -牛顿流体； B -假塑性流体； C -宾汉塑性流体； D-胀塑性流体； 牛顿流体与非牛顿流体剪应力 与速度梯度的关系
u F
du r 0 x u=0
层流? 紊流? 过渡流?
Hale Waihona Puke Baidudr
平板间的流体剪应力与速度梯度
R
西南交通大学
注塑成型工艺及模具设计
层流：
* 流体质点做直线运动； * 流体分层流动，层间不相混合、不碰撞； * 流动阻力来源于层间粘性摩擦力。 湍流： 主体做轴向运动，同时有径向脉动；
2019/1/16
特征：流体质点的脉动 。 过渡流： 不是独立流型（层流+湍流），
注塑成型工艺及模具设计
2019/1/16
第一章 塑料成型基础
第四节 聚合物的流变学性质
西南交通大学
注塑成型工艺及模具设计
流变学—研究物质变形与流动的科学。
2019/1/16
粘流态的聚合物在外力作用下，相互交缠卷曲的大分子链将会沿受 力方向发生解缠，伸直以及相对滑移，从而表现出一种变形量很大的 宏观流动。 聚合物的流变学主要研究聚合物在外力作用下产生的应力、应变和 应变速率等力学现象与自身粘度之间的关系，以及影响这些关系的各 种因素。
流体处于不稳定状态（易发生流型转变）。 西南交通大学
注塑成型工艺及模具设计
2019/1/16
1.牛顿流动规律：
牛顿在研究液体流动时发现，温度一定时，低分子液 体在流动时的切应力和剪切速率之间存在着如下关系：
d d dr dt
西南交通大学
注塑成型工艺及模具设计
2019/1/16
讨论： n＝1时， a K 这意味着非牛顿流体变为牛顿流体，所以， n值可以用来反映非牛顿也体偏离牛顿流体性质的程度。 n≠1时 ，绝对值∣1－n∣越大，流体的非牛顿性越强，剪切速 率对表观粘度的影响越强。 其中n＜1时，称为假塑性液体。（在注射成型中，除了热固性 聚合物和少数热塑性聚合物外，大多数聚合物熔体均有近似假塑 性液体流变学的性质） n ＞1时，称为膨胀性液体。（属于膨胀性液体的主要是一些固 体含量较高的聚合物悬乳液）
西南交通大学
注塑成型工艺及模具设计
（3）压力对粘度的影响
2019/1/16
注：粘度对压力的敏感性会因聚合物不同而不同。通常认 为，聚合物熔体的压缩率越大，其粘度对压力的敏感性越强
1—膨胀性流体； 2—牛顿流体；3—假塑性流体
西南交通大学
注塑成型工艺及模具设计
Ⅰ 假塑性流体：表观粘度随速度梯度的增大而减小。 几乎所有高分子溶液或溶体属于假塑性流体。
2019/1/16
Ⅱ 胀塑性流体：表观粘度随速度梯度的增大而增大。
淀粉、硅酸盐等悬浮液属于胀塑性流体。 Ⅲ 粘塑性流体：当应力低于τ
n=1,但只有切应力达到或超过一定值后才能流动时,称为宾 哈姆流体
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注塑成型工艺及模具设计
5
2019/1/16
切 应 力
1 2
表 观 粘 度
1
3
4
剪切速率
不同类型流体的流动曲线
1—膨胀性流体； 2—牛顿流体； 3—假塑性流体； 4—复合型流体 5—宾哈姆流体
2 3
剪切速率
不同类型流体的流变曲线
注塑成型工艺及模具设计
2019/1/16
2. 指数流动规律：
dv d K K K n dr dt
n n
式中 K—与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合物熔 体的粘稠性，称为粘度系数； n—与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合物熔 体偏离牛顿流体性质的程度，称为非牛顿指数。 注： 在注射成型中，只有少数聚合物熔体的粘度对剪切速 率不敏感如PA、PC等，除常把它们近似视为牛顿流体外， 其它绝大多数的聚合物熔体都表现为非牛顿流体。这些 聚合物熔体都近似地服从指数流动规律。 西南交通大学
式中
d dr
d dt
—液层之间的单位距离内的速度差，称为速度梯度 —单位时间内的切应变，称为剪切速率。 —比例常数，称为剪切粘度或牛顿粘度。
凡是液体层流时符合牛顿流动规律的通称牛顿流体， 其特征为应变随应力作用的时间线性地增加，且粘度保 持不变（定温情况下），应变具有不可逆性质，应力解 除后应变以永久变形保持下来。 西南交通大学
西南交通大学
注塑成型工艺及模具设计
2019/1/16
