高聚物熔体的奇异流变特性-减轻熔体破裂

《高聚物熔体的奇异流变特性-减轻熔体破裂》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高聚物熔体的奇异流变特性-减轻熔体破裂（64页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、第六章第六章 高聚物熔体的流变特性高聚物熔体的流变特性高粘度与高粘度与“剪切变稀剪切变稀”行为行为工艺条件的变化或剪切工艺条件的变化或剪切应力及剪切速率的变化，粘度会发生应力及剪切速率的变化，粘度会发生13个数量级的个数量级的大幅变化，对稳定加工影响很大。大幅变化，对稳定加工影响很大。Weissenberg效应挤出物胀大挤出物胀大(Barus效应）效应）工艺和模具的设计，工艺和模具的设计，影响到尺寸的精确度。影响到尺寸的精确度。不稳定流动和熔体破裂不稳定流动和熔体破裂影响到高聚物的加工质量影响到高聚物的加工质量和产率的提高和产率的提高各种次级流动各种次级流动模具和流道的设计模具和流道的设计孔压

2、误差孔压误差流变的测量流变的测量出口压力出口压力流变测量高聚物熔体的奇异流变现象高聚物熔体的奇异流变现象湍流减阻效应（湍流减阻效应（Toms效应）：在石油开效应）：在石油开采、运输、抽水灌溉、循环水系统采、运输、抽水灌溉、循环水系统触变性和震凝性触变性和震凝性 高分子的流动是通过链段的位移高分子的流动是通过链段的位移( (使高分子链重心产生位移使高分子链重心产生位移) )运动实现运动实现的的( (类似蚯蚓的蠕动类似蚯蚓的蠕动) ) 高分子的流动不符合牛顿流体的高分子的流动不符合牛顿流体的流动规律流动规律,非牛顿流体非牛顿流体 高分子的流动具有粘弹性高分子的流动具有粘弹性高聚物熔体黏性流动的特点

3、高聚物熔体黏性流动的特点(P94)(P94)层流与湍流层流与湍流: :层流层流: :流动速度不大液体的流动流动速度不大液体的流动, ,层流可以看作液体层流可以看作液体在剪切应力作用下以薄层流动，层与层之间有速度梯在剪切应力作用下以薄层流动，层与层之间有速度梯度度, ,但流体各点速度方向相同但流体各点速度方向相同, ,相互之间没有扰动。相相互之间没有扰动。相应地，液体内部反抗这种流动的内摩擦力叫做剪切粘应地，液体内部反抗这种流动的内摩擦力叫做剪切粘度。度。 湍流湍流: :当流动速度很大或者遇到障碍物时，会形成漩当流动速度很大或者遇到障碍物时，会形成漩涡，流动由层流变为湍流涡，流动由层流变为湍流,

4、 ,流体各点速度方向不同。流体各点速度方向不同。高聚物熔体的粘性流动高聚物熔体的粘性流动高聚物熔体流动为层流流动高聚物熔体流动为层流流动高聚物熔体的粘性流动高聚物熔体的粘性流动流动方向流动方向速度梯度速度梯度高聚物熔体的粘性流动高聚物熔体的粘性流动剪切应变剪切应变剪切应变速率（剪切速率）剪切应变速率（剪切速率）剪切应力剪切应力高聚物熔体的粘性流动高聚物熔体的粘性流动牛顿流动定律牛顿流动定律：当剪切应力：当剪切应力 于定温下，于定温下，加于相距为加于相距为 的液体平行层面，并以相对的液体平行层面，并以相对速度速度 移动时，则剪切应力与剪切速率移动时，则剪切应力与剪切速率 之间之间呈线性关系：呈线

5、性关系：dydydv)(dydvdv比例常数比例常数为粘度，等于单为粘度，等于单位速度梯度时单位面积上所位速度梯度时单位面积上所受到的切应力，反映了液体受到的切应力，反映了液体分子间由于相互作用而产生分子间由于相互作用而产生的流动阻力，单位的流动阻力，单位PasPas。高聚物熔体的粘性流动高聚物熔体的粘性流动牛顿流体：牛顿流体：流动行流动行为符合牛顿流动定为符合牛顿流动定律的流体称为牛顿律的流体称为牛顿流体。典型牛顿流流体。典型牛顿流体的切应力和切应体的切应力和切应变曲线是一条直线。变曲线是一条直线。高聚物熔体的粘性流动高聚物熔体的粘性流动牛顿粘度，比牛顿粘度，比例常数，仅依赖例常数，仅依赖于

6、材料结构及温于材料结构及温度度高聚物熔体的流动行为高聚物熔体的流动行为非时间依赖型：非时间依赖型： 假塑性流体假塑性流体 胀塑性流体胀塑性流体 宾汉流体宾汉流体时间依赖型：时间依赖型：触变性流体触变性流体震凝性流体震凝性流体05010015020025005000100001500020000 剪切速率/1/s图3.1 非时间依赖型高聚物熔体流变性能示意图剪切应力/Pa宾汉流体假塑性流体牛顿流体胀塑性流体高聚物熔体的粘性流动（高聚物熔体的粘性流动（P97）aannKK)(1表观粘度表观粘度 ：不是材料不可逆形变难易程度的真：不是材料不可逆形变难易程度的真正量度，熔体流动中含有不可逆的粘性形变和

