流体黏弹性.ppt

7 流体的黏弹性;黏性—黏弹性—弹性之间并没有严格的界限;在许多实际应用中应力值并不够小，以至线性黏弹性不能直接应用，但是由于下列原因线性黏弹性仍有重要意义：;7.2 聚合物的黏弹性力学行为; ?(t)=; ε1和ε2代表可回复的弹性形变，而ε3代表不可回复的黏性形变。 当受力时间很短时， ε2、 ε3可忽略，因此几乎是理想弹性 行为；而当受力时间很长时， ε3ε1 + ε2，试样呈现黏性 行为。 蠕变回复： ε1瞬间恢复，ε2 逐渐恢复， ε3保留 去除外力后形变计算：Boltzmann叠加原理 ;7.2.2 应力松弛(弛豫);材料不具备固有的形状，则应力将最终衰减至零—黏弹性液体，聚合物熔体和溶液。 凝胶或橡胶等一类材料应力最终衰减至一个非零的恒定值—黏弹性固体。 ;7.2.3 滞后现象与力学损耗(内耗); 高聚物的滞后现象与 (1) 聚合物本身化学结构有关，刚性分子滞后小，柔性分子 滞后严重； (2) 外界条件：频率低，链段来得及运动，滞后现象小； 温度高，滞后不明显；温度低，滞后明显。;7.3 聚合物黏性流动;Carreau方程(四参数黏性方程);(1) 分子量及分子量分布; PE PP PMMA PS Mc 3800 7000 28000 30000 Me 1250 19000;试样;当分子量一定时，分子量分布宽的熔体出现非牛顿流动的 切变速率要低，当切变速率小时，分子量分布宽的试样其 粘度反而比分子量分布窄的高，但在切变速率高时，分子 量分布宽的试样的粘度比分子量分布窄的低。 ;升高温度与延长力的作用时间(降低温度与缩短力的作用时间) 对分子运动和聚合物黏弹行为的等效—时温等效原理 位移因子aT —仅是与参考温度T0和试验温度T有关的常数 当以聚合物的Tg为参考温度时，lgaT与（T-Tg)的关系可用 WLF方程表示：;不同温度聚合物黏度计算中的应用;Tg以上自由体积分数： ;TTg+100 0C, 熔体内自由体积相当大，流体黏度的大小 主要取决于高分子链本身的结构，即链段跃迁的能力。 Arrhenius方程：;黏流活化能: (i) 与分子结构有关，链柔性小，分子间作用力大， 大 (ii) 与温度范围有关 50~60 0C， 基本为定值 PVC有两个 ，与流动单元有关 (iii) 依赖于切变速率 ;(3) 剪切速率 黏度随切变速率的增加而降低，但各种聚合物黏度降低 的程度不同 柔性高分子的表观黏度随切变速率的增加而明显降低 刚性高分子的表观黏度对切变速率的依赖性较小 加工中对切变速率敏感的聚合物应采用提高切变速率或切 应力的方法来提高其流动性 ;(4) 振动力场;(5) 静压力 流体静压力增加 自由体积减小 流体黏度增加 液压增加相当于温度的降低 静压力的影响系数 ;聚合物熔体在流动过程中，不仅产生不可逆的塑性形变，同 时伴有可逆的高弹形变，并同样具有松弛特性，这是聚合物 熔体区别于小分子流体的重要特点之一。 当聚合物的相对摩尔质量很大、外力对其作用的时间很短或 速度很快、温度稍高于熔点或粘流时，产生的弹性形变特别 显著。 ;(1) 记忆效应 (fading memory);(2) 爬杆效应(韦森堡效应) 爬杆效应：当聚合物熔体或浓溶液在容器中进行搅拌时，因 受到旋转剪切的作用，流体会沿内筒壁或轴上升，发生包轴 或爬杆现象。 爬杆现象产生的原因： 法向应力差 ;法向应力差;（3） 挤出胀大（Barus效应）;熔体在口模中流动时有法向应力差，由此产生的弹性形变在出口模后也要回复;离模膨胀与正应力，也即法向应力有关 可回复的弹性剪切应变： ;影响离模膨胀的因素;不同温度下LDPE膨胀比与剪切应力和剪切速率的关系;(4) 不稳定流动(熔体破裂);(5) Toms效应;应用:;(6) 第二正应力差效应;典型的线性非晶态高聚物的主曲线;① 平台模量 的求法;② 分子量分布的测定;② 分子量分布系数的计算;7.5 Boltzmann叠加原理和线性黏弹性的表征函数;Boltzmann叠加原理：