二章 聚合物的流变性质.ppt

《二章 聚合物的流变性质.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章聚合物流变性质流变学：研究物质流动与形变的科学聚合物流变学主要研究聚合物在应力作用下产生弹性、塑性、粘性形变的行为以及影响因素。意义聚合物材料的选择和使用加工时工艺条件的确定加工设备的设计提高产品质量2.1聚合物熔体的流变行为流动曲线（剪切应力—剪切速率关系曲线）2.2影响聚合物流变行为的主要因素温度，压力，剪切速率，大分子结构，其他（小分子等）大分子链的缠结自由体积（未被大分子占领的空隙，是链段进行扩散运动的场所）…2.1聚合物熔体的流变行为应力（t,s,P）：材料受力后内部产生的与外力相平衡的作用力。三种应力

2、：剪切应力t、拉伸应力s、流体静压力P应变：材料受力产生的形状和尺寸的变化。应变速率：单位时间内的应变。剪切流动：剪切应力作用下产生的流动。拉伸流动：拉伸应力作用下产生的流动。聚合物熔体的雷诺数通常小于1，一般为层流Re=管径X流速X密度粘度（Re<2100，层流；Re>2500，湍流）剪切流动的层流模型剪切应力t=F/A(N/m2,Pa,帕）速度梯度du/dr(s-1）剪切应变g=dx/dr（无量纲）剪切速率剪切速率=速度梯度(s-1）牛顿流体由积分可得总应变：牛顿粘度m(Pa·s)粘度为液体抵抗外力引起流动形变的能

3、力。剪应力剪切速率斜率为m牛顿流体的特征：1，剪切应力与剪切速率成正比2，粘度不随剪切速率变化3，纯粘性流体，应力解除后应变保持剪切应力与剪切速率成正比（牛顿流动定律）。非牛顿流体剪切应力与剪切速率不成正比，液体的粘度也不是一个常数。不同类型流体的流动曲线（剪应力—剪切速率曲线）剪应力t剪切速率g·牛顿流体假塑性流体宾汉流体膨胀性流体ty表观粘度ha剪切速率膨胀性流体牛顿流体假塑性流体宾汉流体:剪切应力与剪切速率呈线性关系，但只有当剪应力大于屈服剪应力ty时才开始流动。流体在静止时存在凝胶结构。聚合物浓溶液和凝胶性塑料

4、糊的流变行为与宾汉流体相似。膨胀性流体:剪切速率的变化比剪切应力的变化慢，表观粘度随剪应力或剪切速率的增加而升高（切力增稠）。有些固体含量高的悬浮液属于此类。假塑性流体:剪切速率的变化比剪切应力的变化快，表观粘度随剪应力或剪切速率的增加而降低（切力变稀）。绝大多数聚合物熔体属于假塑性流体。聚合物液体（熔体、溶液、悬浮体）都是非牛顿流体，为粘弹性液体，是粘性和弹性行为的综合。在粘性流动中的弹性效应不能忽视，应变中包含了弹性应变的成分，应力消失后会有部分形变回复。指数定律是较成功地描述非牛顿流体流变行为的数学模型：K—粘度

5、系数n—流动行为特性指数或表观粘度为变数n=1时，牛顿流体n>1时，膨胀性流体n<1时，假塑性流体K，n均为常数指数定律方程的对数形式:n=1n>1n<1聚合物熔体在小的剪切速率范围内为直线，符合指数定律在大的剪切速率范围内不为直线I和III—牛顿流动区，斜率为1II—非牛顿流动区，斜率不为1IIIIII-3-2-101234IIIIII-3-2-101234聚合物液体在大的剪切速率范围内的流变性质聚合物液体在低剪切速率（或低应力）时表现为牛顿型流动的区域，所对应的粘度称为零切粘度h0（1）第一牛顿区可能原因：剪应力小

6、，聚合物液体的结构未发生明显变化，粘度不变。IIIIII-3-2-101234聚合物液体在大的剪切速率范围内的流变性质剪切速率（或应力）增大到一定值时，聚合物液体的结构（如大分子的构象、分子束尺寸等）开始发生变化，导致粘度随剪切速率而变化。（2）第二流动区（非牛顿区）“切力变稀”现象：剪切作用使聚合物液体的原有结构破坏，液体的流动阻力减小，以致表观粘度随剪切速率增大而降低。“切力增稠”现象：剪切作用使聚合物液体产生新的结构，液体的流动阻力增大，以致表观粘度随剪切速率增大而增高。“切力变稀”现象是绝大多数聚合物熔体、浓溶

7、液，以及一些聚合物悬浮体流变行为的特征，起因于大分子的长链性质。对于聚合物熔体，当剪切速率增大时，大分子逐渐从网络结构中解缠和滑移，熔体的结构出现明显的改变，高弹形变相对减小，分子间范德华力减弱，因此流动阻力减小，以致表观粘度随剪切速率增大而逐渐降低。对于聚合物熔液，增大的应力或剪切速率会使已渗透到大分子线团或粒子内部的溶剂分子等小分子物质从原来稳定的体系中分离出来。在使线团或粒子的尺寸缩小的同时，粒子间分布了更多的溶剂，从而使体系的流动阻力大大减小，表观粘度降低。“切力增稠”现象起因于剪切作用使聚合物液体产生新的结构

8、，液体的流动阻力增大，以致表观粘度随剪切速率增大而增高。这一过程伴有体积的胀大，因此称这类流体为膨胀性流体。高固含量悬浮液大多属于此类。剪切速率较大时，粒子移动较快，碰撞机会增多，流动阻力增大；同时，固体粒子也不能保持静止时的紧密堆砌，间隙增大，体系的总体积增大，原来勉强充满粒子间空隙的液体已不能充满增大了的空隙，粒子间的润滑作用