高分子物理_流变性能

随剪切速率增大，a 降低。
（3）流动方程
例：大多数高聚物熔体。
4、胀塑性流体(dilatant fluid) （1）流动曲线 （2）流动特征 不是常数（定义为表观黏度a ）
随剪切速率增大，a 升高。
（3）流动方程
例：PVC增塑糊、填充PA6。
剪切速率(shear rate) 定义：单位时间内的剪切应变值。用 表示，单位：s-1
二、高聚物熔体的假塑性流动行为(pseudoplastic behavior)
1、熔体结构特点
长链的无规热运动，使高分子链呈无规卷曲状，从而使熔 体中分子链彼此交织缠结（物理缠结）。形成的缠结数越多， 熔体的黏度越高； 温度一定，缠结点的解散与建立处于相互适应的动平衡状 态；
具有瞬息万变的“交联网状”结构。而这种“交联网状” 结构使流动单元增大，黏度升高。
一、高聚物熔体的基本流变特性
1、高聚物熔体的流动是以大分子的链段运动为基础 2、高聚物熔体的黏度很高，而且随相对分子质量的增大而显 著提高
3、高聚物熔体在流动过程中，伴随有高弹形变发生
4、高聚物熔体的流动不符合牛顿流动定律 5、高聚物熔体的流动通常为层流。
二、流体的基本类型
1、牛顿型流体(Newtonian fluid) （1）流动曲线 （2）流动特征
第五节
一、意义
高聚物熔体黏度的测定
熔体的流动性（熔体黏度）是高分子材料成型时必须考虑 的重要性能。了解材料的流动性，其意义表现在： 材料的选择 指导成型设备、成型模具的设计 合理地确定成型工艺条件和成型物料的配方设计。 二、测定方法
测定高聚物流动性（熔体黏度）的方法和仪器很多，且各 有其优缺点和适用范围，可以相互补充。各种测定方法的比较 见下表。
1、分子链柔性
刚性链的温敏性较柔性链更强。
2、分子间力 分子间力大，温敏性强。
应用：对于温敏性强的材料，可采取升高温度的方法，有效降 低黏度。
第四节
高聚物熔体的弹性效应
一、包轴现象（爬杆效应，韦森堡效应）
(rod climbing phenomenon)
二、挤出物胀大现象（出口膨胀效应，弹性记忆效应） (extrusion swelling) 三、不稳定流动（熔体破裂） (non-stable flow，melt fracture)
剪切应力与剪切速率成正比，即黏度不变
（3）流动方程
2、宾汉塑性体(Bingham plastic fluid) （1）流动曲线 （2）流动特征 存在一初始应力 0 ，当 0 时，才有流动。
（3）流动方程
例：泥浆、牙膏、黄油等。
3、假塑性流体(pseudoplastic fluid) （1）流动曲线 （2）流动特征 不是常数（定义为表观黏度a ）
1、分子链柔性
柔性链的剪敏性较刚性链强。
2、相对分子质量 相对分子质量高，剪敏性强。 3、相对分子质量分布 分布宽，剪敏性强。
应用：对于剪敏性强的材料，可采取提高剪切速率的方法，有 效降低黏度。
三、温度
总体上，随温度升高，黏度降低。但不同高聚物降低的程度不 同，即温度的敏感性（简称为温敏性）不同。
第二节
高聚物熔体的剪切流动特征
一、高聚物熔体的流动曲线 1、牛顿流体的流动曲线
2、高聚物熔体的流动曲线
曲线的解析
曲线可分成三个区域，表明高聚物熔体在不同的切变速率范围 内有不同的流动行为。
I区（即蓝色段）：在低切变速率下，曲线为斜率为1的直线， 表明高聚物熔体的流动行为属于牛顿型，称为第一牛顿区，其 黏度恒定且最大，称为零切黏度0 ； II区（即红色段）：在通常的切变速率下，曲线为斜率小于1的 直线，表明黏度随切变速率的增大而降低，显示为假塑性流动 行为，所对应的黏度为表观黏度a ； III区（即绿色段）：在高切变速率下，流动曲线又为斜率为1的 直线，表明此时又表现出牛顿流动行为，称为第二牛顿区，其 对应的黏度恒定且最小，称为无限切黏度 。
第四节
1、现象
高聚物熔体的弹性效应
一、包轴现象（爬杆效应，韦森堡效应）
2、定义
高聚物熔体受搅拌时，会沿搅拌棒上升，并形成一定厚度的包 轴层。这种现象称为包轴现象。
3、机理
搅拌→周向流动（周向剪切应力）→分子链沿周向被拉伸取向 （近棒处程度最高）→产生弹性储能→一方面会产生内裹力， 形成包轴，另一方面会通过回缩，产生法向应力，从而形成爬 杆。
2、假塑性流动行为的原因 外力具有解缠结效应，既散多结少，解散速>重建速度； 解缠结效应使得流动单元减小； 外力越大，解缠结效应越显著，流动单元越小，黏度越低。
3、关于第一牛顿区和第二牛顿区