7、可逆正量度，熔体流动中含有不可逆的粘性形变和可逆的弹性形变，表观粘度是总形变在一起反映的粘度，的弹性形变，表观粘度是总形变在一起反映的粘度，因此它比真正的粘度小。因此它比真正的粘度小。高聚物熔体的粘性流动高聚物熔体的粘性流动a幂律公式幂律公式: :n=1,n=1,牛顿流体牛顿流体n1,n1,n1,胀塑性流体胀塑性流体n n与与1 1相差越大，流体非牛顿性越强相差越大，流体非牛顿性越强高聚物熔体的粘性流动高聚物熔体的粘性流动n n非牛顿指数非牛顿指数lnlnddn 高聚物熔体的粘性流动高聚物熔体的粘性流动宾汉流体：宾汉流体：几乎所有聚合物在其良性溶剂中的浓溶几乎所有聚合物在其良性溶剂中的浓溶液和

8、凝胶性糊塑料，高分子填充体系的流动行为。液和凝胶性糊塑料，高分子填充体系的流动行为。牙膏，油漆牙膏，油漆ay高聚物熔体的粘性流动高聚物熔体的粘性流动假塑性流体：假塑性流体：绝大多数的聚合物熔体，所有聚合物绝大多数的聚合物熔体，所有聚合物在其良性溶剂中的溶液。在其良性溶剂中的溶液。零切黏度零切黏度0 0: :与材料的分子量和粘流活化能相关。与材料的分子量和粘流活化能相关。高聚物熔体的粘性流动高聚物熔体的粘性流动膨胀性流体：膨胀性流体：固体含量高的悬浮液，较高剪切速率固体含量高的悬浮液，较高剪切速率下的的聚氯乙烯糊塑料。下的的聚氯乙烯糊塑料。 自由体积理论自由体积理论 构象改变理论构象改变理论 缠

9、结理论缠结理论高聚物熔体剪切粘度变化的理论解释高聚物熔体剪切粘度变化的理论解释 高聚物结构高聚物结构 温度温度 剪切速率剪切速率 压力压力影响高聚物熔体的剪切粘度的因素影响高聚物熔体的剪切粘度的因素0 .55 .2:,)(6 .11:,)(00cwcwMMbMMMMaMM分子量分子量1.1.高聚物结构的影响高聚物结构的影响影响高聚物熔体的剪切粘度的因素影响高聚物熔体的剪切粘度的因素临界分子量临界分子量McMc是大量出现缠结时的分子量。是大量出现缠结时的分子量。分子量愈大，粘度愈高，分子量愈大，粘度愈高，T Tf f越高，加越高，加工愈困难。工愈困难。随着剪切速率的增大，粘度对分子量随着剪切速率

10、的增大，粘度对分子量的依赖性变小。的依赖性变小。分子量分子量影响高聚物熔体的剪切粘度的因素影响高聚物熔体的剪切粘度的因素分子链的分子链的柔顺性柔顺性 分子链的柔顺性大，Tf低，粘度低。 影响高聚物熔体的剪切粘度的因素影响高聚物熔体的剪切粘度的因素 粘流活化能：粘流活化能：反映了粘度对温度的敏感程度，反映了粘度对温度的敏感程度，是分子向孔穴跃迁时克服周围分子的作用所需是分子向孔穴跃迁时克服周围分子的作用所需要的能量。要的能量。)/exp(RTEAAndradeAndrade方程，牛顿流体，方程，牛顿流体，温度远高于温度远高于TgTg或熔点的或熔点的高聚物熔体高聚物熔体0 0 ，T TTg+100

11、Tg+1002.2.温度的影响（温度的影响（P98P98）影响高聚物熔体的剪切粘度的因素影响高聚物熔体的剪切粘度的因素粘流活化能高，则粘度对温度越敏感粘流活化能高，则粘度对温度越敏感表表2.2 2.2 一些高聚物的粘流活化能值一些高聚物的粘流活化能值高聚物高聚物粘流活化能粘流活化能 /kJ/mol/kJ/mol聚二甲基硅氧烷聚二甲基硅氧烷高密度聚乙烯高密度聚乙烯低密度聚乙烯低密度聚乙烯聚丙烯聚丙烯聚丁二烯（顺式）聚丁二烯（顺式）天然橡胶天然橡胶聚异丁烯聚异丁烯聚苯乙烯聚苯乙烯聚聚-甲基苯乙烯甲基苯乙烯聚氯乙烯聚氯乙烯增塑聚氯乙烯增塑聚氯乙烯聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯聚聚1-1-丁烯丁烯聚乙烯醇缩