《流变学第六章》PPT课件

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1、第六章非线性粘性（非牛顿流体）6.1聚合物熔体流动特性聚合物熔体的流动不是线性粘性流动，即它们是非牛顿流体。其流动特性是与聚合物的分子结构有关的。聚合物为长链分子，又互相发生缠绕。在不受应力时，分子链通常以无规线团的形式存在，而在受应力发生流动时，分子链受应力的作用发生定向，同时缠绕逐步解体。这就产生了其粘度的剪切速率依赖性。由于有缠绕的存在，聚合物熔体流动时还有弹性的表现。下面的几种特殊的流动行为都可以用聚合物的分子结构，即分子链的定向及缠绕来解释6.1.1粘度的剪切速率依赖性牛顿流体的粘度在一定温度下是常数，与剪切速率无关，聚合物溶液和熔体的粘度则

2、有很强的剪切速率依赖性。实验发现，存在两种相反的剪切速率依赖性非牛顿流体的流动特性重点假塑性的曲线：粘度随剪切速率的增大而下降，这种性质称为假塑性（Pseudoplastic），或剪切稀化（Shear-thinning）。这种剪切稀化现象是由于流体中的粒子发生定向、伸展、变形或分散等使流动阻力减少而造成的。剪切稀化现象是可逆的，即当剪切速率下降或消失时流体的粘度就立即或仅有短时间的滞后即恢复至原来的粘度膨胀性的曲线：粘度随剪切速率的增大而上升，这种性质称为膨胀性（Dilatancy），也称为剪切稠化（Shearthickening）。典型的膨胀性流体是

3、PVC糊，其中增塑剂的加入量较少，刚刚足够润滑所有固体表面，填充固体粒子之间的牢隙。当剪切速率增加时，增塑剂来不及与固体粒子一起流动，不能完全填充固体粒子间的空隙，造成体系的粘度上升塑性的曲线：显示出一个屈服应力y，当应力小于y时，流体不流动，只发生切应变，应力＝0。当应力>y后，流体才发生流动，显示出假塑性6.1.2粘度的时间依赖性触变（摇溶）流体：恒定剪切速率下粘度随时间增加而降低的液体反触变（流凝）流体：恒定剪切速率下粘度随时间增加而增加的液体6.1.3聚合物熔体的弹性研究熔体弹性，一般从应力的回复和法向应力入手（1）应力的回复高聚物熔体

4、受剪切应力或拉伸应力作用，不但有消耗能量的流动，同时也储存能量。一旦作用应力或边界约束去除，此储存的弹性能会产生可回复的形变。弹性变形在外力除去后的松弛快慢，由松弛时间所决定（这将在第七章介绍），如果实际变形时间比高聚物的松弛时间大很多，则熔体的形变主要是粘性流动，因为弹性变形在此时间内几乎都已经松弛了。反之，如果实际的形变时间t比熔体的松弛时间小得多，则以弹性变形为主。（2）法向应力效应：高聚物熔体的流动在受剪切力作用时会产生法向应力差，从而呈现一些弹性现象简单剪切流动中，对牛顿流体，法向应力都是相等的：非牛顿流体，法向应力不同。两个法向应力差：N1

5、、N2——第一、第二法向应力差1、2——第一、第二法向应力差系数下标x：流动方向下标y：速度梯应方向（流速改变的方向）下标z：中性方向可以解释某些非牛顿流体特殊的流动特性，例如爬杆效应、挤出膨胀等法向应力效应是非牛顿流体的特性。因此要判断一个流体是牛顿流体，除应力S与剪切速率是否线性外，还应看N1、N2是否为零，即牛顿流体必须满足两个条件：①＝常数，或S＝②N1()=N2()=0，或1＝2＝0有关法向应力差的实验数据较少。在低剪切区，N1()

6、法向应力差N2为负值，较小，约为N1的10％（3）高聚物熔体弹性的表现爬杆现象是非牛顿流体的弹性的表现之一，又称为韦森堡（Weissenberg）效应（也有叫魏森贝格）如下图所示离心力法向应力>离心力“爬竿”现象离心力和法向应力在旋转轴处和容器壁上的A点和B点处设置了压力传感器，结果发现在甘油水溶液中B处的压力PB大于A处的压力PA，而在加入聚丙烯酰胺后则PA>PB，说明前者主要是离心力在起作用，而后者则是法向应力起主要作用爬杆现象解释——实验聚合物熔体经口模挤出后其断面膨胀，大于口模的断面，此种现象称为挤出膨胀或离模膨胀，这也是聚合物熔体在流动时的弹

7、性表现，即弹性记忆或弹性回复现象。也称巴勒斯效应（BarusEffect）。法向应力效应也是挤出膨胀的原因之一。大体有三种定性的解释：①聚合物熔体流动期间处于高剪切场内，大分子在流动方向取向，而在口模处发生解取向，引起离模膨胀，即为取向效应所引起的。②但聚合物熔体由大截面的流道进入小直径口模时，产生了弹性形变，在熔体被解除边界约束离开口模时，弹性变形获得恢复，引起离模膨胀，即为弹性变形效应或称之为记忆效应。③由于粘弹性流体的剪切变形，在垂直剪切方向上存在正应力作用，引发离模膨胀，即称为正应力效应。在聚合物加工过程中，还有一些其他的现象，都是由于弹性效应

8、（法向应力和回复力）所引起入口效应（压力降）流体不稳定流动熔体破裂6.1.４聚合物熔体流动特性