高分子材料加工原第四章分析报告.ppt

第四章 聚合物流体的流变性 聚合物加工过程如化纤纺丝、橡胶加工、塑料成型都离不开聚合 物的流动与形变. 聚合物流变学是研究聚合物流动与形变的科学. 一切物体都在流动。流变学是一门普遍的科学. 聚合物流体的特性及其表征 聚合物流体兼具粘性和弹性,导致其流体具有3个重要特性: (1)非牛顿剪切粘性 (2)拉伸粘性 (3)弹性 第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性 聚合物流体的流动类型 1．层流(Laminar flow)和湍流(Turbulent flow) 2．稳定流动(Steady Flow)与不稳定流动 3．等温流动(Isothermal flow)和非等温流动(Non-isothermal flow ) 4．一维流动(one-dimensional flow)、二维流动(2-dimensional flow)和三维流动(3-dimensional flow) 5．拉伸流动(Elongational flow)和剪切流动(Shear flow)  一、非牛顿流体的表征 （二）非牛顿流体的的流动曲线 由流动曲线可得到一些流变学量: ① 非牛顿流动指数n : 表征流体偏离牛顿流动的程度 ② 结构粘度指数△? ：（对某些流体）表征流体结构化的程度 图 切力变稀流体的lg ?a ~ 曲线 ③ 最大松弛时间? max: c的倒数 （量纲为时间，有人用它度量流体 的松弛过程） ④剪切弹性模量G:(σ12) c 2.动态流动曲线 动态流变性的特点是在交变应力的作用下研究聚合物流 体的力学响应规律 。 复数粘度? *、动态粘度?′、虚数粘度? 与储能模量G′、损耗模量G之间的关系为 ： 研究聚合物动态流变性的意义： ①可以同时获得有关聚合物粘性行为和弹性行为的信息 G′──表征弹性 G″──表征非牛顿粘性 ②能了解在很宽频率范围内聚合物的性质 获得其他常用研究方法不能得到的有关结构及相行为方面的信息。 例：在低频率区域, 非均相高分子体系的动态黏弹函数通常会偏离经典 的线性黏弹理论, 出现 “第二平台” 现象。 ③聚合物的动态粘弹性与稳态粘弹性之间有一定的对应关系， 通过测试可以沟通两者间的关系. 同一聚合物流体的动态流动曲线与稳态流动曲线几乎重合。 图 200℃时LDPE的稳态和动态流动曲线 聚丙烯酰胺-H2O溶液下的稳态和动态流 动曲线 (四)聚合物流体切力增稠的原因 增加到某数值时,流体中有新的结构的形成。 大多数胀流型流体为多分散体系，固体含量较多，且浸润性不好。 静止时，流体中的固体粒子堆砌得很紧密，粒子间空隙小并充满了液 体。 当 增加到一定值时，粒子间碰撞机会增多，空隙增大 液体已不能再充满空隙，粒子间移动时的润滑作用减小，阻力增 大，所以 ?a 增大。 二、影响聚合物流体剪切粘性的因素 2.平均分子量的影响 (1)分子量对?0 的影响 Flory等: ?0=KM? K-取决于聚合物性质和温度的经验常数 ?-与聚合物有关的指数 当M? Mc时，?=1～1.6； M Mc，时?=2.5～5.0 推论：高分子量聚合物加工时，粘 度很高，加工困难。 ②聚合物溶液的浓度C 对于聚合物浓溶液：C ↓ Mc ↑ 例: PAN/NaSCN-H2O浓溶液， C =45.4%，Mc=1.3?103； C = 15%时， Mc=6.03?104 影响?数值的因素: ①分子量 例:UHMW-PAN的??5.7 UHMW-PAN溶液的分子量大小对粘度的影响很大： 分子量发生波动时，粘度急剧变化。 3.分子量分布的影响 (二) 聚合物溶液浓度的影响 2.聚合物溶液浓度对流动曲线的影响 (三) 温度的影响 E η既反映聚合物流体流动的难易程度，更重要的反映了材料粘度 随温度变化的敏感性。 例：PLLA熔体的Eη为123kJ/mol, PET熔体的