I区：剪切速率很小，剪切应力很小，几乎无解缠结效应，即 破坏的缠结来得及重建，流动单元最大且不变，所以黏度恒定 且最大； III区：剪切速率很大，剪切应力很大，完全解缠结，即破坏的 缠结来得及重建，流动单元最小且不变，所以黏度恒定且最小
高聚物熔体流动性的各种测定方法比较 测定仪器 落球黏度计 熔体流动速率仪 同轴圆筒黏度计 平行平板黏度计 锥板式流变仪 门尼黏度计 压缩型 振荡型 混炼型 挤出式毛细管 s) 剪切速率范围(s-1) 黏度范围(Pa· <<10-2 10-3~103 1~102 ~104 10-3~102 10-1~1011 10-3~102 103~108 10-3~102 102~1011 1.57 ~105 ~105 ≤0.1 — 很低 ~102 — 10-2~106 10-1~107
三、熔体流动速率(Melt Flow Rate, MFR)
1、定义 在一定温度和负荷下，热塑性聚合物熔体于10分钟内从规定口 径的毛细管中流出的重量克数。单位：g/10min 2、测定仪器 熔体流动速率仪 3、熔体流动速率与流动性的关系 MFR越大，熔体流动性越好；反之，流动性越差。
注意：不同聚合物，由于测定条件不同，故其MFR无可比性。
来自百度文库 第三节
影响高聚物熔体流动性的因素
一、链结构 1、链的柔性
分子链柔性越好，链段运动能力越强，分子整链的位移也越容易，黏度越 低。
2、分子间力
分子间力越大，黏度越高。
3、相对分子质量
相对分子质量越高，黏度急剧升高。
4、支化
短支链使分子间距离增大，黏度↓；长支链则使缠结点增多，黏度↑。
二、剪切速率
总体上，随剪切速率升高，黏度降低。但不同高聚物降低的程 度不同，即剪切速率的敏感性（简称为剪敏性）不同。
表观黏度（apparent viscosity)
定义：把牛顿流动定律直接应用于非牛顿流体时得到的黏度 值。用 a 表示，单位：Pa· s
表观黏度与真实黏度的关系：对高聚物熔体而言，a 真
原因：“黏度”按理是对不可逆的塑性形变而言的，但高聚 物熔体在流动过程中，是不可逆与可逆的两种形变的组合。 即剪切应变中还包括着弹性形变部分，故表观黏度比高聚物 熔体的真实黏度小。
当 F时， 发生熔体破裂现象 。
弹性雷诺数（N*）
N*<1，普通的液体流动； N*=1~7，黏弹性形变；
N*>7，发生不稳定流动（或熔体破裂）
三、不稳定流动（熔体破裂）
熔体破裂指数（NF）
当 NF 1106 N / m2 时，即发生熔体破裂。
4、产生原因 管壁滑移，造成时黏时滑； 入口处突然受到很大的拉伸应力和应变； 流道中有死角。
三、不稳定流动（熔体破裂）
1、现象 2、定义：当剪切速率或剪切应力增大到某一数值后，挤出物表面
粗糙、闷光，出现扭曲、畸变（波浪形、竹节状、周期性螺旋形等） 甚至支离破碎的现象。统称为不稳定流动或熔体破裂。
三、不稳定流动（熔体破裂）
临界剪切应力（ F）
F 1.25105 N / m2
二、挤出物胀大现象（出口膨胀现象，弹性记忆效应） 1、现象 2、定义：高聚物熔体挤出口模后，其直径或壁厚增大的现象。
B D D0
3、表征：胀大比（B）
4、机理
（1）唯象解释
具有弹性的流动单元→在入口处被强制弹性变形→出口处约束力消 失→因弹性记忆产生弹性回复力→恢复原状（膨胀） （2）分子运动机理 卷曲的高分子链→在入口处被迫舒展，取向（高弹形变）→出口处 约束力消失→因分子热运动力图回复到卷曲状态，产生弹性回复力 →恢复原状（膨胀）
►第六章 高聚物的流变性能
(Rheological property)
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 基本概念 高聚物熔体的剪切流动特征 影响高聚物熔体流动性的因素 高聚物熔体的弹性效应 高聚物熔体黏度的测定
第一节
基本概念
流变性：物质流动与变形的性能及其行为表现。 流变学(rheology)：研究物质在外力作用下的流动与变形的 科学。 高聚物熔体的流变性对高聚物材料的成型加工有着重要 的意义。从理论上搞清楚高分子材料在熔融状态下的流动与 变形的规律，将对制品成型时的选料、配方设计、成型方法 和成型的工艺条件、设备及成型模具的结构设计都具有指导 意义。因此，高聚物流变学已成为高分子材料成型加工的重 要的理论基础。
不同用途、不同加工方法对高聚物的MFR有不同要求。一般来 说，注射成型要求MFR较高，而挤出成型要求MFR较低，吹塑成 型要求MFR介于二者之间。