高分子成型加工第二章聚合物的流变性质.ppt

第一页，共三十五页，2022年，8月28日 第一节 聚合物熔体的流变行为 应力有三种类型：剪切应力τ、拉伸应力σ和流体静压力ρ 剪切应变γ 剪切应变速率 聚合物的流变性质主要表现为粘度的变化。根据流动过程中聚合物粘度与应力或应变速率的关系，分为两大类（1）牛顿流体；（ 2 ）非牛顿流体。 第二页，共三十五页，2022年，8月28日 层流:液体主体的流动是按许多彼此平行的流层进行，同一流层之间各点的速度彼此相同，但各层之间的速度不一定相等. 湍流: 当流速超过临界值时，流体会出现扰动，再大会变为湍流。雷诺准数Re作为层流和湍流的区分系数 。 成型时的雷诺准数通常小于10，一般为层流 第三页，共三十五页，2022年，8月28日 一、牛顿流体及其流变方程 1.牛顿流体的流变学方程 μ称为牛顿粘度，是液体自身固有的性质，μ的大小表征液体抵抗外力引起流动变形的能力，与液体的分子结构和所处温度有关。其单位为帕斯卡秒（PaS）或泊。 第四页，共三十五页，2022年，8月28日 2.牛顿流体的特点 (1)牛顿流体的流动曲线是通过原点的直线。直线的斜率是牛顿粘度，在一定温度下为一常数。 (2)牛顿流体中的应变具有不可逆性质，即纯粘性流动。 第五页，共三十五页，2022年，8月28日 二、非牛顿流体及其流变行为 1.非牛顿流体的类型 根据应变中有无弹性效应和应变对时间的关系，可分为： 非牛顿流体的特点：剪应力和剪切速率间通常不呈比例关系，剪切粘度对剪切作用有依赖性。将非牛顿流体的粘度定义为表观粘度ηa。 第六页，共三十五页，2022年，8月28日 粘性流体 粘弹性流体 时间依赖性流体 假塑性流体?大多数聚合物 膨胀性流体 宾汉流体 τy：屈服应力 触变性流体 震凝性流体 第七页，共三十五页，2022年，8月28日 （1）假塑性流体 特点：熔体的表观粘度随着剪切应力的增加而减小，聚合物流体中最常见的形态。 剪切变稀的原因：① 高分子链的严重不对称；② 流动单元不是单个分子，而是超分子群集体，剪切速率增加，尺寸变小，表观粘度减小 ③大分子的缠结，形成大分子的物理交链点，受到破坏后使得表观粘度下降。 第八页，共三十五页，2022年，8月28日 （2）膨胀性流体 特点：表观粘度随剪应力的增加而上升 剪切增稠的原因：静态时，流体勉强充满固体粒子之间的小空隙，当剪应力不大时，流体可在移动的固体粒子间充当润滑剂，表观粘度不高，但当剪应力增高时，固体粒子间的紧密堆砌就被破坏，整个体系显得有些膨胀，润滑作用受到限制，表观粘度就增大 第九页，共三十五页，2022年，8月28日 （3）宾汉流体 特点：只有当剪应力高到屈服应力值时才发生塑性流动，且剪应力与应变速率呈线性关系 流动方程： 当剪应力小于屈服应力时为固体，一旦大于该值立刻呈现流动行为，原因是流体静止时形成了凝胶结构，外力增大受到破坏开始流动。如牙膏、油漆、润滑脂、泥浆等都属于或接近宾哈流体 第十页，共三十五页，2022年，8月28日 （4）有时间依赖性的流体 流体剪切速率不仅与所施加的剪切应力有关，还依赖于应力所施加时间的长短，又有触变性流体和震凝性流体两种 触变性流体：随剪切应力持续时间下降的流体为摇溶性流体，如涂料和油墨。 震凝性流体：与上述溶液性质相反的流体。如某些浆状物和石膏的水溶液。 第十一页，共三十五页，2022年，8月28日 触变性流体 震凝性流体 第十二页，共三十五页，2022年，8月28日 2.指数定律 Ostwald-De Waele 提出的经验公式，在定温、给定的剪切速率范围(一个数量级)内流动时，剪切力和剪切速率具有指数函数的关系。 K：粘度系数，是液体粘稠性的一种量度。 n：流动指数，表征液体偏离牛顿型流动的 程度。 n=1时，牛顿流体 n1时，假塑性液体 n1时，膨胀性液体 第十三页，共三十五页，2022年，8月28日 指数定律的另一种表达形式： 或 将指数定律用对数形式表示，能更好了解n的意义 K和k都是温度的函数，但温度变化时k的变动幅度恒大于K，所以文献上常用k。 第十四页，共三十五页，2022年，8月28日 3.在宽广的 范围内聚合物流体的行为 第十五页，共三十五页，2022年，8月28日 ★第一牛顿区：低 范围，零切粘度ηo 解释：①聚合物结构未改变，粘度为