第二章高分子成形流变学基础ppt课件.ppt

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1、第二章高分子成形流变学基础2.1高分子成形的流动特征2.2高分子成形的剪切流动2.3高分子成形的拉伸流动2.4高分子成形的流动分析2.5高分子成形的流体弹性2.6高分子流变性能的测定2.1高分子成形的流动特征高分子流体成形过程的流变行为十分复杂：黏性和弹性的复杂组合流动过程黏性阻力，热效应，温度变化；流体结构甚至有时间相关性流动变形影响因素：温度、压力、流动状态、应力方式、分子结构和组织结构等一、层流和湍流两种流动状态：层流和湍流层流状态时流体质点无横向迁移和窜流湍流时流体质点存在明显的横向迁移和窜流，流动中存在强烈流体混合高

2、分子成形过程中流体流动一般都为层流挤出、注射、压延等成形流体黏度通常很大；浇铸、压制等成形流速很低二、稳态流动和非稳态流动稳态流动：流道任何部位的流速、物理状态均不随时间而变化，但是各部位不一定相同，比如挤出机的正常操作过程非稳态流动：流动状况随时间而变化，比如熔体充模过程三、剪切流动和拉伸流动成形流动两种主要类型：剪切流动和拉伸流动剪切流动：流体受到剪切应力作用产生的流动，挤出机、注射机和口模等的流动拉伸流动：纺丝细流离开喷丝孔处时受拉伸和流体在截面积变化流道中的流动等实际成形过程：常常既受剪切应力作用又受拉伸应力作用，还受

3、流体静压力作用，实际流动往往是二者或多者的组合（按流动边界条件分）剪切流动：拖曳流动和压力流动拖曳流动：由边界运动而产生的流动，如运转辊筒表面流体的流动压力流动：边界固定，外加压力作用于流体而产生的流动。浇铸流道和挤出流道四、一维流动、二维流动和三维流动一维流动：流体内部质点速度仅在一个方向上变动，如等径圆管中稳态层流二维流动：流道内各质点的速度需要用两个垂直于流动方向的坐标来表示比如流体在矩形或椭圆形截面流道中流动三维流动：质点速度沿截面的纵横两个方向和主流动方向都在变化比如流体在锥形或收缩形的矩形体管道中的收敛流动有的二维

4、流动可近似按一维流动处理：平行板狭缝流道和间隙很小圆环形流道五、等温流动和非等温流动等温流动：指流体各处的温度均相等且保持不变的流动等温流动情况下流体与外界可以热交换，但传入和输出的热量相等实际成形的流动一般在流道径向和轴向都存在温度梯度，为非等温流动原因：①流道各区域有意控温；②流动时径向黏性摩擦生热效应差异；③流动压力降以至膨胀产生冷却效应，径向膨胀冷却效应差异不同本章主要讨论流体在等温稳态层流时行为表现2.2　高分子成形的剪切流动流体流变性质的主要表现：黏度成形流变学最重要的内容：流体的黏度及其变化规律流体类型：牛顿型流

5、体和非牛顿型流体流动行为相应分别为牛顿型流动和非牛顿型流动流动曲线：剪应力（或剪切粘度）与剪切应变速率之间关系的曲线2.2.1牛顿流体及其流动2.2.2非牛顿流体及其流动2.2.3剪切流动的影响因素2.2.1牛顿流体及其流动速度梯度：是一个流层相对于邻近流层移动的距离，它是剪切力作用下该层流体产生的剪切应变，即剪切速率：图2.1剪切流动层流模型（管中心）移动层v外力F摩擦力F1（管壁）固定面y(R)v+dvvdvAxdy(dr著名牛顿粘性定律方程：所有非聚合态流体（如低分子有机物和水等）都属于牛顿流体牛顿流体特征：①牛顿粘度是

6、一常数，不随剪切速率而变化②牛顿流体曲线是通过直角坐标系原点的直线，斜率即是③牛顿流体的应变具有不可逆性，是纯粘性流动2.2.2非牛顿流体及其流动非牛顿型流体黏度：剪应力或剪切速率依赖性类型：黏性流体、黏弹性流体和时间依赖性流体黏性流体应变都是不可逆，黏弹性流体部分应变可逆黏弹性流体：常先作黏性流体处理然后根据弹性进行修正，可简化流动分析计算黏性流体和黏弹性流体类型：假塑性流体、胀塑性流体和宾汉流体时间依赖性流体：触变性流体和震凝性流体图2.3典型流体的曲线1－牛顿流体2－假塑性流体3－胀塑性流体0图2.2典型流体的曲线1－牛

7、顿流体2－假塑性流体3－膨胀性流体4－宾汉流体5－复合型流体03241一、黏性流体1．假塑性流体多数高分子流体（包括熔体、溶液和悬浮体等）都属于假塑性流体流变特征：剪切黏度随剪切速率或剪应力增大而降低，因此常称为剪切稀化流体宽剪切速率范围流变行为3区域：第一牛顿区、非牛顿区和第二牛顿区低剪切速率时为牛顿流体，黏度为零切黏度中等剪切速率范围为假塑性流体，黏度常采用表观黏度剪切速率很高时再次为牛顿流体，黏度称为极限黏度流动特征与聚合物分子的长链结构和分子缠结形成的拟网络结构有关0图2.4宽剪切速率范围高分子流体的曲线(Ⅰ和Ⅲ—牛顿

8、区，Ⅱ—非牛顿区)分子链间相互缠结或范德华力相互作用形成链间瞬态物理交联动态平衡低剪切速率区：剪切导致的物理交联点破坏很少，能够为热运动及时重建剪切速率逐渐增加到一定值后：物理交联点被破坏的速度大于重建的速度剪切速率很高：物理交联点的破坏完全来不及重建时，黏度降到最小值表2.