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1、第二章聚合物的流变性质研究聚合物的流动和形变的科学称为流变学。聚合物流变学研究的内容：应力作用下高分子产生弹性、塑性和粘性形变的行为；形变行为与聚合物结构、温度、力的大小与作用方式、作用时间以及聚合物体系的组成之间的关系。§2-1聚合物熔体的流变行为外力形变应力（受力方式）剪切应力拉伸应力流体静压应力聚合物在挤出机、喷嘴、河流道以及纺丝喷丝板的毛细孔道中的流动吹塑法、拉幅法生产薄膜影响粘度聚合物流动行为分为：牛顿流体和非牛顿流体。一、牛顿流体和流变方程聚合物熔体的流动基本上是层流流动，即一层层相邻的薄
2、层液体的相对滑移。液层有平直的平面,且相互完全平行.低分子在圆管中的流动:Re<2100,层流流动;Re>2500,湍流流动.液层的剪应力为:=F/A(N/m2)管壁固定层移动层管中心外力F摩擦力F’+ddrXA液层间的速度梯度:d/dr液层移动速度:=dx/dt=d(dx/dt)/dr=d(dx/dr)/dtdx/dr即剪切应力作用下该液层产生的剪切应变d/dr=d/dt=(S-1)..单位时间内的剪切应变,即剪切速率.低分子剪切应力与剪切速率之间的关系:.=(PaS
3、)称为牛顿粘度,其大小表征液体抵抗外力引起流动形变的能力.为液体自身所固有的性质,取决于分子结构和液体所处的温度.牛顿流体流变学方程应力作用时间t1t2引起总应变:=/(t2-t1)牛顿流体的特点:液体的应变随应力作用时间线性的增加,牛顿液体的应变是剪切力和时间的函数.t1t2(t)剪切应变剪应力牛顿粘度剪应力剪切速率牛顿液体的粘度不随剪切速率而变化为一常数.牛顿液体的应变具有不可逆性,是纯粘性流动的特点.以不同温度下剪应力对剪切速率或粘度对剪切速率做图所得到的曲线,成为流体的
4、流动曲线.二、非牛顿流体及其流变行为1.非牛顿流体的类型t1t2(t)粘性的剪切应变（）剪应力（）粘弹性的剪切应变膨胀性膨胀性牛顿性牛顿性假塑性假塑性宾汉体粘性液体假塑性流体膨胀性流体宾汉液体.粘弹性液体时间依赖性液体请模拟非牛顿流体的流动曲线。剪切应力（）剪切速率（）.宾汉液体膨胀性液体假塑性液体牛顿液体复合型液体剪切速率（）.表观粘度（a）假塑性液体膨胀性液体牛顿液体非牛顿流体流变行为特征（1）剪切粘度对剪切作用具有依赖性；（2）流动过程包含不可逆形变和可逆性变。2.粘性液体及其指数
5、定律粘性液体：假塑性液体、膨胀性液体、宾汉液体Ostwald-DeWaele指数定律方程(剪切速率窄范围)：.=Kn.a=Kn-1K：粘度系数；n：结构粘度指数。.log=logK+nlog.loga=logK+(n-1)logn=1牛顿型流体;n>1膨胀性流体;n<1假塑性流体;假塑性液体剪切速率宽范围:I第一流动区又称第一牛顿区低剪切速率流延成型塑料糊和胶乳的刮涂和浸渍0零切粘度II第二流动区又称非牛顿区III第三流动区又称第二牛顿区极限粘度IIIIIIlogaloglo
6、g●切力变稀与切力增稠“切力变稀”：剪切作用是液体原有结构破坏，液体的流动阻力减小，以致引起液体表观粘度随剪切速率增大而降低。切力变稀是很多聚合物熔体、溶液和悬浮体流变行为的特征。尤以分子链刚性较大和大分子形状不对称聚合物显著。切力变稀原因：对于熔体，大分子链的解缠和滑移，分子间范德华力减弱；对于溶液或分散体系，大分子线团和粒子内部的溶剂被挤出，其尺寸缩小，其间分布更多的溶液。“切力增稠”：当剪切速率或剪切力增加到某一数值液体中有新的结构形成，引起阻力增加，液体表观粘度增大，且伴随体积膨胀，因此称这
7、种流体为膨胀性液体。切力增稠现象常出现于固体含量较大的悬浮液体系。如聚氯乙烯糊。流动中发生结晶的熔体也属此类.静止时,固体粒子紧密堆砌,粒子间空隙小且充满液体.低剪切速率时,固体粒子在液体润滑作用下产生相对滑动.高剪切速率时,固体粒子移动速度加快,碰撞机会增多,流动阻力增大;粒子间的空隙增大,悬浮体系体积增加,粒子间液体润滑作用减小.大多数聚合物的成型加工在非牛顿区以较窄的剪切速率范围内进行.n值变化较小,常取定值.剪切速率(S-1)PMMA230℃Nylon-66285℃LDPE170℃PVC150
8、℃10-1--0.7-11.00-0.44-100.820.960.320.621020.460.910.260.551030.220.71-0.471040.180.40--105-0.28--热塑性聚合物n值加工方法剪切速率,S-1加工方法剪切速率,S-1模压1~10纤维纺丝103~105混炼与压延10~102注射103~104(可低至105)挤出102~103(可低至10)表观粘度a与加工方法主要成型加工方法的剪切速率范围a(N·s/m2)10
