《流变学总复习》PPT课件

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1、高分子流变学基础总复习流变学是一门研究材料流动及变形规律的科学。流变学是力学的一个新分支，它主要研究材料在应力、应变、温度、湿度、辐射等条件下与时间因素有关的变形和流动的规律。高分子材料流变学则是研究高分子液体在流动状态下的非线性黏弹行为，以及这种行为与材料结构及其物理、化学性质的关系。高分子材料流变学可分高分子结构流变学和高分子加工流变学两大块。高分子流体是一个泛意上的概念。包括：高分子的均相熔体；多相体系熔体；复合体系熔体；乳液；悬浮液；高分子浓溶液、稀溶液等。高分子流体流动行为常常取决于下面多种因素：分子量的大小和分子量的分布；分子的结构、形

2、状和分子之间的相互作用；相间的相互作用；温度和流场的形状；物理缠结和化学交联等。影响聚合物加工的主要流变性能主要有聚合物的流动性、弹性和断裂特性。流动性：以黏度的倒数表示流动性。按作用方式的不同，流动可以分为剪切流动和拉伸流动；相应地有剪切黏度和拉伸黏度。弹性：由于聚合物流体流动时，伴随有高弹形变的产生和贮存，故外力除去后会发生回缩等现象。断裂特性：是影响聚合物（尤其是橡胶）加工的又一流变特性，它主要是指生胶的扯断伸长率，以及弹性与塑性之比。聚合物流变行为的特性多样性:聚合物的种类和结构，固体高聚物有线性弹性、橡胶弹性及黏弹性；溶液和熔体有线性黏性

3、、非线性黏性、触变性等不同的流变行为。高弹性：聚合物所特有的流变行为，轻度交联的高聚物(橡胶)。时间依赖性：松弛现象与聚合物长链分子的结构以及分子链之间互相缠结有关。第二部分流体形变类型分为最基本的三类：拉伸和单向膨胀；各向同性的压缩和膨胀；简单剪切和简单剪切流。标量：没有任何方向性的纯数值的量。如质量、密度、体积等。其特征是其值不随坐标等变换而改变。矢量：即有大小，又有方向的量。如位移、速度、温度梯度等。张量：物理定义：在一点处不同方向面上具有各个矢量值的物理量。流变学中应用的是二阶张量。数学定义：在笛卡尔坐标系上一组有3n个有序矢量的集合。n称

4、为张量的阶数，标量为零阶张量，矢量为一阶张量。张量的特性①如果在一个坐标系中，笛卡儿张量的所有分量都等于零，那么它们在所有其他笛卡儿坐标系中也等于零。②两个同阶笛卡儿张量的和或差仍是同阶张量，于是同阶张量的任何线性组合仍是同阶张量。③张量方程的意义。如果某个张量方程在一个坐标系中能够成立，那么对于用允许变换所能得到的所有坐标系，它也成立。本构方程反映流体的力学本质特征的方程；联系应力张量和应变张量或应变速率张量的所有分量的方程；又称为流变状态方程。建立本构方程是流变学的中心任务。线性弹性虎克定律与弹性常数虎克定律:应力与应变之间存在线性关系。

5、=c弹性常数线性弹性也称为虎克弹性。拉伸实验中，材料在受拉应力作用下产生长度方向的应变，根据虎克定律：=EE表示材料的刚性。E越大，产生相同的应变需要的应力越大，即材料不易变形，刚性高。E为常数，称为杨氏模量或拉伸模量D＝1/E=DE的倒数D称为拉伸柔量（Tensioncompliance），D越大表示材料越易变形，刚性低。＝/泊松比（Poissonratio）由材料性质决定的，表示侧边变形的大小。在拉伸实验中，定义：侧边的分数减量，也与应力成正比，在流变学中使用泊松比在各向同性压缩实验中，材料的应变应为其体积的变化分数△

6、V/V。所加应力用压力P来表示，则：P＝－K△V/V0K为弹性常数，称为体积模量（Bulkmodulus）B＝1/K△V/V0=－BPB为体积柔量（Bulkcompliance）＝GG为弹性常数，称为剪切模量简单剪切实验＝GG为弹性常数，称为剪切模量（Shearmodulus）J＝1/G＝JJ称为剪切柔量（Shearcompliance）E，G，K和弹性常数不是相互独立的，而是相互有一定的关系。因此表征一个材料的线性弹性只需其中两个就足够。线性弹性变形的特点（5）应力与应变成线性关系=E（4）无能量损失（3）变形在外力移除后完全回

7、复（1）变形小（2）变形无时间依赖性线性黏性变形的特点（1）变形的时间依赖性流体的变形随时间不断发展，即时间依赖性。（2）流变变形的不可回复性这是黏性变形的特点，其变形是永久性的，称为永久变形。聚合物熔体发生流动，涉及到分子链之间的相对滑移，当然，这种变形是不能回复的。（3）能量散失外力对流体所作的功在流动中转化为热能而散失，这一点与弹性变形过程中储能完全相反。（4）正比性线性黏性流动中应力与应变速率（剪切速率）成正比，黏度与应变速率无关。流动方式（测黏流动）1圆管中流体的稳定层流测定流体通过一根细管流动的流量来测定流体的黏度是常用的方法。假定流动

8、是稳定的：即流体内每个质点的流动速度不随时间变化。可看作圆管中许多无限薄的同心圆柱状流体薄层的流动。Q＝R4(△P)/8