3.假塑性液体的流变学性质
在中等剪切速率区域，假塑性液体的流变学性质表现为： 1）变形和流动所需要的切应力随剪切速率变化，并呈 指数规律增大； 2）变形和流动所受到的粘滞阻力，即液体的表观粘度 随剪切速率变化，并呈指数规律减小。 这种现象称为假塑性液体的“剪切稀化”
注塑成型工艺及模具设计
上式可改写为： K n1
2019/1/16
（1.5）
a K n1 （称为流变方程） （1.6）
a
a —
（称为流动方程）
（1.7）
非牛顿液体的表观粘度。
就表观粘度的力学性质而言，它与牛顿粘度相同。但是， 表观粘度表征的是非牛顿液体（服从指数流动规律）在外力 的左右下抵抗剪切变形的能力。由于非牛顿液体的流动规律 比较复杂，表观粘度除与流体本身的性质以及温度有关以外， 还受剪切速率的影响，这就意味着外力的大小及其作用时间 也能改变流体的粘稠性。
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注塑成型工艺及模具设计
2019/1/16
4.影响聚合物流变学性质的因素
（1）聚合物结构对粘度的影响 分子结构 相对分子质量 相对分子质量分布（聚合物内大分子之间相对分 子质量的差异） 助剂 （2）温度对粘度的影响
注：注射成型生产中，依靠提高温度降低熔体粘度以改善流动 性的工艺控制方法，主要适用于粘度对剪切速率不太敏感或其熔体 近似服从牛顿流动规律的聚合物，如PMMA、PC、PA-66等这些材 料不需要增加很多温度而它们的粘度却下降不少。
时，不流动；当应力
0
高于τ 0时，流动与牛顿型流体一样。 τ
称为
屈服应力。
如纸浆、牙膏、污水泥浆等。
Ⅳ 触变性流体：表观粘度随时间的延长 而减小，如油漆等。 Ⅴ 粘弹性流体：既有粘性，又有弹性。 当从大容器口挤出时， 挤出物会自动 胀大。 如塑料和纤维生产中都存在这种现象。
τ
0
d u /d y
A -牛顿流体； B -假塑性流体； C -宾汉塑性流体； D-胀塑性流体； 牛顿流体与非牛顿流体剪应力 与速度梯度的关系
u F
du r 0 x u=0
层流? 紊流? 过渡流?
Hale Waihona Puke Baidudr
平板间的流体剪应力与速度梯度
R
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层流：
* 流体质点做直线运动； * 流体分层流动，层间不相混合、不碰撞； * 流动阻力来源于层间粘性摩擦力。 湍流： 主体做轴向运动，同时有径向脉动；
2019/1/16
特征：流体质点的脉动 。 过渡流： 不是独立流型（层流+湍流），
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第一章 塑料成型基础
第四节 聚合物的流变学性质
西南交通大学
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流变学—研究物质变形与流动的科学。
2019/1/16
粘流态的聚合物在外力作用下，相互交缠卷曲的大分子链将会沿受 力方向发生解缠，伸直以及相对滑移，从而表现出一种变形量很大的 宏观流动。 聚合物的流变学主要研究聚合物在外力作用下产生的应力、应变和 应变速率等力学现象与自身粘度之间的关系，以及影响这些关系的各 种因素。
流体处于不稳定状态（易发生流型转变）。 西南交通大学
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1.牛顿流动规律：
牛顿在研究液体流动时发现，温度一定时，低分子液 体在流动时的切应力和剪切速率之间存在着如下关系：
d d dr dt
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2019/1/16
讨论： n＝1时， a K 这意味着非牛顿流体变为牛顿流体，所以， n值可以用来反映非牛顿也体偏离牛顿流体性质的程度。 n≠1时 ，绝对值∣1－n∣越大，流体的非牛顿性越强，剪切速 率对表观粘度的影响越强。 其中n＜1时，称为假塑性液体。（在注射成型中，除了热固性 聚合物和少数热塑性聚合物外，大多数聚合物熔体均有近似假塑 性液体流变学的性质） n ＞1时，称为膨胀性液体。（属于膨胀性液体的主要是一些固 体含量较高的聚合物悬乳液）
