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第四节 聚合物的流变学性质 本章结束! 二.成型过程中的取向作用 1）取向的概念 聚合物大多分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在应力作用下形成的有序排列叫做取向结构。 2）分类 ? 按应力性质不同分 拉伸取向—由拉应力引起，取向方向与拉伸方向一致 流动取向—在切应力作用下沿着熔体流动方向形成的 ? 按流动性质不同，取向结构可分为 单轴取向—取向结构单元均沿着一个流动方向有序排列 多轴取向—结构单元可沿两个或两个以上流动方向有序排列 ? 按结晶与非结晶聚合物分 结晶取向 和非结晶取向 注塑成型工艺及模具设计 西南交通大学 * 第一章 塑料成型基础 流变学—研究物质变形与流动的科学。 粘流态的聚合物在外力作用下，相互交缠卷曲的大分子链将会沿受力方向发生解缠，伸直以及相对滑移，从而表现出一种变形量很大的宏观流动。 聚合物的流变学主要研究聚合物在外力作用下产生的应力、应变和应变速率等力学现象与自身粘度之间的关系，以及影响这些关系的各种因素。 u F 0 x u=0 r R du dr 平板间的流体剪应力与速度梯度 层流? 紊流? 过渡流? 湍流： 主体做轴向运动，同时有径向脉动； 特征：流体质点的脉动 。 层流： * 流体质点做直线运动； * 流体分层流动，层间不相混合、不碰撞； * 流动阻力来源于层间粘性摩擦力。 过渡流： 不是独立流型（层流+湍流）， 流体处于不稳定状态（易发生流型转变）。 1.牛顿流动规律： 牛顿在研究液体流动时发现，温度一定时，低分子液 体在流动时的切应力和剪切速率之间存在着如下关系： 式中 —液层之间的单位距离内的速度差，称为速度梯度 —单位时间内的切应变，称为剪切速率。 —比例常数，称为剪切粘度或牛顿粘度。 凡是液体层流时符合牛顿流动规律的通称牛顿流体，其特征为应变随应力作用的时间线性地增加，且粘度保持不变（定温情况下），应变具有不可逆性质，应力解除后应变以永久变形保持下来。 2. 指数流动规律： 式中 K—与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合物熔体的粘稠性，称为粘度系数； n—与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合物熔体偏离牛顿流体性质的程度，称为非牛顿指数。 注： 在注射成型中，只有少数聚合物熔体的粘度对剪切速率不敏感如PA、PC等，除常把它们近似视为牛顿流体外，其它绝大多数的聚合物熔体都表现为非牛顿流体。这些聚合物熔体都近似地服从指数流动规律。 （1.5） （称为流变方程） （1.6） （称为流动方程） （1.7） — 非牛顿液体的表观粘度。 上式可改写为： 就表观粘度的力学性质而言，它与牛顿粘度相同。但是，表观粘度表征的是非牛顿液体（服从指数流动规律）在外力的左右下抵抗剪切变形的能力。由于非牛顿液体的流动规律比较复杂，表观粘度除与流体本身的性质以及温度有关以外，还受剪切速率的影响，这就意味着外力的大小及其作用时间也能改变流体的粘稠性。 讨论： n＝1时， 这意味着非牛顿流体变为牛顿流体，所以，n值可以用来反映非牛顿也体偏离牛顿流体性质的程度。 n≠1时 ，绝对值∣1－n∣越大，流体的非牛顿性越强，剪切速率对表观粘度的影响越强。 其中n＜1时，称为假塑性液体。（在注射成型中，除了热固性聚合物和少数热塑性聚合物外，大多数聚合物熔体均有近似假塑性液体流变学的性质） n ＞1时，称为膨胀性液体。（属于膨胀性液体的主要是一些固体含量较高的聚合物悬乳液） n=1,但只有切应力达到或超过一定值后才能流动时,称为宾哈姆流体 1 2 3 4 不同类型流体的流动曲线 1—膨胀性流体； 2—牛顿流体； 3—假塑性流体； 4—复合型流体 5—宾哈姆流体 剪切速率 切应力 5 1 2 3 剪切速率 表观粘度 不同类型流体的流变曲线 1—膨胀性流体； 2—牛顿流体；3—假塑性流体 Ⅰ 假塑性流体：表观粘度随速度梯度的增大而减小。 几乎所有高分子溶液或溶体属于假塑性流体。 Ⅱ 胀塑性流体：表观粘度随速度梯度的增大而增大。 淀粉、硅酸盐等悬浮液属于胀塑性流体。 Ⅲ 粘塑性流体：当