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（3）压力对粘度的影响
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注：粘度对压力的敏感性会因聚合物不同而不同。通常认 为，聚合物熔体的压缩率越大，其粘度对压力的敏感性越强
1—膨胀性流体； 2—牛顿流体；3—假塑性流体
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Ⅰ 假塑性流体：表观粘度随速度梯度的增大而减小。 几乎所有高分子溶液或溶体属于假塑性流体。
2019/1/16
Ⅱ 胀塑性流体：表观粘度随速度梯度的增大而增大。
淀粉、硅酸盐等悬浮液属于胀塑性流体。 Ⅲ 粘塑性流体：当应力低于τ
n=1,但只有切应力达到或超过一定值后才能流动时,称为宾 哈姆流体
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5
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切 应 力
1 2
表 观 粘 度
1
3
4
剪切速率
不同类型流体的流动曲线
1—膨胀性流体； 2—牛顿流体； 3—假塑性流体； 4—复合型流体 5—宾哈姆流体
2 3
剪切速率
不同类型流体的流变曲线
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2. 指数流动规律：
dv d K K K n dr dt
n n
式中 K—与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合物熔 体的粘稠性，称为粘度系数； n—与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合物熔 体偏离牛顿流体性质的程度，称为非牛顿指数。 注： 在注射成型中，只有少数聚合物熔体的粘度对剪切速 率不敏感如PA、PC等，除常把它们近似视为牛顿流体外， 其它绝大多数的聚合物熔体都表现为非牛顿流体。这些 聚合物熔体都近似地服从指数流动规律。 西南交通大学
式中
d dr
d dt
—液层之间的单位距离内的速度差，称为速度梯度 —单位时间内的切应变，称为剪切速率。 —比例常数，称为剪切粘度或牛顿粘度。
凡是液体层流时符合牛顿流动规律的通称牛顿流体， 其特征为应变随应力作用的时间线性地增加，且粘度保 持不变（定温情况下），应变具有不可逆性质，应力解 除后应变以永久变形保持下来。 西南交通大学
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3.假塑性液体的流变学性质
在中等剪切速率区域，假塑性液体的流变学性质表现为： 1）变形和流动所需要的切应力随剪切速率变化，并呈 指数规律增大； 2）变形和流动所受到的粘滞阻力，即液体的表观粘度 随剪切速率变化，并呈指数规律减小。 这种现象称为假塑性液体的“剪切稀化”
注塑成型工艺及模具设计
上式可改写为： K n1
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（1.5）
a K n1 （称为流变方程） （1.6）
a
a —
（称为流动方程）
（1.7）
非牛顿液体的表观粘度。
就表观粘度的力学性质而言，它与牛顿粘度相同。但是， 表观粘度表征的是非牛顿液体（服从指数流动规律）在外力 的左右下抵抗剪切变形的能力。由于非牛顿液体的流动规律 比较复杂，表观粘度除与流体本身的性质以及温度有关以外， 还受剪切速率的影响，这就意味着外力的大小及其作用时间 也能改变流体的粘稠性。
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4.影响聚合物流变学性质的因素
（1）聚合物结构对粘度的影响 分子结构 相对分子质量 相对分子质量分布（聚合物内大分子之间相对分 子质量的差异） 助剂 （2）温度对粘度的影响
注：注射成型生产中，依靠提高温度降低熔体粘度以改善流动 性的工艺控制方法，主要适用于粘度对剪切速率不太敏感或其熔体 近似服从牛顿流动规律的聚合物，如PMMA、PC、PA-66等这些材 料不需要增加很多温度而它们的粘度却下降不少。